마이크로일렉트로닉스(Microelectronics) 이해: 초소형 전자공학의 과학

마이크로일렉트로닉스(microelectronics)는 초소형(micro) 부품을 이용해 전자제품을 제조하는 전자공학 분야입니다. 작고 저렴한 기기 수요가 커지면서 이 분야는 계속 확장되고 있습니다. 주요 초점은 연구, 신뢰성(reliability), 제조(manufacture)입니다.

집적 회로와 기본 소자

일반적으로 마이크로일렉트로닉스는 집적 마이크로일렉트로닉스 회로(integrated microelectronics circuit)에서 시작하는데, 이는 서로 연결된 전기 부품 세트입니다. 가장 흔한 소자는 트랜지스터(transistor), 저항(resistor), 커패시터(capacitor), 다이오드(diode)입니다. 트랜지스터는 전기를 켜고 끄는 스위치 역할을 합니다. 저항은 TV 볼륨 조절처럼 전류 흐름 양을 제어합니다. 커패시터는 전기를 한 번에 사용하도록 모으고, 다이오드는 전기가 언제 사용될지 지시합니다.

연구 현황: 미국 주요 대학

미국 많은 대형 대학에서 마이크로일렉트로닉스 연구를 수행합니다. 대부분 연구는 트랜지스터, 커패시터 등 소자를 더 작게 만드는 법과 더 작은 소자로 가능한 가능성을 다룹니다. 조지아텍(Georgia Tech)은 수술 도구, 영상 장비 등 의료 부품에 특화돼 있습니다. 아이오와주립대(Iowa State)는 휴대전화, PDA(개인용 디지털 단말기) 등 마이크로일렉트로닉스 산업용 응용에 특화돼 있습니다.

신뢰성 확보의 중요성

마이크로일렉트로닉스 신뢰성은 또 다른 집중 영역입니다. 컴퓨터가 대부분 비즈니스에 관여하므로 장비 신뢰성은 보통 최우선순위입니다. 이는 의료 분야에서 특히 중요한데, 미세 로봇 도구가 수술에서 의사 손을 대체하고 있기 때문입니다. 로봇 손과 비디오 화면을 따라 의사는 환자 전체를 여는 대신 작은 복강경 절개(laparoscopic incision)로 수술할 수 있습니다.

금융 산업과 데이터 저장

높은 신뢰성이 요구되는 또 다른 영역은 금융 산업입니다. 점점 더 많은 데이터가 필요해지면서 이전엔 메인프레임 컴퓨터로 방 전체를 채워야 했던 디스크 공간을 감당하기 힘들었습니다. 하지만 전자공학 발전으로 이제 몇 개의 작은 휴대용 기기에 저장할 수 있게 되었습니다.

제조 설계(Design for Manufacture)와 SMT

마지막 강조 영역은 제조 설계입니다. 마이크로일렉트로닉스 측면에서 다양한 부품이 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)에 실제로 배치될 수 있도록 많은 작업이 이뤄졌습니다. 마이크로일렉트로닉스 제조에 쓰이는 부품 크기가 너무 작아 인간이 효율적으로 PCB에 납땜하기 어렵습니다.

표면 실장 기술(SMT, surface mount technology) 머신은 로봇을 사용해 각 부품을 배치합니다. 시간당 수천 개 부품을 배치할 수 있습니다. 프로그램은 각 PCB의 특정 위치에 부품이 배치되도록 로드됩니다. 프로그램이 로봇 팔이 각 부품을 놓을 위치를 제어합니다. 이 자동화는 일반적으로 제조 공정 전체를 더 효율적으로 만들어 전체 비용도 줄입니다.