Vibration Criteria는 진동을 평가하는 기준인데 Vibration Criterion이라고도 하며, 줄여서 VC라고 부르기도 합니다. Colin G. Gordon이라는 사람이 동료들과 함께 만들어낸 기준으로 SPIE를 통해 1991년에 발표했습니다. 처음에는 VC-A부터 VC-E까지만 있었으나 시간이 지나면서 개정되어 지금은 VC-G까지 추가되었습니다. 그리고 VC-G까지 추가되면서 VC-C~E의 8Hz 이하의 최대치가 변경되었는데, 아무래도 미세 공정이 발달하면서 8Hz 이하의 진동도 중요한 요인으로 간주되어 바뀐 것 같습니다.
VC 곡선은 최대치(Max Level)와 상세 크기(Detail Size)로 구성되어 있는데, 최대치의 단위는 1/3 옥타브 주파수의 속도 rms이고, 상세 크기의 단위는 μm(마이크로미터)입니다. 최대치는 1~100Hz 범위에서 1/3 옥타브 주파수의 μm/s rms 또는 μin/s rms로 그래프에 표시하며, 상세 크기는 마이크로일렉트로닉스 제조의 경우 선폭, 의료 및 제약 연구의 경우 입자(셀) 크기를 말합니다.
Vibration Criteria의 내용은 아래 표와 같습니다.
| 기준 곡선 |
최대치 (Max Level) μm/s (μin/s) |
상세 크기 (Detail Size) um |
사용법 (Description of use) |
| Workshop (ISO) 공장 |
800 (32,000) | N/A | 진동을 뚜렷하게 느낄 수 있음. 공장이나 민감하지 않은 분야에 적합. |
| Office (ISO) 사무실 |
400 (16,000) | N/A | 진동을 느낄 수 있음. 사무실이나 민감하지 않은 분야에 적합. |
| Residential day (ISO) 주거지 |
200 (8,000) | 75 | 진동을 거의 느낄 수 없음. 잠을 자는 곳으로 적합. 컴퓨터 장비나 환자 회복실, 반도체 프로브 테스트, 40X 미만의 현미경에 적합. |
| Operating theatre (ISO) 수술실, 연구실 |
100 (4,000) | 25 | 진동을 느낄 수 없음. 외과 수술실이나 100X 현미경, 민감도가 낮은 장비에 적합. |
| VC-A | 50 (2,000) | 8 | 400X 현미경, 마이크로 저울, 광학 저울, 노광장비(Proximity, Projection Aligner)에 적합. |
| VC-B | 25 (1,000) | 3 | 선폭이 3um인 검사 장비나 리소그래피 장비, 스텝퍼에 적합. |
| VC-C | 12.5 (500) | 1 - 3 | 1000X 현미경, 선폭이 1um인 검사 장비나 리소그래피 장비, 약간 민감한 전자현미경, TFT-LCD 스텝퍼 및 스캐너에 적합. |
| VC-D | 6.25 (250) | 0.1 - 0.3 | 조건이 까다로운 전자현미경(SEM이나 TEM), E-Beam과 같은 장치에 적합. |
| VC-E | 3.12 (125) | < 0.1 | 레이저 기반의 장비나 나노미터 단위에서 작동하는 E-Beam, 리소그래피 시스템과 같이 뛰어난 동적 안정성이 요구되는 매우 민감한 장비에 적합. |
| VC-F | 1.56 (62.5) | N/A | 매우 조용한 연구 공간에 적합. 일반적으로(특히 클린룸에서) 달성하기 어려운 환경. 디자인 기준으로 사용하기 보다는 시험용으로 사용하는 것을 추천. |
| VC-G | 0.78 (31.25) | N/A | 매우 조용한 연구 공간에 적합. 일반적으로(특히 클린룸에서) 달성하기 어려운 환경. 디자인 기준으로 사용하기 보다는 시험용으로 사용하는 것을 추천. |
위의 표를 보면 아시겠지만 VC 곡선의 최대치 계산은 매우 간단한데, 최대치를 2로 나누면 다음 곡선의 최대치가 됩니다. 이를 활용하여 minus k에서는 VC-M까지 표시한 그래프를 제공하고 있습니다.
일반적으로 FFT의 주파수 간격이 일정한 것과는 달리 1/3 옥타브 밴드의 주파수는 중심 주파수가 정해져 있습니다. 옥타브에 대해 아주 간단하게 설명하자면 주파수가 2배 또는 1/2배 차이나는 것을 말하는데, 1/3 옥타브는 이를 3 등분한 것입니다. 1~100Hz 범위의 1/3 옥타브 밴드의 중심 주파수는 아래 표와 같습니다. 더 자세한 내용을 알고 싶으신 분들은 링크를 참고하세요.
| 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 31.5 | 63 |
| 1.25 | 2.5 | 5 | 10 | 20 | 40 | 80 |
| 1.6 | 3.15 | 6.3 | 12.5 | 25 | 50 | 100 |
아래는 임의로 생성한 데이터의 FFT 그래프와 1/3 옥타브 그래프인데 하나의 예로써 두 그래프 사이에 어떤 차이가 있는지 보여드리기 위한 것입니다.
1/3 옥타브 그래프에 VC 곡선을 추가하면 아래와 같은 그래프가 됩니다.
실제로 진동을 측정한 데이터는 아니지만 만약에 위와 같은 결과가 나왔다면 5Hz와 6.3Hz에서 VC-C를 초과하기 때문에 진동 기준은 VC-B가 됩니다. 위와 같은 환경에서 공진주파수가 5Hz 미만인 제진대나 공진이 없는 액티브 제진대를 사용한다면 VC-C 나 VC-D 또는 그 이상으로 진동을 감소시킬 수 있습니다.
VC 곡선은 1/3 옥타브라는 특성상 중심 주파수 이외의 값, 예를 들어 3Hz에서 8μm/s rms를 넘는지 아닌지를 판단하기에는 적합하지 않으며, 그러한 경우에는 FFT 그래프를 사용해야 합니다. 따라서 가능하다면 FFT와 1/3 옥타브 그래프를 동시에 측정하거나 아니면 실시간 데이터를 저장하여 나중에라도 두 가지 그래프를 모두 확인할 수 있도록 하는 편이 좋습니다.
아래의 그래프는 도쿄기기의 패시브, 액티브 제진대 성능 그래프 예시로, 패시브 제진대의 경우 VC-A에서 VC-C로, 액티브 제진대의 경우 VC-A에서 VC-F로 진동이 개선되는 것을 확인할 수 있습니다. 패시브 제진대의 경우, 가장 높은 수치는 VC-A에서 VC-D로 3단계가 감소되었지만, 검은색 원 안의 주파수 피크는 패시브 제진대의 공진주파수 때문에 VC-E에서 VC-D로 오히려 1단계 증가하였습니다. 액티브 제진대의 경우, 가장 높은 수치는 VC-A에서 VC-G로 무려 6단계나 감소되었지만, 검은색 원 안의 주파수 피크는 VC-D에서 VC-F로 2단계만 감소된 것을 확인할 수 있습니다.
위의 Tripartite Graph는 일본의 제진대 또는 센서 회사의 자료에서 자주 볼 수 그래프로, 가속도, 속도, 변위의 미분, 적분 특성을 활용하여 VC 곡선의 기준인 속도 그래프에서 가속도와 변위의 수치도 같이 확인할 수 있도록 표시한 것입니다.
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