기계공학을 전공하는 학생으로서, 저는 시뮬레이션과 설계에 항상 관심을 가져왔습니다. 이를 통해 엔지니어들은 제품이 실제로 제조되기 전부터 그 성능을 예측할 수 있기 때문입니다. 이번 인턴십을 수락했을 때, 저는 업계 표준 소프트웨어를 직접 다루는 실무 경험을 쌓고, 기업들이 어떻게 신뢰할 수 있는 제품을 개발하는지 배우고 싶었습니다. 하지만 곧 이 프로젝트가 단순히 시뮬레이션을 만드는 것 이상의 작업임을 깨달았습니다. 바로 소재 자체에 내재된 과학적 원리를 이해해야만 하는 일이었기 때문입니다.
인턴십을 처음 시작했을 때, 저는 납땜 재료와 유한요소해석(FEA) 관련 업무를 맡게 될 것임을 알고 있었지만, 납땜 접합부처럼 미세한 요소를 이해하는 데 얼마나 많은 공학적 지식이 필요한지는 제대로 깨닫지 못했습니다. 지난 몇 달 동안 저는 FEA 시뮬레이션을 통해 인듐 코퍼레이션(Indium Corporation)의 납땜 합금에 대한 재료 특성 개발 업무에 몰두해 왔습니다. 이를 통해 실험적 테스트와 컴퓨터 시뮬레이션이 어떻게 상호 보완적으로 작용하여 현대 전자기기의 신뢰성을 향상시키는지 이해하게 되었습니다.
인턴십을 시작할 무렵, 저는 제가 맡게 될 프로젝트가 주로 FEA 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션 실행으로 이루어질 것이라고 생각했습니다. 하지만 정확한 시뮬레이션은 훌륭한 실험 데이터에서 시작된다는 사실을 금세 깨닫게 되었습니다. 컴퓨터 모델이 솔더 접합부의 거동을 예측하기 전에, 엔지니어들은 다양한 하중 조건에서 재료가 정확히 어떻게 반응하는지 이해해야 합니다. 이러한 깨달음은 시뮬레이션 기반 엔지니어링에 대한 저의 관점을 완전히 바꿔 놓았습니다.
평소의 하루
이번 인턴십 기간 동안 사무실에서 보내는 하루하루는 매일 다릅니다. 어떤 날은 하루에 여러 차례 중요한 회의를 진행하거나, 시뮬레이션을 실행하고 그 결과를 실험 결과와 비교해야 할 수도 있고, 또 어떤 날은 연구만 하고 그 결과를 정리하는 등 좀 더 여유로운 하루를 보내기도 합니다.
제가 주로 수행하는 연구는 유한 요소 해석, 재료 특성 및 신뢰성 매개변수를 기반으로 합니다. 연구를 진행할 때는 대개 ChatGPT와 명문 대학의 관련 문서를 오가며 대화를 주고받습니다. 시뮬레이션 작업 공간에서 요구되는 재료 특성을 바탕으로 주제를 조사합니다. 또한 이러한 연구는 신뢰성 시뮬레이션의 입력 매개변수와 기대 결과를 바탕으로 한 주제들로도 확대됩니다.
제가 매일 수행하던 일반적인 시뮬레이션은, 비교 대상인 실험 결과를 도출하는 데 사용된 인장 시험편을 나타내는 기본 모델을 생성하는 것으로 시작되었습니다. 그런 다음 필요한 특정 물성과 경계 조건을 차례로 입력했습니다. 그 후 시뮬레이션 결과를 검토하고, 시험 후 얻은 실험 결과와 비교했습니다.
어떤 날은 다른 인턴들, 지도교수님, 혹은 다른 주요 인사들과의 회의가 여러 차례 열리기도 했습니다. 이러한 회의에서는 제가 진행 중인 연구와 관련된 주제, 업계의 최신 기술, 필수 소프트웨어 사용법 교육, 그리고 다른 인턴들과 친해지기 위한 모임 등이 논의되었습니다.
제가 즐거웠던 점 중 하나는 하루하루가 모두 달랐다는 것입니다. 어떤 날은 전날의 시뮬레이션 결과를 검토하고 다음에 실행할 시뮬레이션 계획을 세우는 것으로 아침을 시작하기도 했습니다. 또 다른 날에는 다양한 조건에서 솔더가 어떻게 반응하는지 더 잘 이해하기 위해 구성 모델을 연구하거나 기술 논문을 읽기도 했습니다. 이러한 연구 결과에 대한 충분한 정보를 확보하면, 이를 ANSYS에 어떻게 적용할지 찾아보았고, 가능하면 실험 데이터를 입력하여 시뮬레이션 결과와 비교하기도 했습니다. 하루 일과가 끝나면, 향후 연구에서 제가 이룬 성과를 바탕으로 발전해 나갈 수 있도록 연구 결과를 문서화했습니다.
그 과정에서 마주한 어려움들
다른 많은 엔지니어링 프로젝트와 마찬가지로, 이번 인턴십에서도 수많은 기술적 난관이 있었습니다.
초기에 직면한 어려움 중 하나는 파이썬 코딩 소프트웨어 사용법을 익히는 것이었습니다. MATLAB이나 C++과 같은 유사한 소프트웨어는 사용해 본 적이 있지만, 파이썬은 처음 접하는 것이었기 때문에 꽤나 어려웠습니다. 다행히 튜토리얼을 찾아보고 ChatGPT와 심도 있는 대화를 나누며 코딩 실력을 향상시킬 수 있었기에 이 어려움을 극복할 수 있었습니다.
또 다른 어려움은 시뮬레이션으로 산출된 응력 값이 실험 측정값과 차이가 나는 점을 이해하는 것이었습니다. 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하는 것이 처음이 아니었기 때문에 이런 차이가 발생할 것이라고는 예상하고 있었습니다. 하지만 변형률 속도나 시뮬레이션 내 단계 수와 같은 매개변수가 결과에 눈에 띄는 변화를 일으킬 줄은 예상하지 못했습니다.
제가 직면한 마지막 주요 과제는 ANSYS 소프트웨어에서 제공하는 다양한 변형률 측정값 간의 차이를 파악하는 것이었습니다. 총 변형률, 탄성 변형률, 소성 변형률, 등가 소성 변형률 간의 차이를 이해하는 것은 시뮬레이션 결과를 올바르게 해석하는 데 필수적이었습니다. 결국 저는 각기 다른 변형률을 사용하여 응력-변형률 곡선을 작성해 본 결과, 소성 변형률이 실제 결과를 가장 잘 반영한다는 사실을 확인함으로써 이 문제를 해결했습니다.
또한, 현실적인 응력-변형률 응답을 얻기 위해서는 비선형 재료 거동을 신중하게 고려해야 한다는 점을 알게 되었습니다. 초기 시뮬레이션에서는 적절한 소성 및 점소성 재료 모델이 올바르게 구현되기 전까지 대개 선형 탄성 응답만 나타났습니다.
이러한 경험들은 중요한 교훈을 다시금 일깨워 주었습니다. 바로 소프트웨어 엔지니어링의 정확도는 엔지니어가 제시한 가정과 입력값만큼밖에 될 수 없다는 점입니다.
인턴십에서 가장 좋았던 점
이번 인턴십에서 제가 가장 마음에 들었던 점 중 하나는 실험적 테스트와 컴퓨터 시뮬레이션이 서로 어떻게 상호 보완되는지 지켜볼 수 있었다는 것입니다. 이 프로젝트를 시작하기 전에는 시뮬레이션을 단순히 답을 도출해 주는 도구로만 여겼습니다. 하지만 이제는 시뮬레이션의 기반이 되는 재료 모델이 신뢰할 수 있고 적절하게 보정되어야만 시뮬레이션 결과도 신뢰할 수 있다는 것을 이해하게 되었습니다. 특정 재료 매개변수를 정교하게 조정한 후, 시뮬레이션된 응력-변형률 곡선이 실험 데이터와 대략적으로 일치하는 것을 지켜보는 것은 매우 보람 있는 경험이었습니다. 이는 제가 재료 모델에 기여한 작업이 시뮬레이션의 정확도에 측정 가능한 영향을 미쳤음을 보여주었기 때문입니다. 이러한 순간들은 엔지니어들이 제품 설계에 시뮬레이션을 활용하기 전에 왜 그토록 많은 시간을 들여 시뮬레이션을 검증하는지를 다시금 깨닫게 해주었습니다.
전문성 개발
이 인턴십을 통해 습득한 기술적 지식 외에도, 제 엔지니어링 역량도 크게 확장되었습니다. 유한 요소 해석, 3D 모델링, 응력-변형률 해석, 재료 파라미터 최적화, 기술 문서 작성 등에 대한 경험을 쌓았습니다.
아마도 가장 중요한 점은, 실험 공학과 전산 모델링이 서로 어떻게 상호 보완적인지 배웠다는 것입니다. 재료의 거동을 완전히 이해하기 위해서는 실험실 테스트나 시뮬레이션 중 어느 하나만으로는 충분하지 않습니다. 오히려 이 두 가지 접근 방식이 서로 긴밀히 협력하여 정확한 예측 모델을 만들어 냅니다.
이러한 시스템 차원의 관점은 제가 공학 문제를 접근하는 방식을 바꿔 놓았으며, 실제 설계 결정에 활용하기 전에 시뮬레이션 재료 모델을 검증하는 데 필요한 작업의 중요성을 더욱 깊이 깨닫게 해주었습니다.
미래를 내다보며
인턴십이 계속됨에 따라, 재료 모델링에 필요한 정보를 더욱 심도 있게 연구하고 시뮬레이션 결과와 실험 결과 간의 정확도를 높여 나가기를 기대합니다. 재료 매개변수에 대한 지속적인 연구를 통해 실제 하중 조건 하에서 솔더의 거동을 점점 더 정확하게 예측할 수 있게 될 것입니다.
이번 경험을 통해 시뮬레이션 기반 엔지니어링과 전산 재료 과학에 대한 저의 관심이 확고해졌습니다. 실험실 결과와 유한 요소 분석을 결합함으로써, 엔지니어들이 방대한 실세계 테스트 없이도 데이터를 활용하여 복잡한 신뢰성 문제를 해결하고 현대 전기 제품을 개선할 수 있다는 점을 깨달았습니다.
전반적으로, 이번 인턴십은 강의실에서 배운 지식과 개인적인 지식을 산업 현장과 직접적으로 연관된 실제 엔지니어링 문제에 적용해 볼 수 있는 귀중한 기회를 제공해 주었습니다. 솔더 특성 분석 작업을 통해 저의 기술적 역량과 연구 능력이 모두 강화되었습니다. 또한 실험 역학, 재료 과학, 유한 요소 해석이 어떻게 결합되어 더 안전하고 신뢰할 수 있는 전자용 솔더 및 시스템 개발을 뒷받침하는지에 대한 이해도 깊어졌습니다.
