효율적인 대량 생산에 대한 업계의 요구가 점점 더 커지면서 강력한 테스트 전략이 무엇보다 중요해지고 있다. 이 글에서는 품질 저하 없이 효율성을 최적화하기 위해 복잡성이 낮은 PCB(Printed Circuit Board) 제조의 맥락에서 테스트에 대한 혁신적인 접근 방식을 살펴본다.


장춘힌 제품 마케팅 매니저, 키사이트 테크놀로지스

또한, 이 글에서는 제조업체가 대량 PCBA(Printed Circuit Board Assembly) 테스트에서 직면하는 문제와 혁신적인 기술이 전자 제품 제조 환경을 어떻게 재편하고 있는지를 다룬다. 그리고 최첨단 방법론, 정교한 테스트 장비, 간소화된 프로세스를 살펴봄으로써 PCBA 테스트에 대한 새로운 접근 방식을 가능하게 하는 주요 요소들을 간략히 설명한다. 이러한 발전을 수용하면 효율성과 작업 능률 및 제품 품질이 향상되고, 시간과 비용이 절약되며, 생산량이 증가한다.

소개

오늘날 사물인터넷(IoT) 기기, 소비자 의료 기기, 자동차 전자기기 등 우리 생활의 다양한 측면에 통합된 커넥티드 제품이 등장하면서 전자제품은 어디에나 존재하게 되었습니다. 이러한 제품들은 대량 생산이 가능하면서도 보드 복잡성이 낮다는 공통된 특징을 가지고 있습니다. 따라서 제조업체는 생산 속도를 따라잡는 동시에 보드를 대규모로 테스트하는 데 상당한 어려움을 겪고 있으며, 이러한 제품을 대규모로 생산하고 테스트하는 비용 효율적인 방법이 필요합니다.



기술의 급속한 발전으로 인해 비용 효율적인 전자 제품에 대한 수요가 급증하면서 대량 생산에 대한 전례 없는 요구가 생겼습니다. 제조업체는 전자 기기에 대한 수요 증가를 충족하기 위해 제조 공정을 개선하고 비용을 절감하며 생산 일정을 개선해야 한다는 압박을 받고 있습니다. 따라서 이러한 제품에 적용되는 In-Circuit Test 프로세스도 이러한 역동적인 산업 수요에 맞춰 조정되어야 합니다.

이 변화하는 환경에 대응하기 위해 제조업체는 혁신으로 가는 길목에 서 있습니다. 더 낮은 비용으로 전자 제품을 생산하고 운영 효율성과 민첩성을 달성하는 것이 필수 과제입니다. 제조 공정 간소화, 운영 비용 절감, 생산 주기 단축 등 다각적인 과제를 해결해야 합니다. 이러한 접근 방식에는 그림 1과 같이 전자 제품의 품질과 기능을 보장하는 데 필요한 In-Circuit Test 절차를 최적화하는 혁신적인 방법론과 첨단 기술의 복잡한 상호 작용이 필요합니다.
 

기존 테스트 접근 방식의 문제점

최근 몇 년 동안 저복잡도 인쇄 회로 기판(PCB)의 대량 생산에 대한 수요가 크게 증가했습니다. 이에 따라 생산 시간을 개선하여 제조 공정을 간소화해야 합니다. 

고품질 생산을 보장하기 위한 핵심 요소 중 하나는 테스트 프로세스에 달려 있으며, 이는 정기적인 테스트 단계와 플래시 프로그래밍이 필요한 보드에 특히 중요합니다. 이러한 보드에 대한 기존 테스트 프로토콜은 일반적으로 ICT(In-Circuit Test), 플래시 프로그래밍 및 기능 테스트를 포함하는 여러 테스트 스테이션을 포함합니다. 그러나 이 방법론은 테스트 처리량에 대한 제약과 여러 테스트 스테이션과 관련된 높은 비용으로 인해 대량 생산에는 적합하지 않습니다. 

대량 생산 탐색하기: 산업별 접근 방식 및 솔루션

복잡도가 낮은 기판의 대량 제조에 대한 테스트 문제를 극복하는 한 가지 방법은 PCB 패널화 제조 기술을 채택하는 것입니다. 고도로 패널화된 기판을 사용하는 것은 처리량을 개선하고 생산량을 늘리는 제조 분야에서 일반적인 기술이 되었습니다.

또한 저가 전자 제품은 일반적으로 더 작고 복잡성이 낮기 때문에 이러한 유형의 기판을 관리 가능한 크기의 패널에 여러 개 넣을 수 있습니다. PCB 패널화에서 제조업체는 여러 개의 기판으로 하나의 기판을 만들고 이를 조립하여 단일 어레이를 형성합니다. 이 기술은 더 작고 덜 복잡한 기판을 관리하기 쉬운 크기의 패널에 끼워 조립 라인을 통해 이동하는 데 더 비용 효율적입니다. 

패널을 구성하는 보드를 통해 작업자는 하나의 패널만 로드하여 모든 보드를 동시에 테스트할 수 있습니다. 조립 후 브레이크아웃 과정에서 패널은 별도의 PCB로 나뉘는데, 이를 디패널화라고 합니다. 개별 보드는 쉽게 디패널화하거나 어레이에서 분리하여 제품에 포장하거나 설치할 수 있습니다. 

생산 과정에서 복잡도가 낮은 기판의 조립은 종종 빠르게 진행되므로 생산 속도를 맞추기 위해 테스트에 소요되는 시간이 짧아야 합니다.

다음은 다양한 산업 분야에 걸쳐 복잡성이 낮은 대용량 보드 장치의 예시입니다: 

- 센서 보드, 컨트롤러 보드, 엔진 제어 장치(ECU)를 포함한 자동차 전자 장치
- 혈당 측정기, 혈압 측정기, 맥박 산소 측정기 등의 의료 기기
- 스마트 스피커, 스마트 도어록, 홈 보안 시스템을 포함한 IoT 디바이스
- 스마트폰, 웨어러블, 태블릿 등의 모바일 디바이스

PCB 패널화는 소형 기판이 표준 생산 절차를 준수하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 생산 효율성도 향상시킵니다. PCB 패널화의 장점으로는 시간과 비용 절약, 작업 효율성 향상, 제품 품질 향상, 생산량 증가 등이 있습니다.

병렬 패널 테스트는 테스트 효율성을 어떻게 개선하나요? 

병렬 테스트 방법을 사용하면 여러 기판을 동시에 테스트할 수 있습니다. 이러한 병렬 패널 테스트 접근 방식은 대량 생산 수요를 효과적으로 충족하기 위한 회로 내 테스트를 용이하게 합니다(표 1).

  예를 들어, 보드 하나를 테스트하는 데 6초가 걸리는 경우 대량 생산 수요를 충족하려면 6초마다 4개의 보드를 처리해야 하므로 시간당 총 2,400개의 보드를 테스트할 수 있어야 합니다. 테스터당 한 번에 하나의 보드를 테스트하는 것만으로는 이러한 요구 사항을 충족하기에 충분하지 않습니다. 필요한 처리량을 달성하기 위해 제조업체는 두 가지 옵션에 직면하게 됩니다: 

- 테스터 4대를 구매하여 추가 운영자와 공간을 확보하거나 
- 4개의 보드를 모두 병렬로 테스트할 수 있는 단일 테스터에 투자

하나의 테스터를 사용하여 4개의 보드를 순차적으로 테스트하려면 단일 보드 테스트 시간의 4배인 총 16초가 소요됩니다. 그러나 4개의 보드를 병렬로 테스트하면 전체 테스트 시간이 약 6초로 줄어듭니다. 이 방법은 4개의 보드를 순차적으로 테스트할 때보다 테스트 시간을 10초 절약할 수 있습니다. 

대규모 병렬 테스트 - 테스트 효율성 극대화 및 테스트 시간 단축

복잡도가 낮은 대량 PCBA 테스트에는 대량 생산량을 따라잡을 수 있는 ICT, 플래시 프로그래밍 및 기능 테스트를 수행할 수 있는 테스트 시스템이 필요합니다. 대량 병렬 보드 테스트는 여러 테스트 코어를 사용하여 여러 보드를 동시에 테스트할 수 있습니다.
기존 방식에서 In-Circuit Tester는 일반적으로 최대 4개의 보드를 동시에 테스트하는 것으로 제한합니다. 그러나 효율성과 처리량이 가장 중요한 대량 생산 시나리오에서는 더 많은 양의 보드를 병렬로 테스트할 수 있는 기능에 대한 요구가 높아집니다. In-Circuit Tester는 이러한 요구를 충족하기 위해 10~20개의 보드를 병렬로 테스트할 수 있어야 합니다.

더 간단하고 작은 보드 설계로 인해 복잡성이 낮은 제품은 관리하기 쉬운 크기의 단일 패널에 20개의 보드를 수용할 수 있습니다. 대규모 병렬 테스트가 가능한 In-Circuit Tester는 테스트 코어를 사용하여 패널의 모든 보드에 대한 테스트를 병렬로 실행할 수 있습니다 . 이 접근 방식은 여러 테스터를 하나의 통합된 시스템으로 통합합니다.

또한 대규모 병렬 테스트는 패널 테스트의 밀도를 높일 수 있습니다. 병렬 테스트는 단일 패널에서 더 많은 수의 보드를 동시에 테스트합니다. 결과적으로 추가 설비, 테스트 작업자 및 바닥 공간에 대한 요구 사항이 줄어들어 비용이 절감되고 생산 확장성이 향상됩니다. 전반적으로 대량 병렬 테스트는 특히 대량 생산 영역에서 표준 병렬 테스트에 비해 이점을 제공합니다.

표 2는 개별 보드, 4개 패널, 6개 패널에 대해 수행한 벤치마크를 보여 주며, 패널의 유닛 수가 증가할수록 처리량이 증가한다는 것을 보여줍니다. 병렬 테스트는 여러 유닛을 동시에 테스트하여 결과적으로 전체 테스트 시간을 단축하기 때문에 이러한 결과가 나타납니다.
 

반면, 한 번에 하나의 유닛을 평가하는 순차적 테스트는 다음 테스트를 시작하기 전에 각 테스트를 완료해야 하기 때문에 본질적으로 느린 속도로 작동합니다. 이러한 순차적 접근 방식은 테스트 프로세스 내에서 병목 현상을 일으켜 결과적으로 전체 테스트 속도를 저해합니다. 하지만 여러 유닛을 동시에 평가하는 병렬 테스트를 구현하면 각 유닛을 테스트하는 데 필요한 시간을 줄일 수 있습니다. 이러한 발전으로 테스트 처리량과 효율성이 전반적으로 크게 향상되어 테스트 프로세스가 최적화됩니다.

결론

복잡도가 낮은 대량 PCB 제조를 위한 테스트 프로세스를 최적화하기 위해 병렬 테스트 시스템과 함께 패널화 기법이 사용됩니다. 이 방법은 더 작고 덜 복잡한 보드를 관리 가능한 패널 크기로 통합하여 비용 효율성을 높이는 동시에 로딩 및 테스트 시간을 현저히 줄여줍니다. 

또한 대량 병렬 테스트를 구현하면 작업자가 여러 기판을 동시에 테스트할 수 있으므로 신속한 테스트 처리량, 간소화된 기능 테스트 측정, 덜 복잡한 기판의 대량 제조와 관련된 문제를 극복하는 비용 효율적인 접근 방식을 보장할 수 있습니다. 대량 병렬 테스트는 대량 보드 테스트 생산 환경을 위한 전형적인 솔루션으로 부상하여 신속하고 신뢰할 수 있는 테스트 결과를 제공합니다.



저자 소개

장춘힌은 프로젝트 관리 및 엔지니어링 분야에서 30년 동안 신제품 도입은 물론 비즈니스, 제조, 프로세스 개선, 공급망 관리, 전략적 소싱 및 운영을 주도한 경력을 보유하고 있습니다. 현재 제조 및 전력 제품의 제품 마케팅 매니저로 재직 중입니다. 그는 애버딘 대학교에서 전기 및 전자 공학 학사(우등) 학위를 받았습니다.