제조상의 문제는 우리가 보증 반품과 전자 산업에서의 시장 점유율 상실을 보는 가장 큰 이유다. 공급망 고장이나 PCBA(인쇄회로기판 조립체)의 설계와 관련된 생산 문제는 브랜드 평판에 돌이킬 수 없는 손상을 초래할 수 있다. 따라서 기업은 이러한 문제를 완화하기 위해 제조 검증(DfM) 프로토콜을 위한 설계를 갖추는 것이 중요하다.
DfM은 결함을 줄이고 공급망의 품질과 신뢰성을 검토하는 것을 목표로 하는 일련의 모범 사례를 통해 제조 오류를 줄이며, 가장 중요한 것은 이 프로세스가 설계 단계 초기에 구현되도록 하는 것이다.
제조 검증이란?
제조 검증(DfM)은 최소한의 결함으로 지정된 공급망에서 설계를 일관성 있게 제조할 수 있도록 보장하는 프로세스이다. DfM을 설계 프로세스 후반까지 간과하면 제조 검증 문제가 너무 늦게 발견되어 여러 번 반복되고 비용이 증가한다.
여러 경험에서 나온 일반적인 규칙은 DfM을 조기에 능동적으로 구현하는 것이다. 이는 백엔드 문제를 파악하기 위해 프론트엔드 비용을 지출하는 것이 상당한 비용 절감으로 이어질 수 있기 때문에 배당금을 지급할 수 있다.
DfM은 일반적으로 다음과 같은 이유로 설계 프로세스에서 간과된다.
- 공급망에 대한 통찰력이 부족
- OEM(Original Equipment Manufacturer)의 DfM에 대한 피드백 요청 부재 또는 너무 간단한 점검표 확보
- OEM에서 표준화되어 있지 않은 DfM 활동
제조 가능성을 위한 설계 : 모범 사례 검토
1. 산업 표준 설계 규칙 활용
가능한 경우 기존 산업 표준 (IPC, JEDEC, ASTM, ISO)을 활용하는 것이 DfM 검토를 위한 좋은 출발점이다. 이 표준들은 많은 경우에 시도되고 실제로 적용되며 PCB 및 PCBA에 대한 표준 설계 관행 및 신뢰성 테스트에 대한 통찰력을 제공한다.
사용할 수 있는 IPC 표준 및 테스트 방법의 예는 다음과 같다.
- IPC-2221 – 인쇄 보드 설계의 일반 표준
- IPC-A-600 인쇄 보드의 수용성
- IPC-A-610 전자 조립품의 수용성
- IPC J-STD-001D – 납땜 된 전기 및 전자 조립품의 요구 사항
- IPC-7095 BGA 설계 및 조립 프로세스 구현
- J-STD-020D.01: 비 밀폐형 고체 표면 마운트 장치의 수분/리플로우 민감도 분류를 위한 공동 IPC / JEDEC 표준
- IPC-TM-650: 테스트 방법 설명서
- 섹션 1.0: 보고 및 측정 분석 방법
- 섹션 2.1: 육안 테스트 방법
- 섹션 2.2: 치수 테스트 방법
- 섹션 2.3: 화학 시험 방법
- 섹션 2.4: 기계적 테스트 방법
- 섹션 2.5: 전기 테스트 방법
- 섹션 2.6: 환경 테스트 방법
표준은 역방향 일 수 있으며 설계에 특정한 추가 문제를 고려하는 것이 중요하다. 이 프로세스 전반에 걸쳐 공급 업체와 해야 하며 협업은 핵심이다. DfM 프로세스에는 설계, 제조, 품질, 신뢰성 및 구매 팀의 담당자가 반드시 참여해야 한다.
2. 공식 설계 검토 실시
워크플로우에서 DfM을 구현하는 다음 단계는 공식적인 설계 검토를 시작하는 것이다. 이 작업은 내부 또는 외부 팀에서 수행할 수 있지만 검토를 수행하는 설계 팀은 제조업체로부터 격리되어야 한다.
설계 검토는 제품, 시스템 또는 응용 프로그램을 평가하고 각 구성 요소가 산업 표준에 작동하는지 확인한다. 이것은 효과적인 제품을 구축하고 프로토타이핑 하기 전에 성공적인 디자인을 개발할 수 있도록 하기 때문에 중요한 단계다. 이를 통해 비즈니스 리소스를 절약하고 비용을 절감하며 무엇보다 출시 시간을 단축할 수 있다.
3. 시뮬레이션 및 설계 소프트웨어 사용
특정 경우에는 시뮬레이션을 활용하여 제조 가능성 사후 흐름과 관련된 고장 원인을 더 잘 이해할 수 있다. 시뮬레이션으로 평가할 수 있는 공정 중 하나가 PCBA 제조 과정에서 결함 여부를 점검하는 ICT(in-circuit test)다. 경우에 따라 ICT는 과도한 보드 굴곡을 유발하고 구성 요소 고장을 초래할 수 있다.
Ansys Sherlock과 같은 도구는 회로 내 테스트 분석을 수행하여 과부하 위험이 있는 구성 요소를 평가한 다음 테스트 포인트 위치 조정, 테스트 포인트 부하 및 변위 감소, 보드 지지대 추가 또는 이동과 같은 PCB 설계 또는 ICT 테스트 변경 사항을 빠르게 비교할 수 있다.
DfM 공정에서 시뮬레이션이 도움이 될 수 있는 또 다른 분야는 굴곡진 폼팩터나 소형 폼팩터를 가진 스마트폰, 노트북 등 많은 가전제품을 설계하는 데 사용되는 rigid flex 기술이다. 이 기술은 종종 더 많은 제조 단계를 가지며 설계 변경을 도입하기가 어려울 수 있다. 이 경우, 시뮬레이션을 사용하여 잠재적 고장 위험을 확인하고 원하는 제품에 대한 설계를 최적화할 수 있다.
Trace 모델링은 최근 Sherlock의 새로운 기능으로 도입되었으며 rigid flex 기술을 시뮬레이션 하는 데 특히 유용할 수 있다. 이 기술을 사용하면 회로 기판의 다양한 레이어에서 볼 수 있는 개별 구리 Trace를 모델링할 수 있다. Trace modeling을 사용하면 실제로 지오메트리를 먼저 구축한 다음 재료와 메쉬를 할당한다. 이는 Ansys Mechanical에서 사용할 수 있는 추적 매핑과 유사한데 두 기능 모두 시뮬레이션을 위해 PCB의 작은 세부 정보를 캡처하는 데 적합하다.
4. 자재 및 프로세스 감사 수행
DfM 프로세스의 마지막 단계로 PCB 제조업체, 계약 제조업체(CM) 및 공급업체에 대한 감사를 수행하는 것이 중요하다. 특히 대규모 생산을 진행하기 전에 PCB 제조업체, 계약 제조업체(CM) 및 공급업체에 대한 현장 감사를 실시해야 한다.
공급업체 평가와 같은 서비스는 공급업체의 구성 요소 및 기술을 평가하여 공급업체가 업계 표준을 충족하는지 확인하고 제조 오류로 인해 제품에 신뢰성 문제가 발생하지 않는지 확인할 수 있다.
출처 : Ansys Design for Manufacturing(DfM) Best Practices
