인프런 커뮤니티 질문&답변

회로설계 질문 답변의 말:

안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

우선 System-level이라는 말을 강의 맥락에서 정리해보면, 개별 부품이나 회로 단위가 아니라 “제품 전체 관점”에서 전원과 신호 흐름, 기능 블록, 인터페이스 관계를 보는 설계 레벨을 의미합니다. 예를 들어 이 강의에서처럼 STM32 MCU, Ethernet PHY, Motor Driver, ADC, DAC, LDO, MIC 등이 한 보드에 섞여 있을 때, 각 블록을 개별 회로로 보는 것이 아니라 “전력이 어디서 들어와서 어떤 레귤레이터를 거쳐 어떤 칩에 얼마의 전류가 분배되는지”, “어떤 신호가 어느 블록을 지나서 최종 출력까지 어떻게 이동하는지”, “노이즈가 어디서 발생해서 어디로 돌아가는지”를 한 번에 그려보는 단계가 System-level입니다. 그래서 섹션 2에서 System-level 이해, 섹션 7의 과제에서 Power & Signal Flow Exploration을 따로 강조하는 이유가 여기에 있습니다.
조금 더 구체적으로 말하면, MCU가 최대 100 mA, Motor Driver가 피크 2 A, ADC/DAC/MIC가 합쳐서 수십 mA를 쓴다고 할 때, 전체 보드에서 “5 V 어댑터 하나로 이걸 다 감당할 수 있는지, Surge가 걸릴 때 버틸 수 있는지, 각 레귤레이터별 Margin을 얼마나 줄지, GND를 아날로그/디지털로 어떻게 분리해서 리턴을 어떻게 태울지”를 정량적으로 검토하는 게 System-level 설계입니다. 이 레벨에서 전류 합, 전압 Margin, 노이즈 Budget을 숫자로 정의해두면, 이후의 개별 회로/레이아웃 설계가 훨씬 명확해집니다.

이제 질문 주신 PCB Artwork 이후 외주 제작과 칩 실장(솔더링) 방식에 대해 말씀드리겠습니다.

현업에서 “외주 제작된 PCB에 칩을 따로 사서 엔지니어가 직접 솔더링” 하는 경우는 분명 존재하지만, 이것은 주로 프로토타입이나 소량 개발 단계에서 많이 쓰는 방식입니다. 예를 들어 R&D 팀에서 보드 3장만 만들어 보는 EVT(Engineering Validation Test) 단계라고 하면, 보통은 Gerber 파일만 PCB 공장에 보내서 ‘Bare PCB’만 받아온 뒤, 사내에서 다음과 같이 처리하는 케이스가 많습니다. 엔지니어 한 명이 하루에 수작업으로 0402 저항·커패시터 기준 약 100~200개의 솔더 Joint를 안정적으로 작업할 수 있다고 가정하면, 부품 수가 300~400개 정도인 Mixed-signal 보드 한 장을 완전히 수동 솔더링하는 데 대략 3~5시간 정도가 걸립니다. 이렇게 2~3장 수준만 필요할 때는 사내 온도조절 납땜 인두, 핫에어, 소형 리플로우 오븐 등을 활용해서 직접 SMD를 실장하는 편이 비용과 일정 면에서 효율적일 수 있습니다.

반대로 양산 단계나 수십 장 이상이 넘어가는 파일럿 생산 단계부터는 거의 항상 “PCB + SMT 실장까지 외주(EMS/Assembly 업체)”로 진행합니다. 이유는 세 가지 정도로 요약할 수 있습니다. 첫째, 작업 시간과 인력 비용입니다. 예를 들어 부품 수 500개, 솔더 Joint가 약 800~1000개인 보드를 50장 만든다고 하면, 수동 솔더링으로는 사람 한 명이 아무리 빨라야 1장당 4시간 × 50장 = 200시간, 즉 한 사람이 순수 작업만 잡아도 한 달 가까이 필요합니다. 둘째, 품질과 수율입니다. 수작업은 숙련자라도 1000 Joint 기준 1~2% 수준의 불량 가능성은 거의 피하기 어렵지만, 잘 갖춰진 SMT 라인에서는 AOI, X-Ray 검사까지 포함해 99.9% 이상의 초기 조립 수율을 노릴 수 있습니다. 셋째, 공정 이력 관리와 신뢰성입니다. 의료·자동차·산업용 제품은 납땜 프로파일, 플럭스 종류, 세척 여부, Baking 이력 등이 모두 품질 문서화 대상이라 사내에서 “연구소 작업자 개인 손기술에 의존하는 방식”을 허용하지 않는 경우가 많습니다.

강의에서 “원래는 칩들은 존재하지 않지만 외주 업체에서 해주는 곳도 있다”라고 설명한 것은, 기본적으로 PCB 업체는 Gerber만 받아 Bare PCB만 만들어 주는 게 원칙이지만, 요즘은 PCB 제작과 동시에 SMT Assembly까지 같이 해주는 원스톱 업체들도 많다는 뜻입니다. 이런 업체들은 보통 다음 세 가지 방식 중 하나로 일을 받습니다. 첫째, 고객이 BOM과 Pick&Place 파일만 주고 부품 구매까지 전부 업체가 대행하는 Full Turn-key 방식. 이 경우 부품 단가에 일정 마진이 붙고, 납기와 EOL 관리까지 업체가 어느 정도 책임집니다. 둘째, 고객이 주요 IC 같은 고가/긴 납기 부품은 직접 구매해서 보내고, 패시브와 범용 커넥터 등은 업체가 구매하는 Partial Turn-key 방식. 예를 들어 STM32, 고가 Motor Driver, PHY, 고정밀 ADC 같은 것만 고객이 미리 확보해서 보내고, 0402 패시브는 업체가 조달합니다. 셋째, PCB는 외주로 만들고 부품은 전부 고객이 보내는 Consignment 방식으로, 업체는 순수 조립 공정만 수행합니다. 이 방식은 단가 관리가 좋은 대신, 부품 재고관리와 Shortage 책임이 대부분 고객 쪽에 있습니다.

실제 회사에서는 이 세 가지를 단계별로 섞어서 씁니다. 예를 들어 스타트업이나 소규모 팀의 초기 프로토타입에서는, 첫 버전은 Bare PCB만 외주 제작하고 핵심 IC와 주변 부품을 직접 솔더링하여 기능을 빠르게 검증합니다. 여기서 발견된 설계 이슈를 반영해 Rev.B를 만들 때는, BGA 패키지나 Fine-pitch QFP처럼 수작업 난이도가 높은 칩들은 PCB 업체에서 먼저 실장해 오고, 커넥터나 테스트 핀 같은 Through-hole 부품은 사내에서 손납땜으로 채우는 식으로 나누기도 합니다. 그리고 양산이 확정된 뒤에는 BOM 확정, 대체 부품 리스트, 조립 공정서까지 포함한 자료를 EMS 업체에 넘겨 “PCB+Assembly+검사”를 한 번에 외주로 돌립니다.

연구소/사내 개발 환경이 잘 갖추어진 대기업 R&D의 경우에는 조금 다릅니다. 사내에 소형 SMT 라인이나 프로토타입 전용 라인이 있는 경우도 많습니다. 이런 곳에서는 다음과 같이 진행합니다. PCB는 여전히 외주 fab에서 제작하지만, 조립은 사내 SMT 라인에 올려서 부품 실장, Reflow, AOI까지 내부에서 처리합니다. BGA나 QFN 같은 부품의 리워크를 위한 리워크 스테이션, X-Ray 검사 장비도 사내에 있는 경우가 많습니다. 이런 환경에서는 “칩을 따로 사서 직접 솔더링”이라고 해도, 엔지니어가 인두를 들고 일일이 붙이는 수준이 아니라, 생산기술팀에 조립을 의뢰하는 형태가 됩니다.

정리하자면, 질문 주신 “외주제작된 PCB에 칩만 따로 구매해 직접 솔더링하는 경우”는 다음과 같은 상황에서 많이 발생합니다. 첫째, 1~5장 수준의 극소량 프로토타입, 혹은 개인/학생 프로젝트. 둘째, 부품 조달이 까다롭거나 기밀 이슈로 인해 특정 칩은 외주 업체에 넘기기 어려운 경우. 셋째, 회로가 자주 변경될 때라 SMT 라인 세팅과 스텐실 제작 비용을 매번 지불하기 아까운 경우입니다. 반대로 현업에서 본격적인 제품 개발과 양산을 한다고 하면, 대부분은 PCB Artwork 이후에 Bare PCB만 받는 게 아니라, BOM, Pick&Place, Assembly Drawing까지 넘겨서 “PCB 제작 + SMT 조립”을 함께 외주 주거나, 사내 SMT 라인에서 조립하는 방식이 일반적이라고 보시면 됩니다.

안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. HWGOGOGO님.

PCB Artwork 단계와 외주 제작에 대한 질문을 주셨군요. PCB 제작 과정에서는 여러 단계를 거치며, 각각의 단계마다 외주 업체를 이용할 수 있는 옵션도 존재합니다.

일반적으로 현업에서 PCB 아트워크를 외주 제작한 후, 칩이나 기타 전자 부품은 따로 구매하여 직접 솔더링하는 경우도 많이 있습니다. 이러한 경우는 보통 다음의 장점을 가지고 있습니다:

1. 비용 절감: 외주로 PCB 제작만을 맡기면 상대적으로 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능합니다. 필요한 부품은 별도로 조달하여 필요한 양만큼 조립할 수 있어 불필요한 비용을 줄일 수 있습니다.

2. 품질 관리: 특정 칩이나 부품에 대한 신뢰성을 확보하기 위해, 검증된 공급처에서 부품을 구매하여 직접 솔더링하는 방식을 선택하기도 합니다.

3. 유연성: 설계 변경이나 수정이 필요할 때, 이미 입고된 부품을 사용하여 빠르게 프로토타입을 만들 수 있습니다.

외주 업체에 따라 PCB만 제작하고 부품 실장(SMT, Dipping)을 포함한 서비스를 제공하기도 합니다. 특히, 빠른 기간 내에 프로토타입을 만들어야 하거나 대량 생산을 계획 중인 경우, SMT 서비스를 통해 완전히 조립된 상태로 PCB를 받는 것이 유리할 수 있습니다.

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• PCB HW 설계직무에서 디지털 설계 경험 어필하기: 외주 PCB 제작 및 구성 요소에 대한 실질적인 경험을 어떻게 활용할 수 있는지에 대한 설명입니다.
  

저는 질문자님의 이해를 돕고자 지식공유자님의 기존 답변을 참고하여 유사한 답변 링크를 추천해드리고 있습니다. 현재 베타 기능으로 답변이 만족스럽지 않을 수 있는 점 양해 부탁드립니다. 🙏 추가적으로 궁금한 점이 있으시면, 이어서 질문해 주세요. 곧 지식공유자께서 답변해 주실 것입니다.