EMS*의 정점에 도전하는 주식회사 홉스
*EMS: Electronics Manufacturing Service 전자기기 제조 전문 수탁 서비스
주식회사 홉스(이하 홉스)는 전자기기 설계 및 제조(OEM*, EMS)를 주력 사업으로 하며, 오이타현 히지마치에서 고품질의 일본 제품을 전 세계에 공급하고 있다.
솔루션
LGA 증가에 대응하는 해답은 ‘전수 검사’를 통한 품질 확보
홉스, 전수 검사용 고속 CT형 X선 자동 검사 장비 도입
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영상으로 만나는 홉스와의 공동 창작 스토리
「점점 늘어나는 LGA, “전수 검사”로 품질을 완성하다”
효율적인 전수 검사 실현 시급
기판 설계가 점점 고밀도화되는 업계 환경 속에서, LGA는 “공간 절약(면 접촉 방식으로 부품 두께가 얇음)”, “고속·고주파 동작에 적합함” 등의 장점으로 인해 최근 QFP*, BGA* 패키지에서 LGA로의 전환 및 신규 채용이 확대되고 있습니다.
홉스에서는 기존에 오프라인 CT 방식* 검사기를 활용해 SMT* 공정의 최종 검사를 수행해 왔습니다. 그러나 최근 수탁 생산 기판에 LGA 탑재가 증가하면서, 품질 확보의 난이도 또한 높아지고 있습니다.
BGA의 경우 솔더 인쇄량을 조정하면 어느 정도 불량 발생을 억제할 수 있고, 비교적 품질이 안정되기 쉬워 ‘샘플링 검사’만으로도 품질을 유지할 수 있었습니다.
반면 LGA는 ▲리드가 없어 납땜 상태를 확인하기 어렵고 ▲기판과의 접합 면적이 좁아 보이드*가 발생하기 쉬운 등 불량 억제가 까다로운 특성이 있습니다. 이에 따라 LGA에서는 ‘전수 검사’를 통한 품질 확보가 더욱 중요해지고 있습니다.
EMS 특성상 초다품종 소량 생산 비중이 높은 홉스는, 때로는 연 1회 20장 규모의 극소 로트에도 신속하게 대응하고 있습니다.
일반적으로 대량 생산 제품의 경우, 제조 조건이 안정될 때까지는 ‘전수 검사’를 실시하고, 이후에는 ‘샘플링 검사’로 품질을 보증해 왔습니다. 그러나 생산 빈도가 낮고 물량이 극히 적은 제품은 사실상 지속적으로 ‘전수 검사’를 수행해야 합니다.
실제로 X선 검사 대상 기판 수가 증가하는 추세에 따라, 전수 검사가 가능한 수준으로 검사 역량을 강화해야 한다는 판단이 내려졌고, 이에 따라 신규 설비 도입 검토가 시작되었습니다. 기존 오프라인 검사기는 반송과 육안 판정에 많은 시간과 인력이 소요되는 문제가 있었습니다. 또한 현장에서는 검사 공정을 자동 반송 및 자동 판정 방식으로 효율화해 달라는 요구도 제기되고 있었습니다.
한편 검사 택트 타임 단축을 우선시해 2차원 방식이나 간이 CT 방식의 고속 검사기도 검토했으나, 기판 양면에 LGA가 실장된 경우나 LGA 부품 내부 구조의 영향으로 인해 가장 중요한 ‘기판과 솔더의 접합부’를 선명하게 확인하기 어렵다는 과제가 있었습니다.
*QFP (Quad Flat Package): 기판 표면에 실장되는 전자부품 패키지의 한 종류
*BGA (Ball Grid Array): 기판 표면에 실장되는 전자부품 패키지의 한 종류
*CT 방식 (Computed Tomography): X선을 이용해 컴퓨터로 단층 이미지를 재구성하는 촬영 기술
*SMT (Surface Mount Technology): 전자부품을 기판 표면에 직접 실장하는 기술
*보이드(Void): 납땜 과정에서 발생하는 기포. 크기나 발생량이 규정 기준을 초과할 경우 납땜 접합 신뢰성에 영향을 주어 불량으로 판정됨
해결책
X선 검사 설비 선정의 3가지 조건을 충족하는 검사 장비
기존의 오프라인 CT 방식 검사기에 더해, 새롭게 도입할 X선 검사기에 요구된 필수 조건은 다음 세 가지였습니다.
① 자동 반송 및 자동 판정이 가능할 것
사람이 직접 반송·투입하는 방식은 작업 구속 시간이 길고 작업자 부담이 크며, 육안 판정은 담당자에 따라 결과 편차가 발생할 우려가 있습니다.
② LGA 검사를 정확하게 수행할 수 있을 것
특히 기판 양면에 LGA가 실장된 경우, 상면과 하면의 LGA를 분리해 각각 정확히 검사할 수 있어야 합니다.
③ ‘전수 검사’가 가능한 수준의 검사 택트 타임을 확보할 것
이에 대해 오므론은 로더·언로더를 전후단에 배치한 자동 반송·자동 검사 시스템을 제안했습니다. 또한 LGA가 실장된 고객사의 실제 기판을 활용해 실증 테스트를 진행하고, 위 조건을 충족한다는 검사 결과 리포트를 제시했습니다. 검사 택트 타임 역시 여러 샘플 기판을 통해 기존 대비 1/2~1/3 수준으로 단축을 실현했으며, 이를 통해 ‘전수 검사’ 운영의 가능성을 제시했습니다.
제조부 생산기술과 마츠오 히로유키 씨는 다음과 같이 말합니다.
“당초에는 간이 CT 타입의 고속 검사기를 전제로 예산을 책정했습니다. 그러나 ‘우리의 목표를 실현할 수 없는 장비에 큰 비용을 투자하는 것은 의미가 없다’는 점을 여러 차례 임원진에 설명하고 설득했습니다. 그 결과, 당초 계획보다 약 1,000만 엔을 증액한 예산 승인을 받아 3D-CT 방식의 X선 자동 검사 장치, 오므론의 고속 CT형 X선 자동 검사기(VT-X750)를 도입하게 되었습니다.”
성과
VT-X750이 도입된 현장에서는 별도의 전담 검사 인력을 두지 않고 운영하고 있습니다. 자동 검사가 완료된 후에는 NG로 판정된 이미지에 한해 확인하는 방식으로 효율을 높이고 있습니다.
또한 오퍼레이터 양성 단계에서는 판정 임계값을 의도적으로 엄격하게 설정합니다. NG 판정 이미지와 실제 불량 이미지를 비교·확인하면서, VT-X750이 불량을 정확히 검출하고 있는지를 팀원들이 함께 재확인하는 과정을 거칩니다.
이처럼 장비 성능에 의존하기보다, 사람의 검증 과정을 병행하는 홉스만의 ‘품질 최우선’ 운영 방식이 현장에서 실천되고 있습니다.
작업 부담을 줄이면서 검사 리드타임을 1/2로 단축
고속 CT형 X선 자동 검사 장치(VT-X750)를 도입한 이후, 홉스에서는 약 반년 만에 이미 약 100개 기종에 대해 VT-X750을 활용한 전수 검사를 실시하고 있습니다. 앞으로도 신규 제품을 검사 대상에 순차적으로 등록해 나갈 예정입니다.
현재 SMT 공정 이후 BGA 및 LGA가 실장된 기판은 AOI 검사를 거친 뒤, 기판 특성에 따라 X선 검사를 ‘전수’ 또는 ‘샘플링’ 방식으로 실시해 품질을 보증하고 있습니다.
검사 기준은 IPC-A-610*을 준거로 한 ‘HOKS 기준’을 수립해 적용하고 있으며, OK/NG 판정은 자동으로 이루어집니다.
홉스는 VT-X750 도입을 통해 다음과 같은 효과를 얻었다고 평가하고 있습니다.
검사 영상의 고해상도화를 통한 담당자 업무 부담 경감
기존 장비 대비 5배 이상의 검사 해상도를 구현함으로써, 각 단층에서 더욱 선명한 검사 이미지를 통해 불량 확인 및 분석이 가능해졌습니다. 그 결과 육안 확인 범위가 최소화되었으며, 담당자의 업무 부담과 스트레스도 크게 줄어들었습니다.
검사 리드타임을 1/2 이하로 단축
도입 이전과 비교해 검사 리드타임은 평균 54% 단축되었습니다. 고해상도 촬영이 가능해지면서 최적의 촬영 조건을 조합한 검사가 가능해졌고, 이에 따라 추가적인 리드타임 단축도 기대되고 있습니다.
무엇보다 자동 반송·자동 판정 시스템 도입을 통해 작업 효율이 크게 향상되었음을 현장 담당자들이 체감하고 있습니다.
앞으로는 대형 로트 제품이나 기판 1장당 X선 검사 대상 부품 수가 더 많은 제품의 투입도 예정되어 있어, 생산성은 더욱 향상될 것으로 기대됩니다.
*AOI 검사 (Automated Optical Inspection): 카메라와 영상 처리 기술을 활용해 전자기판의 실장 상태를 자동으로 검사하는 광학 검사 방식
*IPC-A-610: 전자 조립품의 외관 및 납땜 품질에 대한 국제 허용 기준 (전자 조립품 수용 기준)
고객의 목소리
앞으로의 홉스의 도전, 그리고 오므론에 대한 기대
홉스에 축적된 숙련 담당자들의 불량 요인 식별 능력과 원인 규명 노하우에 오므론의 기술력이 더해진다면 새로운 가능성이 열릴 것입니다.
신속하고 정확한 원인 분석을 바탕으로, 제조 설비의 파라미터와 각종 생산 조건의 최적값을 직접 제안해 주는
마치 AI와 같은 시스템이 구현된다면 더할 나위 없을 것입니다.
주식회사 홉스
제조부 생산 기술과
마츠오 히로유키님
