PCB 공급망이란 무엇일까요?

PCB 공급망은 여러 컴포넌트, 원재료 및 PCB 자체를 포괄합니다. 전자 어셈블리 및 제품을 위해 구매되는 기술적으로 가장 복잡한 컴포넌트일 때가 많은 PCB 및 PCB 어셈블리(PCA)는 전자 제품 세계의 중심을 이룹니다. 최신 PCB의 복잡성은 공급망 관리(SCM) 팀이 몇 가지 문제를 겪게 만드는데, 이러한 문제는 해당 팀이 관리하는 다른 상품과 비교했을 때 크게 다를 수 있습니다.

이 간단한 가이드에서는 PCB 공급망에 대해 자세히 알아보고 조달 및 공급망 관리 팀의 영역에 속하는 것이 무엇인지 구체적으로 살펴보겠습니다.

• PCB 공급망에 대한 분석
• 제품의 공급망은 누가 관리할까요?
• PCB 공급망 관리가 마주한 과제
• PCB 가치 전달 체인
• 제품 검증
  • PCB 설계 및 PCB 레이아웃
  • PCB 제작 및 테스트
  • PCBA 검증 및 테스트
• 요약

PCB 공급망에 대한 분석

PCB 및 PCBA의 공급망은 완성된 PCB에서 볼 수 있는 컴포넌트는 물론, 다양한 원재료 공급업체 및 제조업체를 포괄합니다. 설계 개념에서 완제품에 이르는 공급망의 각 단계는 다음과 같이 여러 영역에서 리소스를 얻습니다.

• Bare 보드 코어 및 적층판 재료(이 중 일부에는 슬래시 시트에 정의된 호환 가능한 교체품이 있을 수 있음, 화학 물질 및 원재료에 관해서는 자체 공급망에서 리소스를 얻음)
• Bare 보드 원재료(즉, 적층판 구성을 위해 직조된 유리 섬유 및 동박)
• 추가 원재료(세척 제품, 어셈블리용 솔더, PCB 제조 프로세스에서 사용되는 재료 및 화학 물질 등)
• 베어 기판 생산 및 PCBA 어셈블리에 사용되는 툴링 및 재료(솔더 재료, 코팅, 도금 전구체, 세척 재료 및 기타 소모품을 포괄)
• 장치에 기능을 부여하기 위해 PCB에 장착되는 반도체 및 기타 컴포넌트. PCBA는 주어진 제품에서 필요한 기능을 지원하기 위해 광범위한 컴포넌트를 필요로 하므로 지속 가능성을 염두에 두고 선택하지 않으면 위험이 초래될 수 있습니다.
• 완성된 어셈블리를 수용하고 다른 시스템과의 연결을 가능하게 해 줄 패키징 및 인클로저 재료(또는 사전에 형성된 인클로저)

PCB 공급망 관리의 과제 중 하나는 새 제품이 필요한 제품 수명에 걸쳐 필요한 규모로 제조되도록 보장하는 것입니다. 예를 들어 장기적으로 지속 가능한 공급망을 보장하는 것은 복잡한 시스템을 하나 생산할 때는 크게 중요하지 않지만, 10년 이상에 걸쳐 수백만 개로 예상되는 수량을 생산할 때는 훨씬 어려울 수 있습니다. 원재료와 컴포넌트가 지원 중단되면 제품 수명이 끝나기 때문에 이는 제품 수명 주기 관리에서도 중요한 고려 사항입니다.

제품의 공급망은 누가 관리할까요?

제품의 요구 사항이 정의되고 엔지니어링이 작동하기 시작하면 PCB 설계와 컴포넌트 선택에 따라 이벤트의 가치 체인이 시작됩니다(아래 참조). 인쇄된 레이아웃은 해당 제품의 첫 번째 물리적 표현입니다. 제조를 위한 설계(DFM)는 성능과 비용을 최적화하는 방식으로서 필요하지만, 제조업체의 제작 및 어셈블리 역량을 고려하여 설계가 필요한 규모로 제조되도록 보장하는 데에도 필요합니다. 공급업체에 대한 설계 요구 사항 및 기타 기대치를 지정하려면 정보, 문서, 전송을 관리해야 합니다.

• 조달: OEM이 수직적으로 제조를 제공하는 몇 안 되는 방법 중 하나가 아닌 한, PCB 및 PCA 소싱 결정에 대한 일반적인 고려 사항과 공급업체를 평가하고 선택하는 데 사용해야 하는 기준은 구매 단계로 넘어갑니다.

• 공급업체 선택 및 검증: 공급업체가 제공한 샘플의 기술 평가를 수행하는 프로세스를 포함하여 공급업체를 평가하고 검증하기 위해 설명된 비즈니스 고려 사항 및 선택 기준에 다른 사람들이 관여합니다.

• 프로세스 제어, 모니터링 및 검사: 전자 공급망을 관리할 때 지속적으로 수행하는 작업은 품질 보증 방법론을 모니터링하는 것입니다. 이는 종종 식스 시그마 원칙과 같은 최고의 품질 관행을 기반으로 하며 공급업체의 PCB 및 PCA 검사, 테스트, 프로세스 제어에 대한 특정 권장 사항을 고려합니다.

• 제품 승인 및 피드백: 마지막으로, 설계 검증, 로트 승인, 수령한 PCB 및 PCBA의 지속적인 검사를 위한 프로세스가 마련되어 있어야 합니다. 여기에는 높은 수준의 성과를 유지하면서 내부 관리 비용을 최소화하는 장기적인 공급업체 관리에 대한 권장 사항도 포함됩니다.​

PCB 공급망 관리가 마주한 과제

전자 공급망 관리는 다른 업계에서는 볼 수 없는 몇 가지 과제를 안고 있습니다. 이는 부분적으로 전자 제품 및 시스템이 베어 기판 수준과 개별 컴포넌트 수준 모두에서 복잡하기 때문입니다. 전자 공급망 과제의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

• PCB 및 PCA는 맞춤형으로 설계되므로 단순히 카탈로그를 통해 구매할 수 없습니다. 사실상 대형 어셈블리 또는 시스템에서 기판을 완벽하게 대체할 수 있는 제품은 없습니다. 또한 기판이 고장 나면 실질적으로 전체 하위 시스템이 고장 날 수 있으며 전체 PCBA를 교체해야 합니다. 많은 공급업체가 있지만 그 역량과 성과는 매우 다양하므로 공급업체를 선택 및 검증할 때는 더 많은 주의를 기울여야 합니다.

• 베어 PCB와 마찬가지로 모든 반도체에 완벽하거나 비슷한 대체품이 있는 것은 아닙니다. 때로는 제품군의 여러 PN이 PCBA에서 사용되어 반도체 부족을 극복하는 데 도움이 되도록 기판을 일부러 덜 치밀하게 설계해야 하는 경우도 있습니다. 설계 측면의 또 다른 관행은 여러 변형을 구현하고 수명 주기를 개별적으로 관리하는 것입니다.

• 정밀한 감광화 및 컴포넌트 배치에서 적층용 기계 프레스 및 솔더 리플로우용 오븐, 습식 화학 도금 및 에칭, 고속 드릴링 및 라우팅에 이르기까지 PCA 및 PCB를 생성하는 데는 다양한 제조 프로세스가 사용됩니다. 이러한 각 프로세스에서는 완벽한 대체품이 없는 원재료와 자체 툴링이 필요합니다.

• PCB 및 PCA는 전기 시스템의 일부로 작동해야 하며, 해당 성능은 최종 제품이 성공하는 데 매우 중요합니다. PCB는 분명 기판에 부착된 컴포넌트 간의 상호 연결을 제공하지만, 경우에 따라 그 자체로 하나의 컴포넌트로 작동하기도 합니다. 설계 팀이 최종 제품의 일부라고 평가할 때까지는 PCBA가 올바르게 작동하는지 여부를 확인하지 못할 수도 있습니다.

• 프로토타입 PCBA의 컴포넌트를 교체하고 트레이스를 자르고 점퍼를 추가할 수 있긴 하지만 제품 요구 사항이 변경되면 PCB 및 PCA를 쉽게 재작업, 반품 또는 재활용할 수 없으며, 이에 따라 추가 비용과 원치 않는 재고가 생길 수 있습니다.

이는 빠르게 변화하는 전자 제품 공급망, 특히 반도체 소싱 및 제작과 관련하여 발생하는 몇 가지 문제 중 일부에 불과합니다. PCBA 소싱 및 조달은 다른 공급업체와의 협력, 물류 및 어셈블리에 따라 더 복잡해집니다.

PCB 가치 전달 체인

가치는 '이익에서 비용을 뺀 값'으로 정의됩니다. 시장에서 제품을 성공시키려면 공급망의 각 단계에서 각 세그먼트가 가치를 인지해야 합니다. 아래에서 볼 수 있듯이 각 세그먼트의 다음 세그먼트는 고객입니다. 따라서 각 세그먼트는 가치 체인에 기여합니다.

특정 공급업체의 선택은 여러 공급업체 성과 차원의 상대적 중요성에 따라 달라집니다(아래 표 참조). 공급업체에는 어떻게 경쟁할 것인지에 관해 자체적으로 내린 전략적 결정을 기반으로 하는 고유한 역량과 강점이 있습니다. 이러한 역량에 따라 공급업체가 소싱 전략에 얼마나 잘 맞을지, 그리고 지속적인 비즈니스 파트너로서 얼마나 적합할지가 결정됩니다. 비즈니스에 가장 중요한 것이 무엇인지 파악하면 초기에 공급업체를 선택하고 해당 공급업체의 성과가 요구 사항을 지속적으로 충족하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

제품 검증

새 제품을 구상할 때 먼저 수행하는 활동 중 하나는 설계, 제조, 판매 및 지원이 가능하도록 제품을 컴포넌트 또는 파티션으로 세분화하는 것입니다. 하지만 대상 시장 및 업계에 따라 자격 기준이 필요할 수 있습니다. 이 단계에서 실수하면 제품이 적절한 기능을 갖추지 못하거나 비용이 너무 많이 들거나 필요한 성능 표준을 충족하지 못하는 제품이 나올 수 있으므로 이 단계는 매우 중요합니다.

PCB 설계 및 PCB 레이아웃

새 기판을 설계할 때는 많은 과제에 직면하게 됩니다. 적절한 설계 규칙 및 구성을 선택하기 위해서는 배선 모델을 아는 것이 중요합니다. 블라인드 및 매립 비아를 갖춘 새 구조는 기존 기판보다 더 다양하고 복잡합니다. 따라서 '제조를 위한 설계'의 관점에서 무엇이 비용 효율적인지 꼭 알아야 합니다.

복잡한 구조의 경우 특수 설계 규칙을 고려해야 합니다. 각 제조 프로세스에는 특수 고려 사항과 제한 사항이 있을 수 있습니다. 설계 도구, 패드 스택 및 자동 라우터는 복잡한 설계에서 모두 다르게 사용됩니다. 설계 프로세스의 맞춤화는 아직 수행할 활동이 아닙니다. 최신 CAD 시스템에는 절실히 필요한 조언을 제공하는 전문가 시스템도 있습니다. Manufacturability Audit 소프트웨어는 실수나 오류가 있는지 철저하게 확인한 후 레이아웃 프로세스를 마칩니다.

PCB 제작 및 테스트

전체 가치 전달 체인 중에서는 '제작'이 가장 확실히 자리를 잡고 있습니다. 현재 전 세계적으로 200개가 넘는 회사가 20개 이상의 서로 다른 프로세스를 사용하여 본질적으로 동일한 HDI/SLP 구조를 만들고 있습니다. 예를 들어 마이크로 비아를 만드는 것은 쉽습니다. 레이저, 에칭기 및 광유전체가 수년간 빠르게 발전해 왔기 때문입니다. 문제는 레지스트레이션, 미세 라인 리소그래피, 금속화 및 도금과 같은 기본 사항입니다. 복잡한 HDI/SLP에서는 이 모든 것이 우수한 수준으로 이루어져야 합니다. 이는 확실히 부담이 큰 일이지만 모든 인쇄 배선 기판 제조 프로세스에 도움이 됩니다.

PCBA 검증 및 테스트

어셈블리는 복잡하고 밀도가 높은 컴포넌트를 제공하는 새로운 가치를 지니고 있습니다. 컴포넌트는 서로 더 가까워질 수 있으며, 이에 따라 리플로우 프로파일 및 수리가 변경될 수 있습니다. 윗면이 채워지면 반대쪽 면도 많은 부품을 포함하여 더 많은 컴포넌트를 수용해야 합니다. 이 또한 어셈블리 프로세스와 리플로우 프로파일을 변경합니다. 칩 스케일 패키지 또는 플립 칩과 같이 밀도가 높은 최신 소형 영역 어레이 컴포넌트를 사용하면 제곱센티미터당 총 연결 수가 급격히 증가합니다. 언더필 또는 매우 높은 표면 연결 밀도를 갖춘 이러한 최신 소형 컴포넌트는 복잡한 구조와 신뢰성 상호 작용을 할 수 있습니다. 얇은 구조는 열 사이클 중에 구부러질 가능성이 더 크며, 이에 따라 새로운 메커니즘과 고장 가능성이 발생하므로 철저히 평가하고 테스트해야 합니다.

PCB 가치 체인의 마지막 단계는 어셈블리 수준 테스트입니다. 이는 최신 소형 영역 어레이 컴포넌트와 관련하여 매우 새로운 문제를 제시합니다. 비아 인 패드가 영역 어레이 컴포넌트와 함께 사용되는 경우 어셈블리 후 프로브를 테스트하는 데 사용할 브레이크아웃 비아가 없습니다. '테스트를 위한 설계'가 시스템 파티셔닝의 주요소가 되며, 경계, 바운더리 스캔 또는 내장 자체 테스트를 통해 테스트하는 것이 주요 설계 요소가 됩니다. 이제 컴포넌트가 너무 가까워서 테스트 패드가 너무 크거나 테스트 핀을 해당 영역에 넣을 공간이 없을 수 있습니다. 기판을 설계한 후 표면에 테스트 패드를 추가하면 복잡성과 비용이 심각하게 증가할 뿐 아니라 유해한 와류가 추가될 수 있습니다. 고전적인 BON(Bed Of Nails) 고정 장치가 필요하지 않은 최신 어셈블리 수준 검증 체계가 개발되어 이를 더 빠른 비접촉 테스트 기술로 대체할 것입니다.

요약

결국 PCB 공급망 개발은 빠르게 진행되며 설계 및 제조 팀에 여러 문제를 야기할 것입니다. 단 하나의 저항기를 구할 수 없어서 제품을 대규모로 생산할 수 없다는 소식은 누구든 정말 듣고 싶지 않을 것입니다. 전달의 각 부분이 체인의 다른 연결에 의존하게 된다는 점을 인식하고 함께 협력하면 OEM이 우수한 제품을 전달할 수 있는 솔루션을 제공할 수 있습니다.

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