PCB 테스팅 분야에서 PCB의 적용 범위는 점점 더 대중화되고 다양해지고 있습니다. 현재 엔지니어들이 제조하는 PCB는 병원의 생명 유지 장치부터 군용 기기의 회로까지 사람의 생명을 좌우하는 장비에 사용되고 있습니다. 따라서 PCB 테스팅은 보드가 설계대로 완벽하게 작동하는지 확인하는 필수적인 과정입니다. 사람의 생명이 걸려 있는 만큼 PCB 제조상의 실수는 단순히 권장되지 않는 수준을 넘어 절대 용납될 수 없습니다.
베테랑 엔지니어라도 가끔 냉납 불량이나 기타 PCB 생산 관련 결함을 일으킬 수 있습니다. 현재 많은 위탁 제조업체들이 보드를 광범위하게 테스트하지 않는 실정입니다. WellPCB는 PCB 테스팅 분야에서 최고 수준의 역량을 자부합니다.
그렇다면 어디서 실수가 있었는지 어떻게 알 수 있을까요? 또한 높은 PCB 테스팅 비용을 절감하면서도 품질 좋은 전자제품을 제공하려면 어떻게 해야 할까요? 이러한 오랜 고민을 해결하기 위해 단위 생산 및 PCB 조립을 위한 PCB 테스팅 종합 가이드를 준비했습니다.
2014년 제너럴 모터스(GM)는 엔지니어들이 간과한 자동차 모델의 점화 스위치 회로 결함을 수리하고 보상하기 위해 약 41억 달러를 지출했습니다. 다시 한번 생각해 보세요. 정상적으로 작동하는 자동차 시스템과 비교했을 때 점화 키는 얼마나 작을까요?
완벽하게 작동하는 차량 시스템이 모든 표준 테스트(비용이 많이 드는 충돌 테스트 포함)를 통과했지만, 점화 보드의 회로 실수 하나로 무너졌습니다. 게다가 41억 달러의 손실이 PCB 하나로 발생했습니다. 아마도 회로 전체가 아닌 단 하나의 불량 트랜지스터가 원인이었을지도 모릅니다.
GM의 사례가 고립된 경우일까요? 아닙니다. 약 1년 전 삼성은 갤럭시 노트 7 스마트폰 충전 시스템 결함으로 리콜과 보상에 약 53억 달러를 지출했습니다. 그뿐만이 아닙니다. 같은 시기 맥도날드의 피트니스 밴드 3,300만 개가 리콜되었습니다(비용 미공개).
일반적으로 PCB 결함으로 수십억 달러의 수리 비용이 발생하는 이야기는 현대 전자 설계에서 흔한 일이 되었습니다. 스타트업부터 대기업까지 예외가 없습니다. 냉혹한 현실은 시장이 이러한 실수를 용서하지 않는다는 점입니다. 그렇다면 PCB에 결함이 있는지 어떻게 알 수 있을까요?
때로는 PCB 결함을 쉽게 발견할 수 있습니다. 육안 검사만으로도 갈색으로 변색된 과열 조인트, 과도한 납, 부적절한 웨팅, 교란된 조인트로 인한 불안정한 부품 등 일반적인 결함을 발견할 수 있습니다(냉납 불량에 대한 자세한 내용 참조). 이 방법을 수동 육안 검사(MVI)라고 합니다.
MVI의 정확도를 높이려면 확대경을 사용해 조인트를 확인하고 조인트 개방 여부를 점검하면 됩니다. 렌즈를 이용해 조인트에 빛이 투과되는지 확인하는 방식으로 검사할 수 있습니다.
그러나 육안으로도 PCB 효율에 영향을 주는 결함을 놓칠 수 있습니다. 이러한 결함은 부품의 효과를 테스트해서만 발견할 수 있습니다. 이러한 확장된 평가에는 전압, 전류, 정전용량, 저항 같은 변수를 엄격하게 평가하는 전문 장비가 필요합니다. 이러한 변수들 또한 추후 챕터에서 논의할 다른 전문 장비의 사용을 요구할 수 있습니다.
보드의 여러 부품에서 예상 입출력값과 실제 측정값을 비교하면 어느 부분이 불량인지 파악할 수 있습니다. 이 과정을 인서킷 테스트(ICT)라고 합니다. 회로에 사용되는 부품이 많아질수록 ICT는 복잡해집니다. 이러한 복잡성 때문에 개별 PCB 부품 테스트를 용이하게 하는 컴퓨터화된 장비가 개발되었습니다. 이들 장비 대부분은 뒤에서 자세히 다루겠습니다.
불량하게 테스트된 PCB의 마지막 징후는 고객 불만 증가입니다. 모든 기기는 사용자로부터 일부 부정적인 리뷰를 받기 마련입니다. 어떤 고객은 물리적 설계를 비판하고, 어떤 고객은 기능을 비판합니다. 그러나 특정 전자제품의 효율성이나 성능에 대한 불만이 지속된다면 이는 PCB 결함을 나타낼 수 있습니다.
이러한 PCB 결함은 가장 바람직하지 않고, 감지하기 가장 어려우며, 기업에 가장 큰 비용을 초래합니다. 발생 빈도는 낮지만 일단 발생하면 해당 기업에 막대한 영향을 미칩니다.
이제 회로 기판에서 흔히 발생하는 두 가지 결함 유형을 살펴보겠습니다.
PCB 결함에는 크게 구조적 결함과 전기적 결함 두 가지 유형이 있습니다. 일반적으로 PCB의 거의 모든 결함은 이 두 범주 중 하나로 분류됩니다.
구조적 PCB 결함은 PCB 제조 시 부적절한 구조 설계와 관련된 오류에서 발생합니다. 이는 PCB에서 가장 흔한 결함 유형으로 다음과 같습니다.
전기적 결함은 회로 기판에서 전기 부품을 잘못 사용해 발생하는 결함입니다. 현대에는 거의 발생하지 않으며, 발생하더라도 설계 오류만큼 치명적이지 않습니다.
철저한 PCB 테스팅은 제조사가 생산하는 전자제품의 품질과 직결됩니다. 세심한 테스팅을 거친 PCB는 고품질 전자제품을, 부실한 테스팅은 결함 제품을 만듭니다.
앞서 본 사례들처럼 PCB 결함은 항상 큰 비용을 초래합니다. 스타트업에는 기업 평판이 걸린 문제이고, 대기업에는 금전적 손실과 평판 하락 모두를 가져옵니다. 둘 다 피해야 할 손실입니다.
과거에는 PCB 설계 단계의 오류에 중점을 두었습니다. 하지만 기술 발전으로 PCB 설계가 개선되면서, 이제는 PCB 제조 공정 자체의 테스팅에 더 많은 비중을 두고 있습니다. 장기적으로 시장에 남고자 하는 전자 제조 기업이라면 PCB 테스팅에 더 많은 투자를 해야 합니다.
취미로 로컬 PCB를 개발할 때는 일관된 전략이 필요 없고, 테스팅 전략도 필요 없습니다. 예상 회로의 대략적인 스케치만 있으면 모든 것이 제자리에 들어맞습니다.
그러나 상업용 PCB 생산과 테스팅은 시행착오를 용납하지 않습니다. 정해진 전략에 따라 효율성과 내결함성을 평가합니다. 현재 PCB 테스팅에는 약 7가지 접근법이 있으며, 그중 3가지가 업계에서 주로 사용됩니다. 상위 3가지 테스팅 범주는 수동 육안 검사(MVI), 인서킷 테스트(ICT), 기능 테스트(FT)입니다.
PCB 테스팅의 가장 기본적인 방법입니다. 육안으로 PCB의 결함을 찾는 방식입니다. MVI는 가장 단순하고 오래되었지만 여전히 가장 널리 사용되는 PCB 검사 방법입니다. 단순하고 소량 생산되는 PCB에 적합합니다.
하지만 대량 생산이나 복잡한 PCB에는 효율적이지 않습니다. 육안으로는 숨겨진 연결을 놓칠 수 있고, 대량 검사 시 사람이 지루함이나 피로감을 느껴 실수할 수 있습니다. 이러한 MVI의 두 가지 주요 단점을 보완하기 위해 렌즈 사용 등 관련 방법들이 개발되었습니다.
육안 검사로는 이상이 없어 보여도 PCB가 설계 요건을 충족하지 못할 수 있습니다. 이때 렌즈나 현미경으로 더 자세히 관찰해야 합니다.
육안으로는 PCB 납땜 조인트의 미세한 결함을 놓칠 수 있습니다. 하지만 렌즈를 사용하면 보드를 확대해 연결 부위를 더 면밀히 검사할 수 있습니다.
PCB X-레이 스캔은 렌즈로도 보기 힘든 보드의 세부 사항을 보여줍니다. 숨겨진 연결이 있는 보드를 검사할 때 필수적입니다. 원본 설계 사양의 예상 연결과 비교하기 위해 같은 보드를 여러 각도에서 스캔해야 합니다.
X-레이의 단점은 비용이 비싸고 취미생활자나 소규모 생산자에게는 적용하기 어렵다는 점입니다.
보드를 자르는 것은 분명히 나쁜 생각입니다. 하지만 PCB가 숨겨진 부분에서 의심스러운 연결을 보일 때(주로 X-레이 이미지 분석 후), 톱으로 보드를 잘라 내부 연결을 검사하는 것이 의심을 해소하는 가장 쉬운 방법 중 하나입니다.
이를 통해 내부 오류를 관찰하고 다른 보드 생산에 반영할 수 있습니다.
대량 PCB 생산 시 MVI는 번거롭습니다. AOI는 MVI를 자동화한 개선 방식입니다. 시스템이 보드 각 부분의 스냅샷을 찍고 이미지로 실제 보드 표현을 구성한 후 원본 설계와 비교합니다.
AOI는 MVI보다 빠르고 정확합니다. 하지만 단순 프로젝트에는 도입 및 유지 비용이 비쌉니다.
인서킷 테스트는 PCB 결함을 테스트하는 가장 포괄적인 방법입니다. 프로토타입 보드에서 부품의 효율성을 확인하는 것이 목적입니다. 보통 테스트할 PCB를 다양한 부품에 선택적으로 연결된 네일 베드에 올려 부품별 성능을 평가합니다.
가장 권장되는 테스트 방식이지만 비용이 많이 들고 번거롭고 시간이 오래 걸립니다. 따라서 대량 생산되는 PCB 테스트에 주로 사용됩니다. 더 저렴하고 경제적인 프로토타입 테스트 방식인 '플라잉 프로브' 방식은 3장에서 도구 설명 시 자세히 다루겠습니다.
PCB 테스팅의 마지막 단계입니다. PCB 제작 후 테스트 디바이스에 프로그램을 업로드해 예상대로 기능하는지 확인합니다.
이 방법들이 완벽해서가 아니라, 지속적인 검사와 검토를 통해 효과가 개선되었기 때문에 오류 발생 가능성이 상대적으로 낮습니다.
이러한 방법들은 PCB 테스팅용 도구 개발 유형에도 큰 영향을 미칩니다. 다음 장에서는 업계에서 PCB 테스팅에 사용하는 다양한 도구를 중점적으로 다루겠습니다.
이전 장에서는 렌즈, 멀티미터 등 장비를 이용해 PCB 결함을 수동으로 찾는 방법을 다뤘습니다.
하지만 전문 제조업체로 일할 때 이러한 방법은 번거로울 수 있습니다. 매일 엄청나게 복잡한 다양한 사양의 회로를 다루어야 하기 때문입니다. 이런 조건에서는 육안 검사가 한계가 있습니다. 이 장에서는 산업 현장에서 PCB 테스팅에 사용하는 핵심 도구들을 살펴보겠습니다.
PCB 테스팅의 근본 목적은 PCB가 설계 조건을 모두 충족하도록 생산하는 것입니다. 하지만 앞서 언급했듯 생산 과정에서 오류가 간과되기도 합니다. AOI 장비는 PCB를 스캔해 설계 불규칙성을 검사하는 기계입니다.
AOI 장비는 PCB 제조 중 수동 육안 검사(MVI)를 보조합니다. PCB를 고정하는 플랫폼과 협조 카메라 시스템으로 구성되며, 보드는 특정 각도에서 조명되고 카메라는 팁에서 이미지 스캔을 수행합니다. 이 이미지로 AOI 장비는 PCB의 추상적 표현을 구성해 원본 설계 사양과 비교합니다.
이 기계들은 수동으로 수행하기 어려운 육안 검사를 더 빠르고 정확하게 수행합니다. 주로 구조적 오류 최소화에 중점을 둡니다.
현재 2D와 3D AOI 장비가 모두 존재합니다. 두 유형 중 신형 3D AOI 장비가 2D보다 더 빠르고 우수한 성능을 보입니다. 3D AOI 장비는 주요 전력 관련 오류도 감지할 만큼 민감합니다.
플라잉 프로브 테스팅 머신(플라잉 프로토타입 머신이라고도 함)은 프로토타입 성능 평가 플랫폼을 제공합니다. AOI와 달리 인서킷 테스트를 수행합니다. 비용 효율적이고 조작이 쉬워 기존 테스트 방식보다 선호됩니다.
플라잉 프로버는 보드 상의 다양한 부품과 상호 연결된 핀 보드로 구성됩니다. 이 기계들은 부품을 테스트해 프로토타입의 효과를 확인하는 빠른 인서킷 테스트 방식을 수행합니다. 부품에 전원을 공급하거나 신호를 보내 예상 입출력값과 비교 평가합니다.
보드 상의 회로 물리적 설계와 흐르는 전류량은 인근 AC 회로에 영향을 미칩니다. 이러한 효과와 회로 저항이 결합되어 임피던스를 형성합니다.
임피던스 테스트는 수행하기 까다롭습니다. 도체 길이, 회로 간 간격, 도체 폭과 높이, 적절한 시간 측정이 필요합니다. 시영역 반사계(TDR)로 보드 임피던스를 측정하지만, 일반 TDR은 자동화된 임피던스 테스트에 적합하지 않습니다. 따라서 대규모 PCB 제조 시 개선된 임피던스 제어 테스팅 머신을 사용합니다.
구리 두께 테스터와 홀 검사기는 밀접하게 관련된 장비입니다. 이들은 보통 책상 위에 올려놓고 사용하는 장치로, 드릴 홀의 직경이나 부품을 연결하는 구리 층의 두께를 측정합니다.
구리 두께 테스터 예시
구리 두께 테스터는 구리 두께를 측정합니다. 일반적인 두께 테스터는 위 이미지와 같습니다.
홀 검사 머신
홀 검사기는 서로 다른 직경의 핀을 삽입해 홀 직경을 측정합니다. 일반적인 홀 검사기는 위 이미지와 같습니다.
모든 부품이 PCB에 납땜되면 인서킷 테스트를 수행해 통합 기능의 효율성을 확인해야 합니다. 이 단계는 완전한 ICT 후에 와야 합니다. 종합적인 ICT 테스트 없이 이 테스트만 수행하면 문제 발생 확률만 알 수 있을 뿐, 오류 위치 파악이나 해결 방법은 알 수 없습니다.
일반적으로 회로 보드의 효율성과 신뢰성을 분석하기 위해 개발된 다른 시스템도 이 범주에 속합니다.
지금까지 PCB 테스팅의 필요성과 업계에서 사용하는 테스팅 장비들을 살펴보았습니다. 남은 장에서는 PCB 조립 테스팅에 초점을 맞추겠습니다.
PCB 조립 테스팅은 PCB의 BOM(자재 명세서)에 명시된 전기 부품이 보드에 장착된 후 수행되는 테스트입니다. 앞서 논의한 ICT와 밀접한 관련이 있습니다.
보드에 실장된 여러 부품에 접근할 수 있는 평평한 표면에 고정된 네일 베드에서 테스트가 수행됩니다. 예정된 테스트 유형에 따라 보드에 전원을 공급할 수도, 하지 않을 수도 있습니다.
PCB의 BOM이 보드에 장착됩니다. PCB 조립 테스팅은 두 가지 접근 방식으로 수행됩니다:
조립 테스팅의 주요 문제는 단일 프로토타입 PCB 테스팅에 많은 시간과 비용이 든다는 점입니다. 복잡한 보드 하나 테스트하는 데 5~6주가 걸릴 수 있고, 테스트 비용도 매우 높습니다. 하지만 조립 테스팅은 다른 어떤 테스트 방법보다 기능적이고 정확하므로, 높은 품질 기준과 대량 생산이 필요한 유명 브랜드에 이상적입니다.
PCB 테스팅은 모든 PCB 설계자와 엔지니어에게 중대한 단계입니다. 이 가이드의 사례들에서 볼 수 있듯, 적절한 PCB 테스팅 기술과 접근법은 엔지니어가 생산하는 전자제품 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 결과적으로 부실한 테스팅 기술은 기업에 큰 비용을 초래합니다.
따라서 PCB 테스팅이 기업의 전자제품 품질에 직접적인 영향을 미치므로, 전체 수익성과 직결되는 만큼 그만한 가치가 있습니다. 유일한 문제는 대부분의 위탁 제조업체가 PCB 테스팅 비용을 과도하게 청구한다는 점입니다.
WellPCB는 최신 PCB 테스팅 장비를 갖추고 있으며, 고객의 PCB를 테스트하는 데 시간과 전문성을 아끼지 않습니다. WellPCB의 마지막 공정입니다. 원스톱 서비스와 고품질 제품을 제공해 드립니다. 제작에 필요한 문서를 보내주시면 즉시 견적을 받아보실 수 있습니다! 무엇을 망설이십니까? 10년간의 PCB 제조 경험으로 사양, 요구사항, 회로 문제를 다시 한번 점검하고 테스트합니다. PCB 테스팅과 품질 면에서 만족하실 것입니다. 또는 PCB 조립 및 테스팅 견적을 의뢰하실 수도 있습니다.
산업기술
2019년 7월 5일 PCB는 현대 전자제품의 핵심 요소 중 하나입니다. 제대로 설계되지 않으면 주요 문제로 이어질 수 있습니다. 따라서 경험 많은 제조사로부터 PCB를 설계받는 것이 중요합니다. 올바른 제조사 선택 전 집중해야 할 몇 가지 중요한 요소들이 있습니다. 이전 글에서 몇 가지 요소를 다뤘으며, 이 글에서는 결정 전 고려해야 할 5가지 중요한 요소를 자세히 다룹니다. PCB 조립 제조사 결정 전 확인해야 할 5가지 필수 요소 비용 효율적 PCB를 보장할 제조사들은 부족함이 없습니다. 그러나 이 요소들이 선택 과정
2019년 6월 25일 인쇄 회로 기판은 오랫동안 전자제품의 일부였으나, 요즘 설계에는 많은 복잡성이 수반됩니다. 끊임없이 증가하는 수요로 오늘날 설계와 제조 지원, 오류 없는 보드를 경쟁력 있는 가격에 보장하겠다는 여러 제조사들을 만날 수 있습니다. 이 PCB 조립 제조사들이 설계와 가격으로 경쟁하면서, 선택 시 혼란스러운 건 당연합니다. 귀사 프로젝트에 적합한 PCB 조립 제조사 결정 전 여러 요소들을 고려해야 합니다. 이것들은 무엇일까요? 글을 읽고 더 알아보세요. PCB 조립 제조사 선택 전 고려해야 할 중요 포인트들&n
