[전장용 PCB 동향 1]자동차 전자부품 시장 동향
[전장용 PCB 동향 2]자동차용 전자기기의 신뢰성 시험
[전장용 PCB 동향 3]신뢰성 높은 자동차용 PCB 제조를 위한 제언
결론, 신뢰성 높은 자동차용 PCB 제조를 위한 제언
그림 13에 구체적인 Soldering 프로세스와 Assembly 과정, 그리고 Filed에서 사용 중 발생할 수 있는 결함에 대하여 특성요인의 형태로 정리했다.
그림 13. 신뢰성 불량의 변수로서의 PCB 품질 특성
실질적으로 프로세스 상에서의 결함은 재작업이나 Repair를 통하여 조치를 취할 수 있지만, Field에서 발생하는 결함에 대해서는 원인분석과 조치가 어렵다.
예를 들어 Corrosion이나 Dendrite는 표면에서 확인이 가능하지만, CAF나 Whisker의 경우에는 식별도 불가능할 뿐만 아니라 기기의 오작동을 유발하는 등 위험요소를 안고 있다.
이러한 신뢰성 결함들을 사전에 예방하기 위해 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.
1. PCB 표면처리의 장점과 신뢰성 문제 등 야기될 수 있는 이슈를 감안해야 한다.
글로벌 측면의 경쟁 우위 선점과 기업의 수익 창출을 위해 원가절감이 절실하겠지만, 신뢰성 확보에 더욱 무게를 두어야 한다. 이는 신뢰성 관련 문제가 발생하면 초기 비용 대비 수백 배 이상의 손실을 감수해야 하기 때문이다.
필자의 경우, 자동차 Auto Key PCB를 ENIG 표면처리해서 납품했지만, Black Pad 문제가 발생해 40배 이상의 금액을 배상한 기억이 있으며, 프로세스 개발을 위해서 엔지니어들이 Sample로 제작한 불량 PCB(Void) 6장이 혼입됨으로써, 조립된 부품전량을 폐기하고 300만 달러의 클레임을 받은 경험이 있다.
자동차 PCB의 품질신뢰성은 회사의 성패를 가르는 키포인트라 할 수 있다(그림 14).
그림 14. Surface Finishes by Speed and Density
2. 자동차 PCB 제조관리 시 가장 중요한 것은 Traceability이다.
자동차의 품질 보증기간은 10년이다. 따라서 PCB 회사는 PCB 제조 이력과 품질데이터, 검사보고서, 작업일지, 공정관리 데이터(SPC), 생산지시서, ECN(Engineering Change Notes), CAR(Corrective Action Report) 등 공장의 모든 데이터를 10년 이상 보관해야 한다.
이는 Field에서 문제가 발생하였을 때 추적이 가능해야 하기 때문이다. 추적이 불가하면 문제의 모든 책임을 전가 받을 수도 있다.
이를 위해서 Date Code와 Lot 관리가 필요하다. 자동차 전자기기 OEM회사는 PCB 구매를 위해 협력업체를 선정할 때, 우선적인 조건으로 제조공정의 일괄시스템과 설비와 라인의 지정 운영을 고려한다. 따라서 재료 구입을 제외한 프로세스의 외주는 가능한 허용하지 않는다.
프로세스 분업을 통한 전문화가 활성화된 한국 PCB 산업의 구조상 자동차 PCB를 생산하기 위해서는 새로운 구조가 필요할 것으로 보인다. 아직까지 한국의 자동차 PCB는 계기판, 내비게이션, 블랙박스 등 비교적 신뢰성이 요구되지 않는 일반적 사양의 제품 중심이었기에 외주가 허용되었는지도 모른다. 그러나 Power Train, 센서, ABS, Airbag 등 안전과 관련된 부품에 소요되는 PCB는 In line화가 필요할 것으로 보인다.
3. 자동차 PCB 공장의 신뢰성 TEST를 위한 센터를 두고 상시 시험을 해야 한다.
앞으로는 기본적인 Micro Section 시스템, 현미경 등 검사장비는 물론이고 SIR 측정기, 항온항습, Thermal Sock Test, 진동시험장비 등 신뢰성을 측정하기 위한 최소한의 장비를 갖춘 센터 운영이 불가피하다. PCB 납품 시 신뢰성 시험 결과를 보고서로 작성해 주기적으로 고객에게 제공하여 자사의 품질 신뢰성을 보증하는 방법도 좋은 예이다.
4. PCB 주문과 함께 제공받는 Spec.에 대한 철저한 Review와 Feed Back이 필요하다.
특히 재료를 선택함에 있어서 고객과 충분한 정보교환이 있어야 한다. 사실상 PCB의 신뢰성은 재료와 밀접한 관련이 있기 때문이다.
이와 관련, 고신뢰성을 담보하기 위해서는 High Tg, Low CTE, Low Warpage CCL을 갖춘 재료를 사용해야 한다. 하지만 이러한 요건을 갖추기 위해서는 비용 상승을 감안해야 한다.
한편, 자동차 전자기기에 소요되는 BGA 등 반도체 패키징 부품 사용이 증가하고 있다. 이와 관련해 PCB의 휨 문제가 매우 중요한 이슈로 떠오르고 있다(그림 15).
그림 15. Head in Pillow Failure due to Warping
김희경 _ 모리아코리아 대표
