다섯 가지 핵심 단계로 첫 커스텀 PCBA 성공적으로 제작하기

아무것도 실장되지 않은 인쇄회로기판(PCB)에서 부품이 모두 실장된 PCBA로 넘어가는 것은 모든 전자 프로젝트에서 중요한 이정표입니다. 이론적인 설계가 실제로 동작하는 하드웨어가 되는 지점이기 때문입니다.

본 글에서는 첫 커스텀 PCBA를 제작하고 주문하기까지의 가장 중요한 다섯 단계를 살펴보겠습니다. 전체 과정을 단계별로 나누어, 성공적인 결과에 이르실 수 있도록 안내해 드리겠습니다. JLCPCB처럼 제조와 조립을 통합 제공하는 업체를 활용하시면 PCB 제조부터 최종 PCB 조립까지 물류가 간소화되고 출시 기간도 단축됩니다.

전체 흐름을 한눈에 파악하실 수 있도록, 앞으로 자세히 다룰 다섯 단계를 먼저 정리해 드립니다.

1. 설계 확정 및 파일 생성: 필수 파일인 거버, BOM, CPL(부품 배치 목록) 준비하기.

2. 부품 조달 전략: 일괄 위임형 턴키 PCB 조립과 고객 지급형(위탁) PCB 조립 중 선택하기.

3. DFM 검토 및 견적: 설계의 제조 가능성을 검증하고 즉시 견적 받기.

4. 자동화 제조 공정: 기판이 전문적으로 조립되는 과정 들여다보기.

5. 품질 관리, 시험 및 배송: 정상 동작하는 제품을 보장하는 최종 점검.

1단계: 커스텀 PCBA 설계 확정 및 제조 파일 생성

최종 커스텀 PCBA의 품질과 정확도는 근본적으로 제조 파일의 품질에 의해 결정됩니다.

이 첫 단계는 전체 과정에서 가장 중요합니다. 여기서 생긴 실수는 이후 과정에서 값비싸고 시간이 많이 드는 문제로 이어지기 때문입니다. 그래서 정확성이 무엇보다 중요합니다.

전자 설계 자동화(EDA) 소프트웨어에서 얻게 되는 세 가지 핵심 파일은 거버(Gerber), 자재 명세서(BOM), 부품 배치 목록(CPL) 파일입니다.

#1 거버 파일: PCB의 설계 도면

거버 파일은 PCB 생산의 업계 표준입니다. 거버 파일은 2D 벡터 이미지 파일의 모음으로, 각 파일이 PCB의 한 층에 해당합니다. 제조사는 거버 파일을 받으면 원본 설계 파일을 해석하는 것이 아니라, 식각·도포·드릴 가공해야 할 정확한 패턴을 그대로 확인하게 됩니다.

커스텀 PCBA 주문을 문제없이 진행하려면 다음 층들이 예외 없이 필요합니다.

● 동박 층(상면/하면): GTL(Gerber Top Layer)과 GBL(Gerber Bottom Layer)로, 회로 배선과 패드, 동박 영역을 정의합니다.

● 솔더 마스크 층(상면/하면): GTS(Gerber Top Solder Mask)와 GBS(Gerber Bottom Solder Mask)로, 녹색(또는 다른 색) 보호용 솔더 마스크를 도포하지 '않을' 위치를 정의하여 납땜할 동박 패드를 노출시킵니다.

● 실크스크린 층(상면/하면): GTO(Gerber Top Overlay)와 GBO(Gerber Bottom Overlay)로, 문자와 부품 외곽선(예: 부품 번호 R1, C1, U1)을 담고 있습니다.

● 솔더 페이스트 층(상면/하면): GTP(Gerber Top Paste)와 GBP(Gerber Bottom Paste)는 표면 실장 기술(SMT) 조립에서 특히 중요하며, 부품을 배치하기 전에 스텐실로 솔더 페이스트를 도포할 위치를 정확히 정의합니다.

이들 층 외에도 일반적으로 엑셀론(Excellon) 형식의 드릴 파일(예: Project.TXT 또는 Project.DRL)이 필요하며, 이 파일은 기판에 가공할 각 홀의 위치와 크기를 명확히 정의합니다.

#2 자재 명세서(BOM): 부품 목록

BOM은 기판에 어떤 부품을 배치해야 하는지 조립 업체에 정확히 알려 주는 핵심 문서입니다. 형식이 정리되지 않았거나 모호한 BOM은 PCB 조립 지연의 주된 원인입니다. 일반적으로 .csv 또는 .xls 파일 형태인 BOM에는 최소한 다음 항목이 포함되어야 합니다.

● 부품 번호(Reference Designator): 실크스크린상의 각 부품 고유 식별자(R1, C1, U1 등).

● 제조사 부품 번호(MPN): 부품 제조사가 제공하는 정확하고 완전한 번호. 사내용이나 일반적인 부품 번호를 쓰면 조달 오류가 발생합니다.

● 수량: 각 부품별 총 개수.

● 설명/값: 부품 값 등 간단한 설명(예: 10k옴, 0.1uF).

PCBA의 효율과 비용을 최적화하는 가장 좋은 방법은 수급이 원활한 부품을 설계 단계에서부터 채택하는 것입니다. 설계를 확정하기 전에 선정한 부품을 JLCPCB의 방대한 재고 부품 라이브러리에서 확인해 보시기를 적극 권장드립니다. 35만 종이 넘는 재고 부품을 활용하여 커스텀 PCB를 조립하시면 부품 조달 과정에서 발생할 수 있는 지연이 사라져 비용과 납기가 크게 줄어듭니다.

커스텀 PCBA용 자재 명세서 예시

#3 CPL 파일(픽앤플레이스 파일): 부품 좌표

부품 배치 목록(CPL) 파일은 픽앤플레이스 파일 또는 XY 파일이라고도 불리며, 자동화 SMT 장비를 위한 지도 역할을 합니다. 이 단순한 텍스트 파일(.csv 또는 .txt)에는 모든 표면 실장 부품의 정확한 직교 좌표와 회전 방향이 담겨 있습니다.

장비의 로봇 암은 이 데이터를 이용해 릴에서 각 부품을 집어 PCB의 해당 패드 위에 놀라운 속도와 정확도로 배치합니다. 필수 항목으로는 부품 번호, 층(상면/하면), X 좌표, Y 좌표, 회전 각도(도 단위)가 있습니다.

2단계: 커스텀 PCB 조립을 위한 부품 조달 계획 수립

설계 파일을 완성하셨다면, 다음으로 커스텀 PCBA를 위해 실제 부품을 어떻게 구매할지 고민하셔야 합니다. 이 결정은 커스텀 PCBA 주문의 속도, 비용, 복잡도에 직접적인 영향을 미칩니다.  

턴키 PCB 조립과 고객 지급형(위탁) PCB 조립 비교

● 턴키 PCB 조립: 오늘날 전자기기 개발에서 가장 효율적이고 널리 쓰이는 방식입니다. 턴키 모델에서는 조립 업체(여기서는 JLCPCB)가 고객의 자재 명세서(BOM)에 명시된 부품 구매를 전적으로 책임집니다. 자체 공급처 관계와 대량 구매력을 활용하여 개인 엔지니어보다 낮은 비용으로 정품 부품을 확보합니다.

고객 입장에서 절차는 매우 단순합니다. 파일을 전달하면 완성품을 받는 것입니다. 수십에서 수백 종에 이르는 부품을 조달하고 계획하고 배송하는 물류 부담을 덜어 주므로, 거의 모든 커스텀 회로 기판 조립 프로젝트에 이 방식을 적극 권장드립니다.

● 고객 지급형(위탁) PCB 조립: 위탁 모델에서는 고객이 부품의 전부 또는 일부를 직접 조달하여 조립 업체에 전달하게 됩니다.

위탁 방식은 오늘날 비교적 드물지만, 독자 규격이거나 고도로 특수하거나 사전 프로그래밍된 부품처럼 일반 시장에서 구할 수 없는 부품이 설계에 포함된 경우에는 불가피할 때가 있습니다.

이 방식은 통제력 측면에서 이점이 있지만, 고객에게 더 큰 물류 책임이 따르고, 부품 백오더로 인한 지연 가능성이 있으며, 모든 부품이 자동화 조립 장비에 투입될 수 있도록 제대로 포장되었는지 확인할 책임도 지게 됩니다.

팁: 속도와 비용 효율, 편의성을 고려하면 대다수 프로젝트에는 완전 턴키 PCBA 서비스가 더 나은 선택입니다.

턴키 방식과 위탁 방식의 커스텀 PCBA 진행 과정

3단계: DFM 검토 수행 및 정확한 커스텀 PCBA 견적 받기

제조에 들어가기 전 마지막 점검을 통해 설계에 문제가 없는지 확인할 수 있습니다. 바로 이때 제조성 검토(DFM)가 중요해집니다.

제조성 검토(DFM)가 중요한 이유

DFM 검토는 제조 파일을 자동으로 분석하여 설계·제조·조립을 방해할 수 있는 잠재적 문제를 찾아내는 과정입니다. 회로의 기능을 확인하는 것이 아니라 물리적인 제조 가능성을 점검하는 것입니다.  DFM 검토에서 흔히 발견되는 문제는 다음과 같습니다.

● 배선 간 또는 배선과 패드 간 이격 거리가 허용치보다 좁은 경우.

● 드릴 홀 위치가 동박 형상이나 기판 가장자리에 지나치게 가까운 경우.

● 미세 피치 패드 사이의 솔더 마스크 슬리버.

● 실크스크린 문자가 솔더 패드를 가리는 경우.

이러한 문제를 미리 잡아내면 막대한 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. JLCPCB는 이 단계를 주문 절차에 통합하여 자동화된 온라인 DFM 분석을 제공하며, 파일을 업로드하는 즉시 결과를 알려 드리므로 커스텀 PCBA 주문 전에 치명적인 문제를 해결하실 수 있습니다.

온라인 즉시 견적 받기

파일이 준비되면 커스텀 PCBA 견적을 받는 일은 간단합니다. 거버 파일(하나의 .zip 파일로 압축), BOM, CPL 파일을 온라인 포털에 업로드하기만 하면 됩니다. JLCPCB 시스템이 데이터를 추출하여 다음과 같은 옵션으로 주문을 구성할 수 있게 해 줍니다.

● PCB 수량

● PCB 사양(층 수, 재질, 두께, 색상)

● 상면, 하면 또는 양면 조립 여부

포털은 인건비, 부품비, PCB 비용을 명확히 구분한 상세하고 투명한 견적을 제공하여, 커스텀 PCBA 프로젝트 주문을 PCB 한 장 주문하는 것만큼 간단하게 만들어 줍니다.

4단계: 자동화 PCBA 제조 공정 따라가기

커스텀 PCBA 견적이 승인되면 설계가 대량 자동화 생산 설비로 넘어갑니다. 이 과정을 이해하시면 기판이 만들어지는 기술적 배경을 파악하는 데 도움이 됩니다.

SMT(표면 실장 기술) 조립

SMT 조립은 현대 PCBA의 핵심입니다.

1. 솔더 페이스트 도포: 솔더 페이스트 거버 파일을 바탕으로 레이저 커팅한 맞춤형 스테인리스 스텐실을 PCB 위에 정밀하게 정렬하여 올립니다. 그런 다음 스퀴지 블레이드로 솔더 페이스트를 부품 패드 위에 고르고 정확하게 도포합니다.

2. 픽앤플레이스: 기판은 고속 픽앤플레이스 장비로 이동하며, 이 장비는 CPL 파일을 이용해 로봇 헤드를 제어하여 릴에서 개별 SMD를 집어 시간당 수천 개 속도로 기판의 패드 위에 배치합니다.  

3. 리플로우 솔더링: 부품이 실장된 기판은 온도가 정밀하게 제어되는 여러 구역으로 이루어진 긴 리플로우 오븐을 통과합니다. 기판을 서서히 가열하여 솔더 페이스트 속 플럭스를 활성화한 뒤 솔더가 녹는 온도까지 올립니다. 기판이 식으면서 솔더가 응고되어 모든 부품에 견고하고 신뢰성 있는 전기적·기계적 연결이 형성됩니다.

THT(스루홀 기술) 조립

대부분의 부품은 SMT 방식이지만, 대형 커패시터, 커넥터, 전력 부품 등 일부는 기계적 견고성 때문에 여전히 스루홀 기술을 사용합니다.

1. 부품 삽입: 스루홀 부품은 숙련된 작업자가 직접 삽입하거나 전용 자동 삽입 장비로 실장합니다.

2. 웨이브 솔더링: THT 부품이 많은 기판은 웨이브 솔더링 장비를 통과하기도 합니다. 기판이 녹은 솔더의 물결 위를 지나가면서 모든 스루홀 리드가 한 번에 납땜됩니다.

솔더 페이스트 도포, 픽앤플레이스, 리플로우 오븐 단계를 보여주는 커스텀 PCBA 제조 공정.

5단계: 품질 시험 수행 및 최종 커스텀 PCBA 배송

커스텀 PCBA가 출하되기 전 마지막 단계는 모든 기판이 엄격한 기준을 충족하는지 확인하는 철저한 품질 관리 과정입니다.

검사 및 품질 보증

● 자동 광학 검사(AOI): 리플로우 솔더링 이후 모든 기판이 AOI 장비로 스캔됩니다. AOI 장비는 고해상도 카메라로 조립된 기판을 설계 데이터와 대조하여 부품 배치, 극성, 솔더 접합 품질을 검증하고 솔더 브리지도 찾아냅니다.

● X-ray 검사: 볼 그리드 어레이나 쿼드 플랫 노리드처럼 리드가 패키지 아래에 있는 부품은 광학 검사가 불가능합니다. 이러한 부품에는 패키지를 투과해 볼 수 있는 X-ray 검사를 사용하여 솔더 연결 상태를 확인합니다.

● 기능 시험(FCT): 기판 수량이 많은 양산 물량의 경우, 고객이 시험 절차와 '베드 오브 네일즈' 시험 지그를 제공할 수 있습니다. 이를 통해 자동 기능 시험을 수행하여 기판이 공장을 떠나기 전에 정상적으로 전원이 들어오고 설계대로 동작하는지 검증합니다.

최종 포장 및 배송

검사를 마친 기판은 깨끗이 세정한 뒤 정전기 방지 봉투와 완충재가 든 견고한 상자에 포장되어, 배송 중 정전기 방전(ESD)이나 물리적 손상이 발생하지 않도록 합니다. JLCPCB는 다양한 국제 배송 옵션을 제공하므로, 최종 제품에 바로 적용할 수 있는 고품질 커스텀 PCBA를 신속하게 받아 보실 수 있습니다.

결론

첫 커스텀 PCBA 제작도 다섯 가지 핵심 단계로 나누어 보면 어렵지 않고 간단한 과정이 됩니다. 정확한 파일 생성, 신중한 부품 조달, DFM 검토 완료, 조립 공정 이해, 그리고 철저한 품질 관리입니다.

다섯 단계를 하나의 매끄러운 플랫폼에 통합한 PCB 제조·조립 업체 JLCPCB와 함께라면, 이제 잘하시는 일, 즉 전자 설계에만 집중하실 수 있습니다. 여러분의 프로젝트는 생각보다 훨씬 현실에 가까이 와 있으며, 디지털 설계를 실제 부품이 실장된 기판으로 만들어 낼 수 있는 거리에 있습니다.

설계를 현실로 만들 준비가 되셨습니까? 오늘 JLCPCB에서 커스텀 PCBA 프로젝트의 즉시 견적을 받아 보십시오!

자주 묻는 질문

Q:  커스텀 PCBA 주문의 최소 주문 수량(MOQ)은 얼마입니까?

JLCPCB는 시제품 제작과 중소량 생산에 최적화되어 있으며, SMT 조립 기준 최소 주문 수량이 단 2장부터 시작할 만큼 낮아 개인과 소규모 사업자도 부담 없이 이용하실 수 있습니다.

Q: JLCPCB 부품 라이브러리에 없는 부품은 커스텀 PCBA에서 어떻게 처리합니까?

설계에 재고 라이브러리에 없는 부품이 필요하다면 고객 지급형(위탁) PCB 조립 옵션을 이용하실 수 있습니다. 해당 부품을 직접 조달하여 JLCPCB로 보내시면 조립 과정에 반영됩니다.

함께 읽어 보십시오: JLCPCB에 부품을 위탁하는 방법

Q: 턴키 커스텀 PCBA 주문의 일반적인 소요 기간은 어느 정도입니까?

소요 기간은 부품 조달 리드타임과 조립 복잡도에 따라 달라지지만, JLCPCB 부품 라이브러리의 수급이 원활한 부품을 사용하는 프로젝트라면 며칠 만에 생산이 완료되는 경우가 많습니다.

Q: JLCPCB는 BGA 같은 복잡한 부품이 들어간 커스텀 PCBA도 처리할 수 있습니까?

가능합니다. 자동화 SMT 조립 라인은 볼 그리드 어레이(BGA)와 미세 피치 QFP/QFN 패키지를 포함한 고밀도·고난도 부품을 다룰 수 있도록 갖추어져 있습니다. 이처럼 하면에 단자가 있는 부품은 X-ray 검사로 솔더 접합 품질을 확인합니다.

Q: 커스텀 PCBA 주문 시 BOM은 어떤 파일 형식으로 제출해야 합니까?

온라인 견적 시스템과 원활하게 연동되도록 자재 명세서는 .csv, .xls, .xlsx 등 표준 스프레드시트 형식으로 제출하시는 것이 좋습니다.