2-5 설비별 검토 사항

(1) Loader/Gate Con/Unloader

SMT 라인의 앞 중간 뒤에 셋업되어 PCB의 투입과 반송 그리고 적재를 하는 설비로써 설비의 중량이 가벼워 외부 충격에 의한 설비의 위치가 자주 틀어짐으로 인해 PCB 파손 불량이 가장 많이 발생하는 설비이다.

유럽기준의 안전장치를 하는 업체는 소수 있으나 아직 설비의 유동 방지 고정 방법에 대하여 대처 가능한 설비가 나온 제조사는 없다.

<검토 항목>
① 대응가능 PCB Size : 스몰 사이즈와 빅 사이즈 PCB 대응 한계치
② 설비의 고정성 : 셋업 이후 설비의 유동방지를 위한 고정 방법
③ 사이클 타임 및 안정성 : 최고스피드에 스몰사이즈나 얇은PCB 공급시 파손 우려 여부
④ spare parts의 수급 : spare parts의 범용성
⑤ 설비의 안전도 : 안전 사고 방지 시스템
⑥ 설비 메이커의 사후처리(A/S) 신속성

(2) Screen Printer

스크린 프린트는 솔더 크림(접착용 납 성분)을 PCB 표면의 부품이 장 착될 부분에 도포하는 장비로 생산 품질과 관련이 많아서 스크린 프린트 의 검토는 아주 중요하다. 생산에서 발생하는 불량의 80∼90%는 스크린 프린트에서 결정되기 때문이다.

SMT 부품 기술의 발달로 인한 소형화 및 집적도로 칩 사이즈, IC lead pitch, ball size가 점차 줄어들어 솔더의 빠짐성이 점차 어려워지고 있으며 메탈 마스크의 제작 사양상의 문제도 있지만 먼저 스크린 프린트의 품질이 보장되어야 한다.

1) 검토항목

① 사용 가능 프레임 사이즈 : 프리 사이즈 대응이 가능한지 통상 MIN 550×550×30mm ~ MAX 736×736×38mm 이다(최근 설비는 거의 전 사이즈에 대응 가능하나 구형 설비 일부에서 한 가지 사이즈로 고정되어 있는 경우가 있어 타 회사의 동일 모델 생산 이전시 메탈 마스크의 재 제작이나 재 견장을 하는 경우가 발생함).
② 대응가능 PCB 사이즈 : 스콜 사이즈와 빅 사이즈 PCB 대응 한계치
③ 품질 : 반복 인쇄 품질, 불량률(메탈 마스크 무세척) → 솔더 크림의 빠짐성(fine pitch 0.4phich 이하, BGA 3Ø 이하)
④ 인쇄 사이클 타임 : 2D Inspection을 포함한 타임과 2D Inspection을 제외한 타임 2가지를 같이 고려 검토(AOI를 별도로 사용하는 경우 2D 검사기능을 제외하여도 무방하나 AOI가 없는 경우 2D 기능이 포함되어 있는 설비를 투자하는 것이 추후 난이도가 높은 제품을 생산하는 데 대응이 가능하다)
⑤ 설비 사용의 편리성:운용 체계 및 교육 훈련의 난이도
⑥ 설비 유지 보수의 난이도 : 설비 유지 보수의 교육 및 자체 정비 가능 정도
⑦ spare parts의 수급 및 연간 유지 보수 비용:spare parts의 범용성 및 외자 부품의 고장시 대응력 및 중요 부품의 가격(설비 고장시 에 이전트에서 파트의 미 보유시 장기간 대기 상황 발생 및 보상기간 이후 고장시 고가의 파트 가격으로 인한 에러 발생 여부 검토)
⑧ 설비의 안전도:안전 사고 방지 시스템
⑨ 설비 메이커의 안전성 및 이상 발생 의뢰 대응력(A/S) 등을 고려하여 검토 투자가 되어야 한다.

(3) Chip Mounter/Multi Mounter

칩 마운터/멀티 마운터는 다른 보조 설비들의 품질 및 생산 사이클 타 임이 보장된 경우 품질과 생산량을 좌우하게 되는 설비로 생산 예정인 제품의 특성과 생산 능력 그리고 추후 추가 투자를 가장 많이 고려하여 신중하게 투자하여야 하는 설비이다.

칩 마운터/멀티 마운터는 설비 제조사별 장착 스피드를 향상시키기 위해서 one by one에서 로터리로 그리고 현재는 모듈 형태의 설비로 변화를 하고 있다. 칩 마운터에는 종류가 아주 많으며 계속적으로 가장 발전이 많이 이루어지는 SMT 생산의 메인 설비이다.

1) Chip Mounter의 종류

① One by One Mounter(Gantry Type)
저속 생산 설비이며 1990년도에는 로터리 고속 칩 마운터 이후 멀티마운터로 사용하거나 소량 생산 라인에 많이 쓰였으며 2000년대에 출시 되고 있는 모듈러 타입 설비의 기초이다. PCB가 이동되어 장착 위치에 왔을 때 PCB는 고정되고 head의 X, Y축 이 움직여 자재를 pickup하여 장착하는 방식으로 핸드폰용 LCD 모듈이 나 RF 모듈 등의 PCB당 점수가 적은 생산품 생산 라인에서 칩 마운터로 적합하며 점수가 많은 생산품을 생산하는 라인에서는 로터리 칩 마운터 를 메인으로 하고 이후 설비 멀티 마운터로 활용하고 있다.

② Rotary Mount
소품종 대량 생산 체제에 맞는 설비로 현재 대부분의 대량 생산 현장의 주력 설비이며 장착 스피드 개선의 한계점에 도달하여 대기업에서 1 차로 모듈러 방식 설비로 전환 중이다.
설비의 점유 면적이 넓어 라인의 길이가 길어지며 본체 무게가 무거워 2층이나 3층에 설치시 바닥 진동으로 인한 여러 문제가 발생되어 1층에 바닥 공사를 보강하여 설치를 하는 것이 보편적이다.
그러나 지금까지 로터리 중심의 생산체계로 현장 업무가 정립이 되어 있어 중소기업에서는 로터리를 운용하는 것이 현재로서는 안정적이다.
또 전세계 생산 메인 설비로 로터리가 보급 운용되어 있어 향후 5~10 년은 사용될 장비이다.
PCB가 이동되어 장착 위치에 왔을 때 head drum이 회전하며 고정된 운동을 반복하고 PCB를 안착한 테이블의 X, Y축이 움직여 자재를 장착 하는 방식으로, 200포인트 이상의 PCB당 점수가 많고 부품 간의 간격이 좁은 밀집도가 높은 제품 생산에 적합하다.

③ Module Mount

2000년대 다품종 소량 생산 및 로터리 마운트의 스피드 개선의 한계로 인해 개발된 차세대 설비로서 현재 모든 설비 제조업체들이 주력으로 개 발 출시하고 있는 상품이다.

모듈러 설비는 아직 생산 현장 적용이 얼마 되지 않아 보완 개선이 필 요한 단계이기에 대기업 검증 이후 제품을 벤치 마킹한 후 선택하는 것 이 중소기업에서는 안정적일 것이다.

모듈러 타입 설비는 각 모듈의 스피드는 빠르지 않으나 모듈의 추가수 량에 따라 라인의 생산 능력이 늘어나며 로터리에 비해 적은 면적을 차 지하고 설비의 하중이 가벼운 장점이 있다.

그러나 장착 프로그램의 최적화를 하기 위해서는 소요량이 많은 자재 는 여러 개로 나누어 피더를 걸어야 최대의 효율을 보장할 수 있어 피더 의 소요량이 많아진다. 따라서 여러 개의 reel 단위로 자재공급이 가능한 업체에서는 운용상의 효율을 높일 수 있으나 그러지 못한 경우 소요량이 많은 자재를 장착하는 모듈에서 병목현상이 발생되어 전체 라인의 생산 능력이 떨어지는 역효과가 나게 된다.

2) 검토 항목

① 대응가능 PCB 사이즈:스몰 사이즈와 빅 사이즈 PCB 대응 한계치
② 설비 제원상의 장착 스피드. 설비 제원 장착 스피드는 최적의 조건 만족과 로스 타임이 없는 경우의 스피드이므로 실 생산시는 불가능한 스피드이다. 하지만 설비별 비교 데이터로 활용된다.
③ 생산 예정 제품 적용시의 생산 능력:로스 타임을 감안한 실 생산 가능 수량. SMT 설비는 장착 방식 및 메이커별 설비의 특성이 있어 생산 PCB의 종류 및 사용업체별 특성에 따라 맞는 설비가 있고 맞지 않는 설비가 있다.
④ accuracy → 품질 : 장착 정밀도. 설비의 장착 정밀도는 카메라 화상(비전)으로 부품을 어떻게 인식했는지와 X, Y축 모터가 1puls당 움직이는 거리의 정밀도에 의해 거의 결정된다.
⑤ 부품 인식(vision) 방식

• front light : 반사 빛의 양으로 인식
  → 정밀도는 좋으나 외부 환경 및 이형부품의 변화에 영향을 받는 경우가 많다.
• back light : 부품 그림자 인식→ 그림자 인식으로 부품의 미세한 변화에 영향이 없으나 정밀도 는 조금 떨어진다.
• laser
  → 고정밀도를 요하는 부품 인식에 사용하며 부품의 미세한 변화에 아주 민감하다.

현재 3가지의 부품 인식에 사용하는 방식이 있으며 설비의 장착 정도를 좌우한다.

front light만 사용하는 설비가 있고 front light와 laser를 사용하는 설비가 있으며 front light와 back light 그리고 laser를 모두 사용하 는 설비가 있는데, 비전 방식별 강점과 약점이 있어 모든 부품과 환 경 조건을 충족시키기 위해서는 개인적으로 모든 방식이 가능한 설비를 채택하기를 권하고 싶다.
생산 실무에서 설비의 비전 대응력과 장착정밀도는 생산성과 자재의 손실로 바로 이어진다.
급변하는 전자제품에 의하여 부품들의 형상도 기존의 획일적인 모양에서 다양한 모양의 부품들이 계속적으로 개발되어 출시되고 있어 마운트 제조사들은 새로운 부품에 대응할 수 있는 vision software를 개발 업그레이드를 하여 제공하고 있으므로 이와 관련 한 지원도 확인해 보아야 한다.
⑥ 설비 사용의 편리성:운용체계 및 교육 훈련의 난이도
⑦ 설비 유지 보수의 난이도 : 설비 유지 보수의 교육 및 자체 정비 가 능 정도
⑧ spare parts의 수급 및 연간 유지 보수 비용 : spare parts의 범용성 및 외자부품의고장시대응력및중요부품의가격. 설비고장시에이전 트에서 part의 미 보유시 장기간 대기 상황 발생 및 보상기간 이후 고 장시 고가의 part 가격으로 인한 에러 발생 여부를 검토해야 한다.
⑨ 설비의 안전도:안전 사고 방지 시스템
⑩ 설비 메이커의 안전성 및 이상 발생 의뢰 대응력(A/S) 등을 고려하여 검토 투자가 되어야 한다.

(4) Reflow Oven

리플로 오븐은 PCB의 회로와 PCB에 장착된 부품을 연결하기 위하여 도포된 크림 솔더의 경화를 하기 위한 설비이다.

초기 lead가 있는 부품 사용의 through hole insert 방식인 경우 웨이브솔더링 방법을 이용하였지만, 제품 및 부품의 소형화로 칩 부품의 개발 및 표면 실장 방식의 채용, 부품의 fine pitch화로 인하여 리플로 솔더링 방식으로 변화하게 되었다.

1) Reflow Oven의 종류

① Vapor Phase Reflow

1975년 Western Electric사에서 개발한 것으로, 화학 약품을 고온 의 증기로 변환시켜 증기를 납땜 매체에 불어넣어 솔더링하는 방식 이다.

② IR Reflow(적외선 Reflow)

석영, 필라멘트 등에 전압을 가하여 발생되는 복사열로 솔더링하는 방식이다.

③ Laser Reflow

레이저 빔에 의한 납땜 방식. 레이저의 종류로는 CO2 레이저와 YAG 레이저 두 가지가 있다.

④ Hat Air Reflow(대류 Reflow)

히터에 전압을 인가하여 발생된 열을 팬에 의한 바람으로 일정 영역에 대류시켜 일정 온도를 유지 솔더링하는 방식이다.

⑤ N2(질소) 분위기 Reflow

일반 대기 중에서 모든 물질은 산소와 반응하여 산화물이 생성되 며, 특히 고온에서는 산화 속도가 빠르다. 그러나 질소 내에서 화학 변화가 적어 질소 환경 내에서 납땜을 할 경우 산화 현상을 억제할 수 있다. 이를 이용한 방식이 질소 분위기 리플로이다.

2006년 현재 기존 사용하던 공정 솔더에서 무연(Pb-free) 솔더로의 전환점에 있으며 2000년 초부터 무연 솔더에 대응할 수 있는 제품

이 개발 출시되어 많은 발전이 되어 있는 설비이다.
2000년 초기 무연 솔더의 개발 적용 검토시에 공정 솔더에서 무연 솔더로 바뀔 경우 솔더의 융점이 20도 이상 높아진다는 당시의 연구 자료를 토대로 한 리플로 오븐 제조 및 판매 업체의 세미나로 많은 생산 업체들이 리플로 오븐의 전면 교체를 검토하였다. 그러나 현재 출시되고 있는 무연 솔더는 솔더 제조사들의 경쟁으로 인한 지속적인 개발로 여러 가지의 혼합 비율에 의한 솔더를 출 시하고 있으며, 크게 3원계 혼합인 경우는 융점이 높지만 4원계 혼 합인 경우는 공정 솔더와 별 차이가 나지 않아 어떤 솔더를 사용할 것인가에 따라 설비의 교체를 검토하면 될 것이다.
그리고 신규 설비는 현재 모든 무연 솔더에 대응이 되는 설비만 출시됨으로써 언급이 필요 없으며 중고 구입시에는 3원계 혼합인 무연 솔더에 대응이 가능한지를 확인하여야 한다.

2) 검토 항목

① 설정 온도 대비 측정 온도 : 설비 프로그램상의 설정 온도와 리플로 오븐내의온도편차. 설정한온도와측정온도의갭이많으면리플 로 내에서 열손실이 많이 발생하는 설비이며 안정적인 온도 유지가 설비의 생명이다.
② 온도 control zone의 구성 : 무연 솔더에 대응하기 위해서는 최소 5 zone 이상이면 생산은 가능하나 7~8 zone 정도가 가장 적절하며냉각 zone은 별도이다.
온도 control zone이 많아지면 설비의 길이가 길어지므로 현장에알맞은 적절한 설비를 검토하여야 한다.
③ 생산 예정 제품 적용시의 초당 투입 능력 : 간혹 리플로 오븐은 앞공정에서 나오는 제품을 그냥 투입하면 되는 것으로 잘못 생각하고 있는 경우가 있는데 SMT 라인 구성에 따라 생산 제품의 사이클 타 임이 각각 다르고 리플로 오븐도 처리능력의 한계가 있으므로 확인 하여야 한다.
④ 초기기동시시간 : 휴가및휴일로인하여장비의전원을off한후 가동시 power를 on하였을 때 리플로 오븐 존별 세팅 온도에 도달 한 후 안정화되어 생산품 투입이 가능할 때까지의 시간이다. SMT 라인 설비 중 생산 가동 준비 시간이 가장 오래 걸리는 설비 가 리플로 오븐이며, 리플로 오븐의 기동 시간이 생산 초기 기동시 down time을 가장 많이 좌우한다.
⑤ heating 방식 : 리플로 오븐 제조사별 고유의 방식이 있어 벤치 마킹이나 설비기 사용업체 등을 통하여 면밀히 검토하여야 하며 히터의 수명은 무엇보다 중요하다.
⑥ flux filter의 구성 및 정비 청소 : preheating과 heating 존의 경우 존 내의 열로 인하여 대부분의 플럭스가 기화하여 배출되나 냉각 존의 경우 냉각시키는 과정에 기화되었던 플럭스가 고체화되어 남게 되 어 냉각 존 내에 쌓이게 되는데 리플로 오븐 컨베이어와 팬 고장의 가장 큰 요인이 플러스이다. 필터링 및 배출 시스템이 얼마나 좋은가에 따라 정비주기 및 수 명을 결정한다.
⑦ 설비 사용의 편리성 : 운용체계 및 교육 훈련의 난이도
⑧ 설비 유지 보수의 난이도 : 설비 유지 보수의 교육 및 자체 정비 가 능정도. 주기정비시설비분해및조립이모듈화되어분해조립이 어렵지 않은 것이 좋다.
⑨ spare parts의 수급 및 연간 유지 보수 비용 : spare parts의 범용성 및 외자 부품의 고장시 대응력 및 중요 부품의 가격. 설비 고장시 에이전트에서 part의 미 보유시 장기간 대기 상황 발생 및 보상기간이후 고장시 고가의 part 가격으로 인한 에러 발생 여부를 검토한다.

(5) AOI(Automated Optical Inspection:자동광학 검사기)

입력된 프로그램의 검사기준에 준하여 SMT 라인 생산품의 외관 불량 을 검출하는 설비이다. SMT 제조 공정에서는 Auto Vision Inspection으로도 불린다.

기존의 인력에 의존한 육안 검사에서 인적인 요소에 의한 에러 및 인원별 검출력의 문제, 그리고 인력 변동에 의한 품질검사 수준의 불안정성 을 보완하기 위하여 자동화 설비를 이용한 획일화된 검사로 품질의 안정화를 위하여 개발되었다.

초기에는 설비별 vision system(camera)의 검교정(calibration) 방법이 없어 설비별 검출력이 틀리고 검사 프로그램의 호환성이 없어 별도 관리를 하였으나 현재 기준치(tool)에 의한 검 교정 방법으로 설비별 검출력 을 평준화한 설비들이 출시되고 있다.

검사 장비에는 크게 off-line(탁상형)용과 in-line용 설비가 있으며 일반 적으로 in-line용 설비가 off-line용 설비보다 옵션이 많아 가격이 비싸며 in-line화하여 셋업시 PCB 불량 적재 설비가 추가되어 중소기업에서는 off-line용 설비를 선호하고 있으나 투자 여유가 있는 업체에서는 in-line 화 장비로 검토하는 추세이다.

① 검사 소요 시간 : 생산 제품의 검사 사이클 타임
② 검출 능력 : 육안 검사 불량 항목의 검출 능력
자동검사기의 검출력 검증은 정해진 규정이 없으며 구입 업체에 서 불량 시료를 다양하게 만들어 초기 정밀 검증을 하고 이후 실 생 산 제품의 검사를 진행하여 검증하는 것이 가장 좋다. 설비업체와 협의하여 일정기간 demo 설비를 실 생산 라인에서 검증하는 것이 보편적이다.
③ 신규 프로그램 생성 및 안정화 시간 : 자동검사기의 경우 자가 판별 능력이 없으므로 입력된 프로그램에 의하여 판독을 하게 된다. 신규 프로그램 생성 후 가성 불량을 줄이기 위하여 디버깅을 하게 되 는 데 소요되는 시간이 적고 가성 불량이 빨리 조치될 수 있어야 한 다. 실 생산 제품의 적용 검증 중 불량 검출 능력도 중요하지만 검 출 불량 중 가성 불량의 비율이 얼마가 되는지의 확인도 필수이다.
④ 설비 사용의 편리성 : 운용 체계 및 교육 훈련의 난이도
⑤ 설비 유지 보수의 난이도 : 설비 유지 보수의 교육 및 자체 정비 가 능 정도
⑥ spare parts의 수급 및 연간 유지 보수 비용 : spare parts의 범용성 및외자부품의고장시대응력및중요부품의가격. 설비고장시에 이전트에서 part의 미 보유시 장기간 대기 상황 발생 및 보상기간 이후 고장시 고가의 part 가격으로 인한 에러 발생 여부를 검토한다.

(6) X-Ray 검사기

육안 검사가 불가능한 부품(BGA, GSP, BCC 등)의 바닥면 솔더링 상태 를 X-Ray를 활용하여 검사하는 설비로 생산 현장에서 생산 초기품 및 샘 플링 검사를 진행하며 불량 원인 분석에 활용하고 있다.

고가의 장비로서 검사의 자동화는 아직 미흡한 수준이며 생산 제조 공 정에서 전수 검사는 현실적으로 진행하지 않는다.

초기 생산품 및 샘플링 검증용으로 활용되고 구동 부위가 많지 않아 특별한 불량은 없으며, 주요 부품으로는 X-Ray 발생기로 2년 정도의 수 명을 가지고 있으며 설비가격의 많은 부분을 차지하고 있다.

(7) Router(PCB 분리기)

SMT 작업 완료 제품의 PCB 가이드와 실사용 PCB를 분리하는 설비로 수작업 분리시 PCB의 휨에 의한 부품 파손 불량 방지 및 자동화를 하기 위한 설비이다.

<검토 항목>
① 작업 능력 : 초당 커팅 가능 거리(? mm/sec). 초당 커팅 가능 거리가 길수록 작업량이 증가될 수 있다.
② 라우터의 정밀도 : 모터의 1펄스당 동작 거리(? mm/ Pulse). 1펄스당 동작 거리가 짧을수록 정밀한 커팅이 가능하다.
③ Spindle Motor의 수명 : 모터의 수명이 짧으면 유지보수 비용이 많 이 들어가게 되므로 모터의 가격과 새 모터로 교체시 가격과 무상보증 기간을 확인한다.
④ 집진기 용량:라우터 가루의 집진 효과. 라우터 작업 중 발생되는 가루는 호흡기를 통하여 인체에 투입시 치명적인 악영향을 끼칠 수 있으므로 작업자의 보호를 위해서 집진기의 흡입력이 좋아야 한다.
⑤ 프로그램:프로그램 작성시 간편하고 쉬워야 하며 작성시간이 짧아야 한다.
⑥ 사용상 안전성 : 안전 사고 방지 시스템 확인
⑦ 설비 사용의 편리성 : 운용 체계 및 교육 훈련의 난이도
⑧ 설비 유지 보수의 난이도 : 설비 유지 보수의 교육 및 자체 정비 가 능 정도
⑨ spare parts의 수급 및 연간 유지 보수 비용 : spare parts의 범용성 및 외자 부품의 고장시 대응력 및 중요 부품의 가격(spindle motor). 설비 고장시 에이전트에서 part의 미 보유시 장기간 대기 상황 발생 및 보상기간 이후 고장시 고가의 part 가격으로 인한 에러 발생 여 부를 검토한다.