E-Book: PCB 제조 탐색: 파트 1

PCB 제품의 프론트엔드 엔지니어링

가장 넓은 의미에서 "프론트엔드 엔지니어링"은 프로젝트 비용을 제어하고 프로젝트를 철저히 계획하기 위해 사용되는 엔지니어링 디자인 접근 방식을 말합니다. PCB 제품 개발 프로세스는 보드가 설계에서 제작 공정으로 이동하기 전에 수행되는 모든 단계를 말합니다. 이 글에서는 그 단계들을 검토하고, 각 단계에서 무슨 일이 일어나며, 각 단계의 핵심 요소가 무엇인지 정의할 것입니다. 후속 기사에서는 제작 공정 중에 수행되는 실제 작업에 대해 다룰 것입니다. 가장 넓은 의미에서 "프론트엔드 엔지니어링"은 프로젝트 비용을 제어하고 프로젝트를 철저히 계획하기 위해 사용되는 엔지니어링 디자인 접근 방식을 말합니다. PCB 제품 개발 프로세스는 보드가 설계에서 제작 공정으로 이동하기 전에 수행되는 모든 단계를 말합니다. 이 글에서는 그 단계들을 검토하고, 각 단계에서 무슨 일이 일어나며, 각 단계의 핵심 요소가 무엇인지 정의할 것입니다. 후속 기사에서는 제작 공정 중에 수행되는 실제 작업에 대해 다룰 것입니다.

파일에 포함된 내용

그림 1에서 보듯이, 전면 엔지니어링은 PCB 제작의 첫 단계입니다. 이 그림에서 보여지는 과정은 다층 PCB의 제조를 위한 PCB 제작 산업 전반에 걸쳐 표준임을 알아야 합니다.

그림 1. 다층 PCB 제작 공정 흐름

여기서, 레이아웃 과정 동안 생성된 모든 PCB 설계 데이터가 제조 공정이 시작될 수 있도록 제조업체에 제공됩니다. 컴퓨터 지원 제조(CAM) 스테이션은 PCB 제작 과정 동안 필요한 도구를 생성하는 일련의 단계를 통해 설계 데이터를 처리합니다. 그림 2는 전형적인 전면 엔지니어링 스테이션을 보여줍니다.

이 과정에 제공되는 정보는 다음과 같습니다:

• PCB의 각 층의 "Gerber" 데이터 또는 이미지입니다.
• PCB의 연결성을 보여주는 넷리스트입니다.
• 스택업 정보입니다.
• 드릴 정보입니다.
• 제작 사양입니다.
• 재료 사양입니다.

그림 2. 전형적인 전면 엔지니어링 작업 스테이션

위에서 볼 수 있듯이, 제조업체에 전달된 모든 정보가 완전하고 정확하게 보장하는 것은 제조 공정의 결과에 직접적인 영향을 미칩니다. 표 1은 제조업체에 필요한 전형적인 데이터 파일 목록입니다. 이 데이터에 사용되는 여러 가지 형식이 있으며, 여기에는 GenCam, Gerber, OCB++가 포함됩니다.

표 1. PCB 제작에 사용되는 전형적인 데이터 파일

프론트엔드 엔지니어링 노력 초기화

전면 엔지니어링 과정의 첫 단계는 설계의 정확성을 확인하는 것입니다. 이 과정에서 중요한 부분은 PCB가 제작될 경우 연결될 방식을 보여주는 Gerber 데이터나 아트워크에서 넷리스트를 합성하는 것입니다. 이 합성된 리스트는 CAD 넷리스트(위에서 언급한 바와 같이 제공됨)와 비교되며, PCB가 어떻게 연결되어야 하는지를 나타냅니다. 이 넷리스트 비교 작업은 PCB 도구화 과정에서 매우 중요한 첫 단계이며, 일정이 얼마나 빡빡하든지 간에 결코 생략되어서는 안 됩니다. 넷리스트 정보는 완전하고 정확해야 합니다(이로써 오래된 “쓰레기 입력/쓰레기 출력” 시나리오를 피할 수 있습니다). Gerber 데이터 넷리스트와 CAD 넷리스트가 일치하지 않으면, 차이점이 해결될 때까지 추가 작업을 진행해서는 안 됩니다. 이 넷리스트 비교 작업은 설계 데이터에 잠재적으로 발생할 수 있는 오류에 대한 중요한 안전장치입니다. 이 작업을 하지 않는 것은 종종 처음부터 잘못되고 사용할 수 없는 PCB를 초래합니다. 넷리스트 작업이 성공적으로 완료되면, 다음 단계는 설계 아트워크를 확인하여 다음을 보장해야 합니다:

• 올바른 트레이스 폭.
• 올바른 여유 공간.
• 모든 레이어 간의 적절한 등록.
• 드릴 크기와 허용 오차에 적합한 패드 크기.

PCB가 제작되면, 그것은 제어 임피던스를 가집니다. 설계 엔지니어링 팀이 각 레이어에서 올바른 임피던스를 얻기 위해 필요한 트레이스 폭, 라미네이트 두께 및 스타일을 제공하지 못했습니다. 프론트엔드 엔지니어링 그룹은 이 중요한 정보에 도달하기 위해 임피던스 예측 도구를 사용할 것입니다. 우리의 경험으로는, 이 중요한 단계를 제조업체에게만 맡기는 것은 현명하지 않습니다. 왜냐하면 각 제조업체가 자신의 표준 공정에 맞게 작업을 할 것이기 때문입니다. 이는 같은 세트의 필름을 사용하는 두 개의 다른 제조업체에서 완전히 다른 PCB를 가질 수 있다는 것을 의미합니다. 이것은 우리가 우리의 과정과 글쓰기에서 스택업 디자인에 많은 시간을 할애하는 주요 이유 중 하나입니다. 이를 제대로 하지 못하면 시간, 돈, 시장 진입 기회를 놓치거나 세 가지 모두를 잃을 수 있습니다.

제조 도구화

앞서 언급한 단계 다음에는 제조 도구화 생성이 있습니다. 이는 다음을 포함합니다:

• 각 레이어의 생산 아트워크.
• 드릴 파일.
• 테스트 도구.
• 라우팅 프로파일.
• 도금 일정.
• 에칭 일정.
• 레이업 지침.
• 라미네이션 일정.
• 품질 테스트.

앞서 언급한 각 항목은 아래에서 설명됩니다.

생산 아트워크는 각 PCB 레이어마다의 필름과 양면의 솔더 마스크, 그리고 양면의 레전드 또는 실크스크린을 위한 필름 조각으로 구성됩니다. 이 아트워크는 다음과 같은 방법으로 설계 아트워크와 다릅니다:

• 에칭 과정 중에 발생하는 좁아짐을 허용하기 위해 트레이스 폭이 넓게 만들어집니다.
• 래미네이션 과정 중에 발생하는 재료의 수축을 허용하기 위해 아트워크의 실제 크기가 약간 확장됩니다.
• PCB가 제작되는 패널의 주변에 제조 도구 기능이 추가됩니다. 이 기능에는 다음이 포함됩니다:
  • 등록 목표.
  • 테스트 구조.
  • 래미네이션 중에 프리프레그의 레진 흐름을 균일하게 하기 위한 레진 댐.

 

그림 3. 블랙 옥사이드 적용 후 내부 레이어 세부 정보가 표시됩니다.

왼쪽 사진은 제조 도구, 레진 댐(검은 점의 패턴), 그리고 패널 경계에서 보이는 테스트 구조를 보여줍니다.

드릴 파일은 도금된 구멍과 비도금 구멍을 포함한 모든 구멍의 드릴 크기와 위치를 포함합니다. 이들은 구멍에서 구멍으로 이동하는 데 가장 효율적인 방식으로 구성됩니다. 완성된 구멍 크기가 지정된 경우, 공정 엔지니어링은 도금 후 완성된 구멍에 도달하기 위해 필요한 드릴 크기를 계산합니다. 드릴 크기에 대한 구체적인 메모를 추가하는 것이 매우 유용합니다. 전통적으로 완성된 구멍 크기가 지정되었고, 제조업체는 그 공정에 적합한 드릴 크기를 선택했습니다. 오늘날의 설계와 구성 요소 핀의 밀집된 간격으로 인해 구멍 크기의 변동에 대한 여유가 많지 않습니다. 그래서 패드 스택 설계 과정의 일부로 드릴 크기를 선택하고 이를 고정하는 것이 좋습니다. 이는 드릴 차트에 완성된 구멍 크기 대신 드릴 크기를 지정하는 결과를 가져옵니다. 레이저 또는 제어 깊이 드릴링 또는 백필링이 설계의 일부로 지정된 경우, 해당 파일도 드릴 파일의 일부로 생성됩니다.

테스트 도구는 테스트 픽스처를 구축하는 데 필요한 정보, 해당 테스트 구조에 대한 배선 규칙, 그리고 테스터가 연결성이 올바른지 확인하는 데 사용하는 넷리스트를 포함합니다.

라우팅 프로파일은 기계(라우터)가 패널에서 PCB를 절단하는 지침을 포함합니다. PCB가 조립을 용이하게 하기 위해 서브 패널에 연결된 경우, 지침에는 조립 후 서브 패널에서 PCB를 분리하기 위해 사용될 홈 라인이나 드릴 구멍 라인을 만드는 것이 포함됩니다. 그림 4는 패널 내에 9개의 작은 PCB를 포함하는 패널화된 PCB를 보여줍니다. 이는 조립 공정을 최적화하기 위해 설계되었습니다. 밝은 영역은 라우팅 과정에서 각 PCB 주변에서 제거될 재료를 나타냅니다. 조립 후, 각 PCB는 패널에서 분리될 것입니다.

 

그림 4. 조립을 위해 준비된 패널당 6개의 PCB가 있는 패널화된 PCB

도금 일정은 PCB의 외층에 어떤 종류의 금속이 도금될지와 필요한 금속 두께를 달성하기 위해 패널이 각 도금 단계에 얼마나 오래 머물러야 하는지를 정의합니다. 내부 레이어를 생성하는 것은 도금을 포함하지 않는다는 점을 주목해야 합니다.

에칭 일정은 필요한 에칭 단계와 PCB 또는 내부 레이어가 각 에칭 단계에 얼마나 오래 머물러야 하는지를 설명합니다.

레이업 지침은 내부 레이어, 부분 조립품(또는 세부 사항), 프리프레그 레이어 및 외부 레이어 구리 호일이 최종 스택업에 도달하기 위해 어떻게 배열되는지를 설명합니다. 이 정보에는 단일 프레스 개방에 포함될 PCB의 수와 이들이 어떻게 분리될지에 대한 내용이 포함됩니다.

적층 일정은 적층 중 사용될 압력, 적층 단계의 온도 프로필, 프레스 주기의 지속 시간 및 적층된 PCB가 어떻게 냉각될지에 대한 내용을 포함합니다.

위에서 설명한 넷리스트 비교 테스트 외에도, 추가 품질 테스트는 단락 및 오픈, 트레이스-비아 간격, 비아-플레인 간격을 확인합니다.

요약

전면 엔지니어링은 PCB를 설계에서 제조 공정으로 이동시키기 위해 필요한 모든 단계에 중점을 둡니다. 이는 제조 공정의 중요한 부분이며, 이의 철저함은 제조된 PCB가 설계된 PCB와 일치하도록 보장합니다.

다음 PCB 설계에서 Altium이 어떻게 도움을 줄 수 있는지 더 알아보고 싶으신가요? Altium의 전문가와 상담하거나 Altium Designer의 PCB-투-Gerber 변환 기능을 사용하여 네이티브 디자인이나 다른 EDA 파일 형식을 쉽게 내보내는 방법을 알아보세요.

참고자료:
리치, 리 W. 및 자지오, 존 J., “처음부터 올바르게, 고속 PCB 및 시스템 디자인 실용 핸드북 제2권.

 

PCB 제조 서비스를 비교하는 방법

디자인 회사를 운영할 때, 다른 어떤 것보다 자주 받게 될 이메일 유형이 있습니다: PCB 제조 서비스에서 오는 영업 이메일입니다. 회사들이 자신들의 이름을 알리고 사업을 따내고자 하는 것을 이해합니다. 그래서 이 글은 그런 회사들을 비난하려는 것이 아닙니다. 온라인에서 찾을 수 있는 PCB 제조 서비스가 많고, 모두 비슷해 보일 수 있습니다. 새로운 서비스 제공업체를 찾고 있다면, 모든 업체를 비교하고 귀하의 요구에 가장 잘 맞는 최고의 제조업체를 찾기가 어려울 수 있습니다.

어떤 회사들은 “2층에서 48층 HDI RF 금속 코어 PCB”와 같이 황당한 제안으로 당신을 스팸처럼 공격할 것입니다. 경험 많은 디자이너들은 멀리서도 부실한 제조업체를 알아볼 수 있지만, 가장 저렴하고 가장 빠르다고 주장하는 해외 회사를 선택하고 싶은 유혹이 항상 있습니다. 하지만, PCB 제조 서비스를 선택할 때 가격만큼 중요한 것이 더 많습니다.

PCB 제조 서비스 선택 방법

PCB 제조 서비스를 이용할 때, 비교를 위해 그들의 웹사이트에서 많은 정보를 찾을 수 있습니다. 가격과 리드 타임 측면에서 서로 다른 서비스 간에 많은 중복이 있지만, 다른 서비스를 비교하기 위해 사용해야 할 여러 메트릭이 있습니다.

먼저, 제조업체의 제조 능력 한계를 살펴보세요. 대부분의 제조업체는 이 분야에서 상당히 경쟁력이 있으며, 표준 스택업에서 4밀 트레이스, 8밀 비아, 몇 밀 간격과 같은 것까지 신뢰성 있게 제작할 수 있습니다. 보드가 그들의 능력과 일치하는지 확인한 후, 비교를 위해 사용해야 할 다른 메트릭이 있습니다:

가격 대비 리드 타임

가격과 리드 타임은 반비례 관계를 가지는 경향이 있습니다: 하나가 올라가면 다른 하나는 내려갑니다. 보드 하우스가 유연한 리드 타임 옵션을 제공한다면, 리드 타임을 연장함으로써 일부 제작 비용을 상쇄할 수 있습니다. 이는 제작과 조립 모두에 적용됩니다. 마찬가지로, 보드를 하룻밤 사이에 처리해야 한다면, 추가 비용을 지불해야 합니다. PCB 제조 서비스가 예산 내에서 리드 타임 목표를 수용할 수 있는지 확인하세요.

제가 첫 제조 단계에서 고려하지 못한 한 가지는 제작에서 조립으로 이동하는 데 필요한 배송 시간과 완성된 PCBA를 저에게 배달하는 데까지 걸리는 시간이었습니다. 또한, 제조업체에 부품을 배송하는 데 필요한 시간도 고려하지 못해 PCB 조립 시작이 지연되었습니다. 이러한 PCB 제조 과정의 다른 측면들을 고려해 배송 지연에 의해 놀라지 않도록 하세요.

제작, 조립, 또는 둘 다?

일부 제조업체는 내부에서 제작과 조립을 제공하는 반면, 일부는 조립을 파트너에게 외주합니다. 이 점을 기억하세요. 왜냐하면 조립을 직접 하지 않을 경우, 제작된 보드와 부품을 조립업체에 보내야 할 수도 있기 때문입니다. 일부 PCB 제조 서비스는 턴키 서비스를 제공하여, 생산 단계와 관련된 모든 것을 처리하고 귀하가 다른 것에 대해 걱정할 필요가 없도록 합니다. 이는 조달 및 위탁 과정에 익숙하지 않거나 조달 관리에 시간을 할애할 수 없는 디자이너에게 좋은 옵션입니다.

생산 라인 플래싱

이것은 대량 생산을 최종적으로 원하는 임베디드 개발자를 위한 것이지만, 여전히 고려해야 할 사항입니다. 일부 PCB 제조 서비스는 생산 라인 펌웨어 플래싱 서비스를 제공하여, 보드가 귀하에게 발송되기 전에 코드가 메모리에 플래시됩니다. 이것은 PCB 프로토타이핑 중에 필요하지 않은 작업이지만, 프로토타입을 대량 생산으로 가져갈 경우 고려해야 할 사항입니다.

 

도금 및 구리 무게 옵션

어떤 PCB 제조 서비스 웹사이트를 보더라도, 구리에 대한 사양은 거의 동일합니다: 외부 층에 ENIG 도금이 된 0.5 또는 1 oz./sq. ft. 구리와 내부 층이나 평면에 1 oz./sq. Ft. 구리. 다른 구리 무게 및/또는 도금이 필요한 경우, 제조업체의 능력과 스택업 옵션을 확인하세요.

사용 가능한 재료 및 스택업

이것을 마지막에 두었는데, 이는 거의 항상 새로운 디자이너들이 보드의 생산 런을 계획할 때 마지막으로 생각하는 것이기 때문입니다. 대신, 보드를 디자인하기 전에 해야 할 가장 첫 번째 일은 제안된 스택업을 생성하고, 그런 다음 제조업체에 확인하여 그들이 그러한 특정 사양에 가깝거나 해당 사양을 생산할 수 있는지 확인하는 것입니다. 제안된 스택업의 스크린샷을 제조업체에 보내면, 그들은 자신의 재료 재고가 그 요구 사항과 일치하는지 확인하거나 대안적인 스택업을 제안할 수 있습니다.

 

PCB 제조 서비스에서 가져온 예시 스택업 테이블입니다. 이 보드는 비표준 두께를 가지고 있음을 주목하세요.

임피던스 요구 사항이 있으면(보통 단일 종단에서 50 옴) 제조업체에 알리십시오. 스택업과 트레이스 폭을 계산할 때 실수를 했다면, 좋은 제조업체는 그들이 생산할 수 있는 올바른 스택업을 알려줄 것입니다. 기억하세요, 만약 제조될 수 없다면, 디자인하는 것 자체가 무의미합니다.

요점: PCB 제조업체와 먼저 대화하세요

위의 목록에서 PCB 제조업체를 비교할 때 고려해야 할 여러 가지 요소가 있습니다. 제조가 성공적이고 기대에 부합하도록, 제조업체와 일찍 대화를 나누어 그들의 능력을 파악하는 것이 좋습니다.

고품질의 제조 가능한 회로 기판을 구축하는 데 필요한 모든 것을 포함한 사용하기 쉬운 PCB 레이아웃 도구가 필요할 때, CircuitMaker보다 더 이상 찾을 필요가 없습니다. 다음 제조 런을 계획할 때, PCB 제조 서비스로 보드를 생산에 투입하기 위해 필요한 출력 파일을 즉시 생성할 수 있습니다. 모든 CircuitMaker 사용자는 Altium 365 플랫폼에서 개인 작업 공간에도 접근할 수 있습니다. 클라우드에 설계 데이터를 업로드하고 저장할 수 있으며, 보안 플랫폼에서 웹 브라우저를 통해 프로젝트를 쉽게 볼 수 있습니다.

 

PCB 제조 비용 추정 생성 방법

제조업체로부터 직접 레이아웃 작업을 받지 않는 한, 고객들은 보통 제가 제조업체인지 묻습니다. 제 회사는 보드를 제조하지 않지만, 새로운 PCB의 제조 비용을 고객에게 알리는 것이 중요하다고 생각합니다. 처음 몇 프로젝트에 대한 견적을 모으기 시작하면서, PCB 제조의 주요 비용 요인과 고객에게 종합적인 견적을 제대로 구성하는 방법을 더 잘 이해하기 시작했습니다.

제조업체로부터 직접 레이아웃 작업을 받지 않는 한, 고객들은 보통 제가 제조업체인지 묻습니다. 제 회사는 보드를 제조하지 않지만, 새로운 PCB의 제조 비용을 고객에게 알리는 것이 중요하다고 생각합니다. 처음 몇 프로젝트에 대한 견적을 모으기 시작하면서, PCB 제조의 주요 비용 요인과 고객에게 종합적인 견적을 제대로 구성하는 방법을 더 잘 이해하기 시작했습니다.

PCB 제조 비용 추정을 결정하는 요인은 무엇인가요?

제조 비용을 결정짓는 요소는 여러 가지가 있습니다. 일반적으로, 더 많은 보드를 생산하거나, 보드당 더 많은 비아(vias)를 사용하거나, 더 작은 트레이스/비아/마운팅 홀을 사용하거나, 보드당 더 많은 구성 요소를 사용하는 것은 모두 제조 비용을 증가시킵니다. 그러나 관련 비용은 선형적이지 않습니다. 즉, 보드와 구성 요소의 수를 두 배로 늘린다고 해서 주문의 총 비용이 두 배로 증가하지는 않습니다.

이에는 몇 가지 중요한 이유가 있습니다. 제조 공정에는 공구 비용, 설계 검토, 스텐실 생성 등과 같은 여러 고정 비용이 포함되며, 이는 귀하의 요구 사항에 따라 달라질 수 있습니다. 다른 비용은 가변적이며 보드당으로 결정됩니다. 주문 규모가 감소함에 따라 보드당 비용이 감소할 수 있는데, 이는 패널화와는 덜 관련이 있고 전체 제작 공정에 걸쳐 고정 NRE 및 공구 비용을 분산시키는 것과 더 관련이 있습니다. 같은 아이디어가 조립에도 적용됩니다(아래 참조).

생산 전 DFM 검토 및 검사

일부 PCB 제조 업체는 사전 생산 검사, 설계 및 엔지니어링 검토, DFM 검토와 관련하여 다양한 수준의 서비스를 제공할 것입니다. 전체 엔지니어링 검토를 활용하면 추가 고정 비용이 발생하기 때문에 저볼륨에서는 보드당 비용이 크게 증가할 수 있습니다. 설계가 견적되고 제조 가능한지 확인하기 위해서는 어느 정도의 PCB 설계 검토가 이루어져야 한다는 점에 유의하십시오. 기본 설계 제약 사항(가장 중요한 것은 클리어런스)을 위반하면 몇 가지 기본 오류를 수정할 때까지 프로젝트가 입찰 불가로 표시될 수 있습니다.

 

설계가 철저한 DFM 검토를 거치면, 제조업체는 귀하의 파일을 확인하여 설계가 그들의 공정에서 제조될 수 있는지 확인할 것입니다.

서비스 수준과 검토 범위가 매우 중요한 부분입니다. 때로는 전기적으로 정확하고 제조 가능한 설계 선택이 제작 능력 측면에서 DFM 위반을 일으키지 않을 수 있지만, 조립 결함이나 제품의 전체 실패 위험을 초래할 수 있습니다. 완벽한 예는 패드 사이가 너무 가까워 패드에 충분한 솔더 마스크 정의가 없는 경우입니다. 반대의 경우도 가능합니다. 즉, 전기적으로 정확한 설계 선택이 DFM 위반을 유발하지만, 그 설계 선택은 의도적이었습니다. 저희 회사는 RF 구조와 도파관을 포함한 많은 설계를 하며, PCB 설계 검토 중이나 DRC를 실행할 때 단락 통지를 받기도 합니다. 이러한 유형의 검토에 어떤 것이 포함되어 있는지 문의하고, 엔지니어링 검토 서비스를 견적에 추가하기 전에 제공해야 할 설계 결과물을 결정하는 것이 중요합니다. 의도한 것이든 의도하지 않은 것이든 이러한 DFM 위반을 예상하고 제작 업체의 CAM 엔지니어와 이를 소통할 수 있다면 항상 좋습니다.

PCB 제작 비용 요인

제작에 관련된 몇 가지 주요 비용 요인의 간단한 요약입니다. PCB 제조 비용 추정을 생성할 때 이러한 각 영역을 고려해야 합니다.

 

제작되는 보드의 수와 관련하여, 주된 요인은 보드의 수가 아니라 패널 당 비용입니다. 소량 생산의 경우, 패널 당 비용과 NRE 비용이 보드 당 비용을 결정합니다. 대량 생산에서는 변동 비용이 전체 생산 비용을 지배하면서 보드 당 총 비용이 낮아집니다. 위의 다른 포인트들은 단지 제조의 시작점일 뿐이며, 그것들은 베어 보드 제작에만 초점을 맞춥니다. 조립 비용도 고려해야 합니다.

 

조립 비용 요인

조립에 관련된 비용 요인은 다음과 같습니다:

• 고유 부품의 수: 고유 부품이 더 많으면 비용이 높아지지만, 대량으로 부품을 주문하면 단가가 줄어듭니다.
• 부품의 유형: 전체 SMD 조립은 스루홀 조립보다 최대 ~50% 더 비쌀 수 있습니다.
• 양면 대 단면 조립: 양면 조립은 보드가 조립 라인을 두 번 거쳐야 하기 때문에 비용이 추가됩니다.

SMD 부품의 리드 피치: 저는 미세 피치 SMD 부품에 대한 추가 비용이 제조업체마다 다르다는 것을 보았습니다. 이미 전체 SMD를 사용하고 있다면, 일부 제조업체는 더 미세한 피치 부품에 대해 추가 요금을 부과하지 않습니다.

BGA: 단면 또는 양면 BGA 부품 조립은 다른 SMD 부품보다 약 20% 더 비쌀 수 있으며, 이는 양면 조립에 이미 부과된 추가 요금에 더해집니다. 일정 한계 이하의 미세 피치 BGA는 제조 및 조립 능력에 따라 추가 비용이 발생할 수 있습니다.

IPC 6012/IPC-A-600 클래스 3: IPC-A-600 클래스 3까지의 생산 및 조립은 비용이 상당히 더 높을 수 있지만, 최종 제품의 품질은 훨씬 더 높습니다. 또한 클래스 3 제품에 부과되는 더 높은 성능 및 검사 사양을 준수하는지 확인하기 위해 필요한 추가 검사로 인해 비용이 더 높습니다.

ITAR 준수: 미국에서 작업하는 경우, 프로젝트가 ITAR을 준수해야 할 수 있습니다. 완성된 PCB는 데이터 무결성, PCB 무결성 및 배송에 대한 ITAR 요구 사항을 준수해야 합니다. 이러한 비용은 설계자인 여러분에게 전달됩니다.

 

수동으로 조립하지 않는 한, 보드 수가 증가해도 조립 비용이 항상 선형적으로 증가하는 것은 아닙니다. 즉, 자동 조립을 사용할 경우 보드 수를 두 배로 늘려도 조립 비용이 반드시 두 배로 증가하는 것은 아닙니다. 조립 비용의 일부는 기계 프로그래밍에 들어가며, 나머지는 기계 시간에 효과적으로 지불됩니다.

부품 비용도 비슷한 구조를 따릅니다. 더 많은 부품을 주문하면 부품 유통업체와 새로운 가격 등급에 도달하여 부품 당 비용이 감소할 수 있습니다. 이것이 여러 유통업체를 혼합하여 매치하기보다 단일 유통업체에서 구매하는 것이 더 나은 이유 중 하나입니다.

해외 대비 현지 생산

우리는 글로벌화된 환경에서 살고 있으며, 노동 비용이 낮은 지역으로 제작 및/또는 조립을 아웃소싱하는 것이 그 어느 때보다 쉬워졌습니다. 이러한 선택은 생산량, 필요한 서비스 수준, 해외에 디자인을 노출시키는 것에 따른 위험, 필요한 리드 타임, 잠재적인 비용 절감 등에 따라 달라집니다.

기본적인 설계가 철저히 검증된 경우, 중국 제조업체들이 충분히 일을 잘 해낼 수 있다는 것을 발견했습니다. 다만, 주문에 소소한 추가 사항이 있을 때마다 (예를 들어, 특정 스크린 인쇄 기능, 테스트, 솔더 마스크 색상 등) 추가 비용을 요구하는 경향이 있습니다. 고객 중에는 보낸 설계와 전혀 다른 제품을 받았다며 끔찍한 경험담을 들려주는 경우도 있었습니다; 제조업체가 비용을 가능한 한 낮추기 위해 설계를 많이 수정한 다음, 그 차액을 챙겼다고 합니다. 또한 지적 재산권에 대한 우려도 있으며, 해외 업체에 설계 데이터를 노출하는 위험은 용납할 수 없을 정도로 높을 수 있습니다. 미국의 군사 및 항공우주 설계의 경우, 수출 통제 제한(EAR) 및 ITAR 요구 사항이 제조를 외부에 위탁하고 해외로 배송하는 능력을 제한할 것입니다; 캐나다와 유럽에서도 비슷한 제한이 적용됩니다.

현지에 머무는 것이 비용이 더 들더라도 실제로 큰 이점이 있습니다. 저는 전체 과정을 더 잘 통제할 수 있기 때문에 현지 제조업체를 선호합니다. 특히 프로토타이핑이나 소량 생산의 경우에는 그렇습니다. 저는 소량 생산 시 단가가 더 높게 나올 수 있지만, 저와 제 고객은 추가적인 서비스 수준, 응답성 및 우리의 디자인이 도난당하지 않을 것이라는 보안에 대해 추가 비용을 지불할 의향이 있습니다. 해외 제작으로 가는 것에 따른 위험을 받아들일 의향이 있다면, 자격을 갖춘 해외 제작소를 사용하고 현지에서 조립하는 계약 제조업체(CM)와 협력할 수 있습니다. 더 고급 디자인이거나 디자인이 특정 시험/검사 요구 사항을 가지고 있는 경우에는, 전화로 직접 누군가와 언제든지 이야기할 수 있기 때문에 현지 제조업체를 사용하는 것이 더 낫습니다.

비용 측면에서 볼 때, 미국 내에서 생산된 보드의 단가는 같은 리드 타임으로 해외에서 생산된 동일한 보드의 가격보다 최대 5배까지 높을 수 있습니다. 조립은 또 다른 문제입니다. 모든 제조업체가 현장 조립을 제공하는 것은 아니며, 조립 업체로부터 견적을 받아야 합니다. 제조업체에서 조립업체로 보드를 배송하는 것도 리드 타임을 증가시켜, 새로운 제품에 대한 무형의 비용을 추가합니다.

디자인을 해외로 보내 생산하기 전에 주의하고 위험 요소를 신중히 고려하세요.

테스팅, 검사, 그리고 자격 확인

새로운 보드가 생산될 때 수행해야 할 두 가지 중요한 활동은 테스트와 검사입니다. IPC-A-600 클래스 3까지의 생산 및 검사는 클래스 2나 클래스 1보다 더 많은 비용이 듭니다; 다른 관련 표준 및 클래스에도 동일하게 적용됩니다. IPC-13485, NADCAP, AS9100과 같은 특정 산업 표준에 따라 생산해야 할 수도 있지만, 이러한 제조업체들과 관련된 비용에 대해 일반화된 발언을 하는 것은 어렵습니다. UL 표준이나 다른 특정 산업 표준에 대한 자격은 추가 비용이 발생하며 모든 제조업체에서 제공되지 않습니다. 이는 다른 제조업체들이 테스트, 검사 및 자격 측면에서 큰 차이를 보일 수 있는 부분으로, 비용을 결정하는 데 중요한 요소입니다. 제조업체에 견적을 요청할 때 이러한 점들을 고려해야 합니다.

마지막으로, 그리고 결코 덜 중요하지 않은 것: 구성 요소들!

제작 및 조립 비용에 대해 이야기하는 것은 쉽지만, 실제 구성 요소들에 대한 비용을 잊어버리기 쉽습니다. 현재 반도체 부족 현상이 있는 환경에서 모든 큰 EMS 회사들은 just-in-time에서 just-in-case 공급망 모델로 전환하고 있습니다. 이는 디자이너들이 디자인의 끝이 아닌 시작부터 소싱 활동을 수행함으로써 위험 관리에 역할을 해야 함을 의미합니다.

이것이 반드시 제작이나 조립의 비용 요인은 아니지만, 중요한 부품이 갑자기 재고가 없어지면 재설계가 필요할 수 있습니다.

1. 대체품이 거의 없거나 전혀 없는 중요 부품을 조기에 식별하고, 최소 필요 재고를 확보하세요.
2. 이상적으로는 #1 대신에, 일부 대체 가능한 부품(가급적 핀 호환 가능)을 사용하고 생산 전에 필요한 수량을 확보할 계획을 세우세요.
3. 제조업체와 직접 거래해야 하는 특수 부품의 경우, 설계 초기에 요구 사항을 확정하고 부품 제조업체에 조기에 주문하세요. 리드 타임이 길 수 있지만, 설계를 마치기 전에 부품이 운송 중이게 됩니다.

서비스 국이나 더 큰 엔지니어링 회사의 일부라면, 이러한 점들을 설계 과정 초기에 반드시 고려하세요. 고객의 일부 약속이 필요할 수 있지만, 이러한 요구 사항을 조기에 확정하는 것은 생산에 들어가기 전에 많은 위험과 비용 증가를 없앨 수 있도록 도와줍니다

새로운 PCB를 제작할 때, Altium Designer^®는 고급 기능을 포함한 제품을 만들면서 제조업체의 DFM 요구 사항을 준수할 수 있도록 필요한 도구를 제공합니다. 또한, 정확한 PCB 제조 비용 추정을 보장하는 데 도움이 되는 인도물과 문서를 신속하게 생성할 수 있습니다. PCB 디자인 검토를 위해 프로젝트를 출시할 준비가 되면, Altium 365 플랫폼을 사용하여 제조업체와 디자인 데이터를 공유하고 빠르게 시장에 출시할 수 있습니다.

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PCB 제조는 제품을 시장에 출시하는 최종 단계 중 하나이며, 현대 PCB 제조 공정은 디자이너에게 중요한 신뢰성 및 제조 가능성 제약을 부과합니다. PCB 디자이너는 제작자와 조립자의 능력이 사용 가능한 디자인 옵션을 결정할 것임을 이해해야 합니다. PCB 레이아웃의 이러한 측면을 디자인 과정 초기에 이해하는 것은 디자이너가 높은 수율, 품질 및 신뢰성을 보장하는 데 도움이 될 것입니다.

이 전자책은 베어 보드에 사용되는 재료부터 중요한 제조를 위한 디자인(DFM) 고려 사항에 이르기까지 PCB 제조 과정에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 것입니다. 다루어지는 주제에는 다음이 포함됩니다:

• PCB 제작에서의 전면 엔지니어링 프로세스 개요
• 설계 선택과 제작 요구 사항이 비용에 미치는 영향
• DFM 검토에서 제조업체가 찾는 것
• 피델리티 마커의 중요성
• PCB 제작 노트에 포함해야 할 내용

현대 PCB 제조에 대해 더 알아보고 제조 과정을 탐색하려면 위의 PDF를 클릭하세요.

이것은 두 부분으로 구성된 전자책입니다. 1부에는 다음이 포함됩니다:

전면 엔지니어링 PCB 제품 Kella Knack 저
보드에 맞는 PCB 제조 서비스 비교 방법 Zach Peterson 저
PCB 제조 비용 추정 생성 방법 Zach Peterson 저

이 전자책의 두 번째 부분을 여기에서 다운로드하세요.