DFM(Design for Manufacture)에 대해서~

작고 가볍고 더욱 기능적인 제품을 생산하기 위하여 새로운 기술이 채택됨에 따라, 설계와 생산공정사이의 차이가 급격히 벌어졌다. 생산설계(DFM: Design for Manufacture)에 관한 공업계의 관심은 명확하지는 않지만 많은 토의를 가져왔다.

설계엔지니어는 그들의 생산파트너가 혁신적인 설계를 하도록 요청하기 때문에 생산현장을 경험하는 것이 필요해진다. 이런식의 방법이 훌륭한 출발이긴 하지만, 연속적인 자동화공정만이 생산환경 및 설계에서 상호의 이해를 얻을수있을것이다. 생산설계에서 적시에 시장에서 승리한다는것은 제품의 기능성, 소요비용,구성요소를 만족시키는 PCB조립을 설계하는 공정이다. 이상적으로 이 개념은 제품도입의 지연없이, 평가과정에 의미있는 정보를 제공하는 것이다.

성공적인 솔류션은 다른 제조공정에 통합되고 자동화되어서 설계기술의 계속적인 발전향한 지식의 기본인 실질적인 정보를 제공할수 있다. 그럼에도 불구하고, 집적도가 높고 진보된 팩키징과 조립기술은 현재의 생산설계(DFM) 기술이 충분하지 못하게 만들었다.

예를 들어서, 디자인에 관한 규칙들은 적용하기 어렵게되거나 불가능해진다.

같은 장소에서 설계와 생산을 하는 것은 국제적인 경쟁력(어느곳에서든 설계한다, 어느곳에서든 생산한다)을 저해한다. 규칙에 의존하는 것은 광범위한 설계혁명을 지나치게 억제한다. 목표는 생산과 서비스에 관한 설계충격을 즉각적으로 명확히 함으로써 분명하고 경쟁력있는 장점을 성취하는 것과 이러한 정보를 전세계에 알리는것이다.

다시말해서 정확하게 제품을 현실화하는 공정을 만드는 것이다.

제품수명동안 포괄적이고 자동화된 생산설계(DFM)공정을 채택함으로써 생산량을 증대시키고 비용을 감소하고 전체적인 계획과 생산자원으로 보다 효율적으로 소비자의 요구를 만족시킬뿐만 아니라 적시에 제품을 내놓아서 시장에서 승리할수 있을것이다.

 공장상세정보관리(Factory-Specific Information Management)

 새로운 기술을 성공적으로 적용하고 생산과 서비스에 대한 설계충격을 평가하기 위하여,이전의 과정을 조정하기 위한 추가적인 정보가 필요해진다. 만약 DFM이 전세계적인 전자산업일반에 적용된다면, 조립설계는 특정한 생산라인에 대한 설계수행를 지원할것이다. 조립라인에 대한 정보의 상세화는 어디서나 설계하고 생산하는 일을 쉽게 지원한다.

여러개의 라인을 모델링할수 있는 엔지니어는 가장 적합한 디자인을 위하여 가능한 생산위치을 비교할수 있을것이다.

개개의 장비가 정해졌을때, 디자인 제한은 선택된 조립라인에 관해서만으로 한정된다.공장에 대한 상세정보 솔류션만이 여러개의 공장을 지원하고 계약자의 요구를 만족시킬수 있다.

           

그림 1. 생산계획에 대하여 적절히 실행된 설계는 라이프 사이클비용에 긍정적인 영향을 미치면서 가능한 가장 짧은 시간에 시장에 상품을 출시하며 생산과 설계사이에 최소한의 시행착오를 가질수 있다.

 제품의 비용은 재료비(기판과 부품), 조립비용,서비스비용(반환이나 AS)으로 구성된다.제품을 재생하는 비용은 제품생산자가 부담하며, 이런 비용은 전체생산비용에 증가로 이어진다. 적절하게 수행된 생산설계(DFM) 프로그램은 라이프사이클 비용, 생산성,적시출시등에 긍정적인 영향을 주고있다. (그림 1) 윈도우 NT, 표준화된 CAD 모델, 지식에 기반을 두고있는 객체지향적인 프로그래밍 기술과 같은 새로운 정보화 기술이 이러한 경향을 주도하고 있다.

인터넷, 인트라넷, 그래픽인터페이스등은 조직,부서간의 의사소통의 기회를 증대시켰다.

     

(그림 2) 온라인 생산설계(DFM)의 요소 잘 수행되는 온라인 DFM 의

요소는 일정관리,규정,온라인규칙등과 같은 것을 포함한다. 디자인,부품,공장데이타의 정보관리는 풍부한 정보을 축적하고 눈에 보이지 않는 상세한 요소를 감지할수 있는 가능성을 제공한다. 잘 정의된 규칙을 만드는 것은 규정에대한 지속적이고 관리가능한 메카니즘을 보장한다.

데스탑 콤퓨터에 대한 실행규칙은 엔지니어에게 쉽게 접근할수 있도록 해주고, 그들에게 100퍼센트 수용할수 있는 즉각적인 규칙을 적용할수 있도록 해준다.

 세가지 기본적인 데이터가 생산설계(DFM)의 수행 및 개발을 위해서 요구된다.:

제품모델 : 이해할수 있는 분석결과를 얻기위해서는 CAD 데이터가 기판과 조립된 기판의 정보를 포함해야만한다. (거버데이터만으로는 바라는 결과를 얻을수 없을것이다.)

데이터는 피디셜,가공홀,판넬정보와 지지대,극성표시등과 같은 특별한 특징를 포함해야 한다. 비록 오늘날 자동화되었지만, 이러한 정보의 조합은 많은 업체 적응해야하는 과제이다. 완전한 CAD 모델에 대한 표준을 정하기 위하여 IPEC 등의 국제조직에서 노력중이다.

부품모델 : CAD설계는 동일한 방법의 부품라이브러리를 가지며 CAD 모델은 같은 형상과 부품정보를 가진 부품라이브러리를 사용한다. 이것은 기판의 생산성에 있어서 큰 역할을 하는 생산공정의 상세한 부분을 지정한다.

공장모델 : 생산이 이루어질 제조라인의 모델은 DFM 점검으로 접근하여 최소의 공통요소를 피하는것이 중요하다.단면,양면SMT실장,복합기판과 같은 복잡해지는 공정에서 디자인은 그것이 의도하는 바에 맞춰져야만 한다고 말한다.

거꾸로, 완성된 디자인이 있는 경우, 디자이너는 그 제품을 생산하는데 적합한 라인구성하기위한 도구를 필요로한다.

 생산공정의 특징

어떤회사들은 규칙의 개발과 전파를 규칙화하여 각 제품업계의 전문가의 집단이 통합된 DFM 규정을 만들고, 팩키징기술을 갱신함으로써 생산공정이 변한다.

규정은 기술자에게 매뉴얼에 의해서 점검을 하도록 원하기 때문은 이런 경우 공정은 여러 가지 문제로 가득하게 된다. 때때로 이런 규정은 현재 가장 최신의 기술변화를 따르지 못하게 된다. 온라인 규정개발과 인터넷과 같은 방법으로 정보를 배포하는 메카니즘은 이러한 문제를 완화하도록 도와준다.

DFM 규정을 개발하는 첫번째 단계는 스크린프린팅에서 마지막 조립까지 생산라인의 가능성을 특징짓는것이다.

장비공급자의 문서, 공정 생산매뉴얼, 공정엔지니어와의 인터뷰,각 부문을 담당하는 기술자나 작업자는 DFM 규정의 기초를 만드는 좋은 정보원이다.

 다음은 복잡한 생산규정의 예이다.

 SMT 규정.

공차는 이전에 조립된 부품을 고려해 부품장착의 실질적인 명령을 주는 기초이다.

예를 들어서 만약 DIP 부품이 SMD를 사용하기전에 자동으로 DIP 삽입머쉰으로 놓여졌다면0603 캐페시터는 DIP 공구의 머리의 여유공간에 맞을 수있다.

솔더공정규정.

정확한 부품장착은 생산공정동안 발생될수 있는 열적 저항에 견딜수 있도록 검증되어야만 한다. 예를 들어 납조의 온도를 견딜수 없는 부품은 혼합실장 자삽부품이 장착되는 기판의 바닥면에 놓아서는 안된다.

 피디셜규정.

각 부품은 조립기기에 의한 그것의 장착에 요구되는 정확한 수와 형태의 피디셜을 지녀야 한다. 다시말해, 이것은 생산공정에 적용되고, DFM 분석의 한 부분으로 사용되어진다는 것을 의미한다. 다양한 장비생산업체의 비젼시스템에 광범위한 피디셜에 관한 요구가 있다.

 관통홀(Via) 규정.

부적절하게 배치된 기판의 홀은 잘못된 솔더링공정으로 연결되어 브릿지나 쇼트를 유발할수 있다. 이러한 결함들은 소형화된 부품들로 인하여 발견하기가 매우 어렵다.

 보드규정.

기판들은 라인에서 자동화된 장비로 다룰수 있도록 정확한 형태를 가져야만 한다.또한 정확한 수와 형태의 피디셜을 가져야만 한다.

생산공정에서 필수적인 단계인 판넬공정은 최종제품의 생산비에 깊은 영향을 미친다.

판넬위의 각 기판은 조심스럽게 다루어져야한다 X,Y,Offset,θ를 반복해야하므로 라인을 따라서 기판을 흐르게 하는데 문제가 있어서는 안된다.

DIP의 간격과 수삽 부품은 라인상의 장비의 장착헤드로 검토되어져야만 한다. DIP과 수삽부품의 삽입시 회전을 적게하여 기계의 인덱스 스텝을 줄인다. 모든 극성을 가진 자삽부품을 같은 방향으로 배치하여 잘못 삽입될 가능성을 줄인다.

설계에 가장 큰영향을 미치기 위해서 DFM 규칙은 가능한 공정의 초기에 운영해야한다.

 기판의 중요한 부분이 레이아웃동안에 고려하여, 선택된 영역에 대하여 DFM 점검을 하는 것은 특정한 생산성에 대한 고민을 덜어준다.

예를 들어, 생산공정에 위험이 없도록 간격을 확인하는것과 단지 보통의 간격만을 확인하는 것이다.

         

완벽한 DFM 점검은 배치와 부품 장착후에 이루어진다.DFM 점검은 라우팅전에 해야하나 만약 필요하다면 라우팅이후에 할수도 있다.

비슷하게 에칭전에 DFM 점검을 하는 것은 실질적인 문제를 해결해주며 시제품제작 시간과 비용을 대단히 감소시킨다.

온라인 DFM 은 수작업에 비하여 많은 능동적인 이익을 준다.

온라인 규칙들은 회사가 인터라넷을 운영하고 있거나, 방호벽으로 보호되는 인터넷를 운영하고 있다면 모든 엔지니어들은 즉각적으로 활용할수 있다.

온라인규정의 수정은 디자인 엔지니어나 생산 엔지니어가가 현재의 문제점을 자동으로 공정에서 초기에 실시간으로 할수 있다. 온라인 상에서 규정을 유지하는것은 회사에 변화하는 기술을 능동적으로 대응하는것이 가능하도록 하며, 고용인의 변경에 대비하여 생산규정의 기본을 확립하도록 돕는다.

결론

디자인에 있어서 생산공정정보를 제공하여 제품의 설계를 돕는것은 처음부터 상품이 바르게 만들어지고 있다는 것을 확신하게 해주는 강력한 수단이다.

능률적으로 제품을 현실화시키는 공정은 완벽하고 명백하게 상품모델을 공유하고, 생산공정을 특징짓고, 온라인 지식베이스를 만들고 유지함으로써 생산과 설계을 함께 공유함으로써 시작될수 있다.

이러한 혁명의 다음단계는 전통적인 테스트와 DFM 지식베이스의 갱신을 통한 다른 데이터 수집하는 시스템으로부터의 실시간 피드백을 포함할 것이다.

가까운 장래에, 정보는 효율적으로 생산증가를 이루는데 필수적일뿐만 아니라, 그 변화속도보다 더 빠르게 변화를 가져올것이다.

이런 강력한 변화엔진에 접속하는 사람은 높은 품질과 낮은 가격으로 가장 빠른시간내 시장에 도달함으로써 고객들을 확보할것이다.

저자 Allan Fraser