페라이트란 무엇인가
페라이트(Ferrite)는 산화철을 주성분으로 망간·아연·니켈 등의 금속 산화물을 배합해 고온에서 소결한 세라믹 자성 재료입니다. 가장 큰 특징은 전기는 거의 통하지 않으면서 자기는 통한다는 점입니다.
금속 자성체는 자기 특성은 좋지만 전기가 통해서, 고주파 환경에 두면 내부에 와전류가 흘러 손실과 발열이 생깁니다. 또 회로 위에 직접 붙이면 쇼트 위험이 있습니다. 페라이트는 저항이 매우 높아 이 두 문제에서 자유롭습니다. 고주파 회로 바로 옆이나 회로 위에도 쇼트 걱정 없이 배치할 수 있는 사실상 유일한 계열의 자성 소재라는 점이 전자부품에서 널리 쓰이는 이유입니다.
페라이트의 성능은 두 값으로 표현됩니다. μ′(실수부)는 자속을 끌어들여 통과시키는 능력이고, μ″(허수부)는 자기 에너지를 열로 바꿔 없애는 손실 능력입니다. 같은 페라이트라도 재질 설계에 따라 이 둘의 배분이 달라지며, 이것이 곧 용도를 가릅니다. 자속을 유도해 차폐하려면 μ′가, 노이즈를 흡수해 없애려면 μ″가 큰 재질이 필요합니다.
세라믹 소결체이므로 내식성이 좋고 비교적 저렴한 반면, 충격에 깨지기 쉽고 큐리 온도(재질에 따라 대략 100~300℃)를 넘으면 자성을 잃는다는 점은 설계 시 함께 고려해야 합니다.
소프트 페라이트와 하드 페라이트
페라이트는 자화 거동에 따라 두 갈래로 나뉩니다. 노이즈 대책과 테이프·시트에 쓰이는 것은 모두 소프트 페라이트입니다.
| 구분 | 소프트 페라이트 | 하드 페라이트 |
|---|---|---|
| 자화 거동 | 자기장을 걸면 자화되고 제거하면 풀림 (보자력 낮음) | 한 번 자화되면 유지 — 영구자석 (보자력 높음) |
| 대표 조성 | Mn-Zn계, Ni-Zn계 | 바륨(Ba)계, 스트론튬(Sr)계 |
| 주요 용도 | 인덕터·트랜스 코어, EMI 억제, 테이프·시트 | 모터, 스피커, 마그넷 홀더 등 영구자석 |
Mn-Zn과 Ni-Zn : 주파수가 재질을 결정한다
소프트 페라이트는 다시 Mn-Zn계와 Ni-Zn계로 나뉩니다. 둘 중 무엇을 쓸지는 대상 주파수가 결정합니다.
| 구분 | Mn-Zn계 | Ni-Zn계 |
|---|---|---|
| 유효 주파수 | 수 ㎒ 이하의 저주파 | 수 ㎒ ~ ㎓의 고주파 |
| 투자율 μ′ | 높음 | 상대적으로 낮음 |
| 저항률 | 상대적으로 낮아 표면 절연이 필요할 수 있음 | 매우 높아 표면 절연에 유리 |
| 적용 예 | SMPS 트랜스, 무선충전, NFC 시트 | 100㎒ 이상 EMI 비드·클램프 코어 |
대상 주파수가 수십 ㎒ 이하면 Mn-Zn, 100㎒ 이상 고주파 노이즈라면 Ni-Zn 계열을 택합니다. 효과가 나오지 않는 가장 흔한 원인이 주파수와 재질의 미스매치입니다. 대책 부품을 붙였는데 개선이 없다면 부착 위치보다 재질 선정을 먼저 확인해 보시기 바랍니다.
페라이트 테이프의 구조
페라이트 테이프(자성 시트)는 페라이트를 얇은 시트 형태로 만들어 점착제를 합지한 제품입니다. 일반적으로 아래와 같은 층으로 구성되며, 전체 두께는 대략 0.05~0.5㎜ 범위에서 설계됩니다.
- 보호 필름 (PET)
- 페라이트 층 (소결 또는 폴리머 복합)
- 점착제 (PSA)
- 이형지 (Release Liner)
칼금형으로 원하는 형상에 맞춰 재단할 수 있고, 절연 소재이므로 회로 위에 직접 부착해도 쇼트 위험이 없습니다.
소결 타입과 폴리머 타입
| 구분 | 소결 시트 타입 | 폴리머 시트 타입 |
|---|---|---|
| 구조 | 소결 페라이트를 얇게 가공하고 균열 처리 후 필름 라미네이팅 | 페라이트 분말을 고무·수지 바인더에 복합 |
| 투자율 | 높음 — 성능에서 유리 | 상대적으로 낮음 |
| 유연성 | 제한적 — 굽히면 내부 균열이 늘어 특성이 변할 수 있음 | 우수 — 곡면 부착에 유리 |
| 가격 | 상대적으로 고가 | 상대적으로 저가 |
두 가지 동작 원리 : 유도와 흡수
페라이트 테이프는 겉보기에 비슷해도 목적이 정반대인 두 종류가 있습니다. 앞서 설명한 μ′와 μ″ 중 무엇을 크게 설계했느냐의 차이입니다.
-
자속 유도 (차폐) — μ′ 활용
높은 투자율로 자기장이 시트 안을 지나가도록 자로(磁路)를 만들어 줍니다. 뒤쪽 금속(배터리·섀시)에 자속이 닿아 와전류 손실과 발열이 생기는 것을 막는 용도입니다. -
노이즈 흡수 — μ″ 활용
고주파에서 자기 손실이 커지는 특성을 이용해 노이즈 에너지를 열로 바꿔 소산시킵니다. IC나 FPC에서 방사되는 노이즈를 억제하는 용도입니다.
용도에 맞지 않는 타입을 고르면 효과가 없거나 오히려 원치 않는 손실이 생깁니다. 노이즈를 없애야 하는 자리에 유도용을 붙이거나, 충전 효율을 지켜야 하는 자리에 흡수용을 붙이는 것이 대표적인 실수입니다. 반사와 흡수의 차이는 전자파 흡수체 vs 차폐재 글에서 더 자세히 다루고 있습니다.
적용 분야별 요구 특성
| 적용 분야 | 대상 주파수 | 핵심 특성 | 적용 내용 |
|---|---|---|---|
| 무선충전 (WPC/Qi) | 100~200㎑ 부근 | μ′ (유도) | 충전 코일과 배터리 사이에 부착해 충전 효율을 높이고 배터리 발열을 막습니다 |
| NFC / RFID | 13.56㎒ | μ′ (유도) | 안테나 뒤쪽 금속으로 인한 인식 거리 저하를 방지합니다 |
| EMI 노이즈 대책 | 수십 ㎒ ~ ㎓ | μ″ (흡수) | IC·FPC·케이블 위에 부착해 방사 노이즈를 억제합니다 |
| 전자파 흡수 | ㎓ ~ 밀리미터파 | μ″ (흡수) | 레이더·고속통신 부품의 공진을 억제합니다 |
부착 시 주의점
- 최대한 밀착시킵니다. 노이즈원이나 코일·안테나에 밀착시키고, 대상 면적을 충분히 덮어야 자속 누설이 없습니다.
- 주파수를 먼저 맞춥니다. 용도별 주파수에 맞는 재질 특성 곡선을 확인한 뒤 선정합니다.
- 곡면에는 폴리머 타입을 씁니다. 소결 타입은 굽힘에 의해 내부 균열이 늘면서 특성이 변할 수 있습니다.
- 두께는 트레이드오프입니다. 두꺼울수록 성능은 오르지만 기기 두께 제약과 상충하므로, 요구 성능을 만족하는 최소 두께로 설계합니다.
케이블 노이즈 대책에 쓰이는 페라이트 테이프를 포함한 당사 EMI 소재 라인업은 EMI Shielding Solution 페이지에서 확인하실 수 있습니다.
자주 묻는 질문
- 페라이트 시트와 전자파 흡수 시트는 다른 제품인가요?
- 겹치는 개념입니다. 전자파 흡수 시트 중 자성 손실을 이용하는 제품의 상당수가 페라이트 계열이며, 페라이트 시트 가운데 μ″를 크게 설계한 것이 흡수용으로 쓰입니다. 반면 무선충전·NFC용 페라이트 시트는 흡수가 아니라 자속을 유도하는 것이 목적이라 성격이 다릅니다. 제품명보다 μ′와 μ″ 중 어느 쪽을 위해 설계된 것인지를 확인하는 편이 정확합니다.
- 페라이트 테이프를 붙였는데 노이즈가 줄지 않습니다.
- 가장 흔한 원인은 주파수와 재질의 미스매치입니다. 문제 대역이 100㎒ 이상인데 저주파용 재질을 쓰면 효과가 거의 없습니다. 그다음으로는 부착 면적이 부족해 자속이 옆으로 새는 경우, 노이즈원에서 멀리 떨어져 붙인 경우를 확인해 보시기 바랍니다. 대전류가 흐르는 전원 라인이라면 코어가 포화되어 효과가 급감했을 가능성도 있습니다.
- 두꺼울수록 좋은가요?
- 성능만 보면 두꺼운 쪽이 유리하지만 기기의 두께 제약과 상충합니다. 실제 설계에서는 요구 성능을 만족하는 선에서 가장 얇은 두께를 찾는 것이 목표가 됩니다. 적용 부위의 공간 제약과 목표 특성을 함께 알려주시면 검토해 드립니다.
- 회로 위에 직접 붙여도 되나요?
- 페라이트는 저항이 매우 높은 절연 소재이므로 회로 위 직접 부착에도 쇼트 위험이 없습니다. 이 점이 금속 자성체와 구분되는 페라이트의 장점입니다. 다만 점착제의 내열·재박리 사양은 적용 공정에 맞춰 확인이 필요합니다.
무선충전·NFC 안테나 주변의 자속 관리나 노이즈 대책을 검토 중이신가요?
적용 부위와 대상 주파수를 알려주시면 적합한 소재 구성을 함께 검토해 드립니다.
