제조 용이성을 위한 설계는 부품 선택에서 시작됩니다

파일럿 빌드를 2주 앞둔 시점에, 한 팀은 몇 달 전 전류 정격만 보고 선택했던 보드-투-와이어 커넥터가 “신규 설계 비권장”(NRND) 상태로 전환되었다는 사실을 알게 됩니다. 이 부품을 보유한 유일한 유통사는 빌드에 필요한 수량보다 적은 재고만 가지고 있었고, 제조사는 재입고까지 40주가 걸린다고 답합니다. 가장 가까운 대체품은 동일한 케이블과 결합되지만, 풋프린트가 다르고 높이도 약 1mm 더 큽니다.

그 결과 전기 엔지니어는 커넥터 주변 영역을 다시 배선해야 합니다. 그런데 더 높은 하우징이 인클로저 보스와 간섭을 일으키고, 기구 설계자는 그 보스를 이동한 뒤 금형 견적을 다시 받아야 하며, 결국 파일럿 빌드 일정은 몇 주 더 지연됩니다.

이 모든 재작업의 출발점은 최초의 커넥터 선정이었습니다. 그 부품은 단일 제조사 제품이었고, 처음 선택했을 당시에도 재고가 충분하지 않았지만 전기적 사양만 기준으로 채택되었습니다. NRND 공지가 나오기 전까지는 아무도 다시 확인하지 않았습니다. 제조 용이성 설계(DFM)는 이런 초기 의사결정에 생산 요구사항을 반영하고, 출시 시점까지 이를 지속적으로 검토하게 하며, 대부분의 전자 제품에서는 기구와 전기 엔지니어링이 함께 결론을 내리도록 합니다.

핵심 요점

• 초기 부품 선정, 아키텍처, 제조 방식에 대한 선택이 제품의 주요 비용 요인을 결정하므로, 이런 결정을 내릴 때 생산 요구사항을 함께 고려해야 합니다.
• 부품을 처음 선택할 때 라이프사이클 상태, 패키지, 유통사 재고를 확인하고, 이후 BOM에 검증된 대체품 또는 대응 계획을 기록하십시오.
• 선호 부품 목록을 통해 고유 부품 수를 줄이고, 적층 구조를 확정하기 전에 제조업체의 stackup 옵션과 임피던스 허용오차를 확보하십시오.
• 초기 단계에서 커넥터 선택, 부품 높이와 같은 공동 의사결정 사항은 기구 설계자와 전기 엔지니어가 함께 확정해야 합니다.

제조 비용이 결정되는 지점

원가 추정 연구에서 오랫동안 통용되어 온 경험칙에 따르면, 제품 비용의 약 70%는 초기 설계 단계에서 사실상 결정됩니다. Design for Manufacturability의 저자인 David M. Anderson은 이를 예산 관점에서 유사하게 설명합니다. 설계가 완료될 때까지 실제로 집행된 제품 예산은 약 8%에 불과하지만, 이미 전체 비용의 약 80%가 사실상 확정된다는 것입니다. 두 수치 모두 근사치이지만, 말하고자 하는 바는 같습니다. 비용은 초기에 고정된다는 점입니다.

프로젝트의 각 단계는 이전 단계의 결정 위에 쌓이기 때문에, 문제가 늦게 발견될수록 일반적으로 수정 비용은 더 커집니다. 대규모 하드웨어 및 소프트웨어 시스템에서 오류 비용이 어떻게 증가하는지를 정량화한 NASA 연구에 따르면, 요구사항 단계에서 수정 비용이 1인 오류는 설계 단계에서는 3~8, 제작 단계에서는 7~16, 통합 및 시험 단계에서는 21~78의 비용이 듭니다.

이처럼 이미 확정되는 비용의 상당 부분은 일상적인 몇 가지 설계 결정에서 비롯됩니다. 다음의 네 가지 실천 방법은 기구 및 전기 엔지니어가 가장 직접적으로 통제할 수 있는 항목에 초점을 맞춥니다.

레이아웃 시작 전에 비용을 낮추는 네 가지 DFM 실천 방법

1. 설계를 단순화하라

Geoffrey Boothroyd와 Peter Dewhurst가 개발한 제조 및 조립 용이성 설계(DFMA)는 부품 수부터 검토를 시작합니다. 부품 하나를 줄일 때마다 그 부품의 구매비, 조립비, 재고비뿐 아니라 잠재적인 고장 모드도 함께 줄어들기 때문입니다. Boothroyd Dewhurst는 성숙한 제품에 대한 DFMA 검토가 일반적으로 비용을 기능 변경 없이 15~40% 절감한다고 보고합니다.

총 배치 수와 BOM의 고유 라인 아이템 수를 줄이면 각기 다른 방식으로 비용을 절감할 수 있습니다. 배치 수가 줄면 조립 시간이 짧아지고, 고유 라인 아이템 수가 줄면 피더 셋업과 재고 부담을 줄일 수 있습니다. 두 지표를 모두 추적하고, 기능을 더 적은 수의 디바이스에 통합하고, BOM에서 한 번만 사용되는 저항값이나 커패시터값의 필요성을 재검토하며, 느슨한 체결 부품보다 스냅핏을 우선하는 방식으로 개선해 나가십시오.

단순화는 조립 라인에도 적용됩니다. 여기에는 조립업체가 안정적으로 실장하고 검사할 수 있는 피치의 패키지 선택, 고밀도 부품 주변의 검사 및 재작업 여유 확보, 그리고 배선이 보드를 채우기 전에 테스트 포인트를 배치하는 것이 포함됩니다.

2. 부품과 재료를 표준화하라

선호 부품 목록이 있으면 표준화는 일상적인 습관이 됩니다. Intel Systems Group에서 부품 표준화 프로그램을 운영했던 Anderson은 20,000개의 부품을 500개의 선호 부품 목록으로 통합하고, 2,000개의 저항·커패시터·다이오드 값을 35개로 줄였다고 보고합니다.

선호 목록을 만들 때 유용한 전기적 기본값에는 0402, 0603 같은 공통 수동소자 패키지, 짧은 표준값 목록, 그리고 제품군별로 하나의 적층 재료와 표면 마감이 포함됩니다. 기구적 기본값에는 표준 판재 두께, 체결 부품 크기, 스탠드오프가 포함됩니다. 물론 이 모든 항목은 여전히 제품의 전기적, 열적, 신뢰성 요구사항을 충족해야 합니다. 팀이 최근 세 개의 보드에서 이미 구매, 실장, 테스트했던 부품들은 현재의 라이프사이클 상태와 재고를 다시 확인한 후 이 목록의 좋은 출발점이 될 수 있습니다.

소량 생산에서 재료 표준화를 다룬 한 동료 심사 연구에서는 재료 품목 수를 32개에서 19개로 줄임으로써 공급업체 관리와 입고 검사가 단순화되었습니다.

3. 실제로 구매할 수 있는 부품을 선택하라

부품의 가용성, 라이프사이클 상태, 세컨드 소스 여부는 전압 및 전류 정격과 함께 설계 사양에 포함되어야 합니다. 이 세 가지는 모두 레이아웃이 재설계 없이 양산까지 도달할 수 있는지에 영향을 주기 때문입니다. Z2Data는 단종으로 인한 재설계 비용이 2만 달러에서 거의 200만 달러에 이를 수 있다고 추산하며, 또한 해당 분석에 따르면 2025년에 단종된 62만 개가 넘는 부품 중 52%는 사전 제품 변경 통지조차 없었습니다.

초기 소싱 검토에서는 네 가지를 확인합니다:

• 라이프사이클 상태: NRND 또는 단종 공지 없이 활성 상태여야 합니다.
• 재고: 빌드에 필요한 수량을 충족하는 공인 유통 재고가 있어야 합니다.
• 리드 타임: 빌드 일정에 맞을 만큼 충분히 짧아야 합니다.
• 대체품: 단순히 핀아웃만 맞는 수준이 아니라 실질적으로 대체 가능한 후보가 있거나, 없을 경우 대응 계획이 있어야 합니다.

부품을 선택하기 전에 전압, 전류, 허용오차, 패키지 한계를 포함한 전기적 범위를 먼저 정의해 두면 이러한 검토가 쉬워집니다. 그러면 파라메트릭 검색을 통해 이러한 필터를 만족하는 후보 부품, 즉 다른 제조사의 대체품까지 찾을 수 있기 때문입니다. 이런 소싱 리스크는 커넥터, 스위치, 방열판과 같은 기구 부품에도 동일하게 적용되며, 단 하나의 대체만으로도 보드 외형, 인클로저 컷아웃, 결합 케이블이 달라질 수 있습니다.

선정 시점에 이런 검토를 하면 팀은 대안을 평가할 시간을 확보할 수 있습니다. 이 확인 없이 넘어가면 소싱 문제가 파일럿 빌드 준비 단계에서 드러날 수 있고, 그 시점의 대체는 보드와 인클로저 모두에 변경을 강제할 수 있습니다.

4. 제조업체가 실제로 만들 수 있는 범위 안에서 설계하라

Stackup, 제어 임피던스, 비아 구조는 DFM과 신호 무결성이 만나는 지점입니다. 제조업체가 설계된 stackup을 안정적으로 구현할 수 있어야 완성된 패턴도 시뮬레이션이 예측한 값에 더 가깝게 유지됩니다. Sierra Circuits 기사에서 RHartley Enterprises의 신호 무결성 전문가 Rick Hartley는 설계자가 제조업체의 역량을 이해하고 그에 맞춰 설계를 구성해야 한다고 조언합니다.

이는 결국 몇 가지 반복적으로 등장하는 선택으로 귀결됩니다:

• 대칭 stackup은 적층 및 리플로우 과정에서 보우와 트위스트를 줄입니다.
• 재고로 보유된 유전체 두께를 사용하면 특주 자재와 그에 따른 추가 리드 타임을 피할 수 있습니다.
• 배선과 조립 요구를 만족하는 가장 단순한 비아 구조를 선택하면 제조 비용을 낮출 수 있습니다. 비아 인 패드 및 적층 마이크로비아처럼 해당 구조상 필요한 경우에만 비아 충전 및 캡 처리를 지정하십시오.
• 현실적인 임피던스 허용오차는 제조업체의 공정 능력과 맞아야 합니다. 예를 들어 Sierra Circuits는 ±10%를 유지할 수 있으며, 특별한 경우에는 ±5%도 가능합니다.

제조업체가 안정적으로 달성할 수 있는 수준보다 더 엄격한 허용오차를 요구하는 설계는 재설계와 두 번째 제작 사이클의 위험을 초래합니다. stackup과 부품이 확정되면, 레이아웃 규칙을 통해 나머지 제약조건을 강제할 수 있습니다. 이에 대해서는 당사의 설계 규칙이 잡아내는 8가지 일반적인 DFM 문제 관련 기사에서 다루고 있습니다.

기구와 전기 DFM이 만나는 지점

위의 여러 실천 방법은 두 분야에 모두 걸쳐 있는 부품과 요소를 포함합니다. 예를 들어 커넥터, 높이가 큰 부품, 보드 외형, 장착 홀, 그리고 어셈블리를 결합하는 표준 하드웨어가 그렇습니다.

이러한 인터페이스를 블록 다이어그램 단계와 첫 번째 인클로저 스케치 단계에서 합의하고, 이후 상세 배치와 인클로저 금형 확정 전에 다시 구체화하면 두 설계를 일치된 상태로 유지할 수 있습니다. 또한 공유 부품을 선호 부품 목록에 추가하면 이런 정합성을 다음 제품까지 이어갈 수 있습니다. CAD 작업이 시작된 뒤에는, 동기화된 전자/기구 CAD(ECAD-MCAD) 워크플로를 통해 이를 최신 상태로 유지할 수 있으며, 이는 당사의 ECAD–MCAD 협업 기사에서 설명합니다.

체크리스트: 레이아웃 시작 전에 적용해야 할 DFM 실천 방법

위의 네 가지 실천 방법은 매우 넓은 범위를 다루지만, 실제로 가장 중요한 결정은 대체로 반복적으로 등장하는 몇 가지 점검 지점에 모입니다. 레이아웃을 시작하기 전에 빠뜨린 것이 없는지 다음 목록으로 확인하십시오. 

• 총 배치 수와 고유 BOM 라인 아이템 수에 대한 목표를 설정하고, 각 검토 시점마다 추적하십시오.
• 최근 세 개의 보드에 사용된 부품을 기반으로 선호 부품 목록을 구축하십시오.
• 새 부품을 선택할 때마다 라이프사이클 상태, 공인 재고, 리드 타임을 검토하고, 출시 전 다시 확인하십시오.
• 단일 제조사 부품마다 BOM에 검증된 대체품 또는 대응 계획을 기록하십시오.
• 커넥터, 높이가 큰 부품, 보드 외형은 상세 배치를 시작하기 전에 기구/전기 설계가 공동으로 확정하십시오.
• stackup을 정하기 전에 제조업체의 stackup 옵션과 임피던스 허용오차를 확보하십시오.
• 배선 및 조립 요구를 충족하는 가장 단순한 비아 구조를 선택하고, 구조상 필요한 경우에만 충전 및 캡 처리를 지정하십시오.
• 배선이 보드를 채우기 전에 검사 접근성과 테스트 포인트 배치를 확인하십시오.

Octopart가 제조 가능한 부품 선택을 지원하는 방식

라이프사이클, 재고, 패키지 데이터를 한곳에서 확인할 수 있을 때 소싱 검토는 가장 빠르게 진행됩니다. Octopart의 파라메트릭 검색은 패키지, 실장 방식, 치수별로 부품을 필터링할 수 있으며, 검색 결과에서 수명주기 상태, 재고, 리드 타임도 함께 보여줍니다. Octopart는 수백 개의 유통업체로부터 수천만 개 부품의 가격 및 구매 가능 정보를 수집합니다. 각 부품 페이지에는 현재 공급 조건이 나열되어 있으며, 가능한 경우 재고 이력도 제공되어 해당 부품이 안정적으로 재고를 유지해왔는지, 아니면 시간이 지나며 재고가 부족해졌는지를 확인할 수 있습니다. 데이터시트와 제공 가능한 심볼, 풋프린트, 3D 모델은 엔지니어가 해당 부품을 평가하는 데 도움을 주며, 여기에는 장착 적합성과 클리어런스 검토도 포함됩니다. 또한 부품 페이지에는 각 부품을 재고로 보유한 유통업체 수가 표시됩니다. 서두의 예시에서 언급한 커넥터처럼 단일 유통업체만 취급하는 부품은 레이아웃 전에 반드시 해소해야 할 단일 소스 리스크입니다.

부품이 BOM에 포함되면, Octopart BOM Tool에서 모든 항목의 수명주기 상태, 가격, 재고를 확인할 수 있으므로 팀은 레이아웃을 시작하기 전에 리스크가 있는 부품의 대체품을 찾을 수 있습니다.

다음 설계가 상세 레이아웃 단계로 넘어가기 전에 해당 BOM에 대해 소싱 검토를 실행하고, 둘 다 아직 변경이 쉬운 시점에 제조업체와 스택업을 확인하세요.

다음 부품은 레이아웃을 시작하기 전에 Octopart에서 검색하여 수명주기 상태, 유통업체 재고, 대체 가능 부품을 확인하세요 →

전자 분야에서의 제조 용이성 설계(DFM)에 관한 자주 묻는 질문

전자 분야에서 제조 용이성 설계(DFM)란 무엇인가요?

DFM은 제품이 현실적으로 가능한 최저 비용으로 제조, 조립, 테스트될 수 있도록 설계하는 방법입니다. 전자 분야에서는 부품 선정, 스택업 및 비아 선택, 레이아웃 규칙, 그리고 PCB가 인클로저와 공유하는 기구적 요소까지 포함합니다.

DFM은 조립 용이성 설계(DFA)와 어떻게 다른가요?

DFA는 조립된 최종 제품에 초점을 맞추며, 각 부품이 정말 필요한지, 그리고 얼마나 쉽게 취급하고 삽입할 수 있는지를 따집니다. 반면 DFM은 베어 보드를 포함해 남아 있는 각 부품이 어떻게 제조되는지에 초점을 둡니다. Boothroyd Dewhurst는 이 둘을 DFMA로 통합해 다루며, 제거할 수 있는 부품은 제조 최적화가 필요 없기 때문에 DFA를 먼저 적용합니다.

BOM에 부품을 추가하기 전에 엔지니어는 무엇을 확인해야 하나요?

데이터시트만 보지 말고, 해당 부품의 수명주기 상태, 공인 유통업체의 재고 수준, 현재 리드 타임, 그리고 다른 제조사의 동등품이 있는지까지 확인해야 합니다. 단일 제조사 부품의 경우에는 검증된 대체품을 확보하거나, 합의된 재고 버퍼 또는 계획된 재설계 경로와 같은 문서화된 대응 방안을 갖춰야 합니다.

DFM은 기구 설계에 어떻게 적용되나요?

전자 제품의 기구 DFM에는 보드 외형, 장착 구조, 부품 높이, 커넥터 배치, 인클로저 적합성뿐 아니라 조립 시간을 좌우하는 패스너 및 하드웨어 선택도 포함됩니다.

DFM은 출시 기간을 어떻게 단축하나요?

DFM은 제조 거부, 조립 재작업, 늦은 부품 대체로 인해 발생하는 제조 관련 지연을 줄여줍니다. 또한 표준 부품, 재고가 충분한 부품, 제조업체와 호환되는 스택업은 견적, 조달, 조립 준비 시간도 단축해 첫 생산이 더 빨리 라인에 올라갈 수 있게 합니다.