프로브와 핀: 현대 하드웨어의 테스트 딜레마

물리적 제품을 실현하는 모든 회사에게 설계에서 출하된 장치에 이르기까지의 여정은 중요한 결정들로 가득 차 있습니다. 그중에서도 가장 중대한 것 또는 오해받기 쉬운 것 중 하나는 인쇄 회로기판의 무결성을 검증하는 방법의 선택입니다. 이 결정은 종종 Flying Probe Testing (FPT)와 In-Circuit Testing (ICT) 간의 경쟁으로 압축되지만, 이는 단순한 기술적 부연설명이 아닙니다. 이는 회사의 현금 흐름, 생산 속도, 그리고 혁신 능력에 직접적인 영향을 미치는 전략적 선택입니다.

두 방법 모두 회로판을 쓸모없게 만들 수 있는 제조 결함을 찾기 위해 존재하지만, 이들은 생산에 대한 근본적으로 다른 철학을 대표합니다. 하나는 역동적인 탐구의 행위이고, 다른 하나는 대량 생산의 선언입니다. ICT를 너무 일찍 선택하는 것은 젊은 회사를 고정된 설계에 묶어두고 막대한 자본 투입을 하는 것과 같습니다. FPT에 너무 오래 의존하는 것은 성장의 발목을 잡는 병목 현상을 만들어낼 수 있습니다. 질문은 어느 테스트가 우수한지가 아니라, 특정 제품의 특정 시점에서 어떤 것이 현실과 더 잘 맞는가 하는 것입니다.

테스트의 물리적 특성

이 두 접근법의 근본적인 차이를 이해하려면 먼저 이들이 회로기판과 어떻게 물리적으로 상호작용하는지 인식해야 합니다. 차이점은 접근 방식, 순차적 대 병렬적이며, 이 단일 차이에서 비용, 속도, 유연성의 모든 다른 결과가 흘러나옵니다.

Flying Probe Testing은 로봇 정밀성의 행위입니다. 이는 자동화된 멀티미터처럼 작동하며, 두 개에서 여섯 개의 프로브가 놀라운 속도로 회로판 표면을 가로지릅니다. 회로판의 설계 파일에서 유도된 소프트웨어에 의해 안내되어, 프로브는 부품 리드, 비아, 테스트 패드에 정교하게 착지하며 일련의 순서로 움직입니다. 여러 지점을 접촉함으로써, 기계는 단락, 개방, 부품 값 등을 측정하여 제조 오류를 신호합니다. 전체 과정은 일시적이며, 맞춤 하드웨어가 필요 없는 소프트웨어 내 대화입니다.

In-Circuit Testing은 대조적으로, 물리적 헌신의 행위입니다. 이는 맞춤 제작된 고정구, 즉 ‘침대 못’(bed of nails)에 의존하는데, 이는 스프링이 장착된 포고 핀의 조밀한 배열을 잡는 조개껍질 형태의 장치입니다. 이 핀들은 회로판 하단의 모든 테스트 포인트를 반영하는 독특한 별자리로 배열되어 있습니다. 회로판이 고정구에 눌리면 수백 또는 수천 개의 연결이 동시에 이루어집니다. 이 병렬 접촉은 시스템이 한 번의 빠른 시퀀스 내에 회로판의 모든 네트(연결)를 테스트할 수 있게 합니다. 그러나 고정구 자체는 변경 불가능한 하드웨어로, 특정 회로판 개정판의 물리적 스냅샷입니다. 회로판 레이아웃이 테스트 포인트를 이동시키면 이 비싼 도구는 쓸모없게 됩니다. 이는 설계 진화가 기대될 뿐만 아니라 생존을 위해 필수인 제품 개발의 반복 과정에 적합하지 않습니다. 아직 변화 중인 제품에는 FPT의 소프트웨어 정의 민첩성만이 유일하게 가능한 길입니다.

약속의 경제학

FPT와 ICT의 금융 모델은 그들의 물리적 특성을 직접 반영합니다. 선택은 낮은 단가의 유닛당 비용을 위해 상당한 초기 투자를 하는 것과, 높은 단가의 유닛당 비용을 위해 초기 투자가 없는 것 사이의 전형적인 절충입니다. 스타트업에게 이는 회계상의 연습이 아니라, 자본 배분 전략의 선언입니다.

FPT는 비반복 엔지니어링(NRE) 비용이 없는 것이 특징입니다. 소프트웨어 기반으로 만들어졌기 때문에, 테스트는 최초의 회로판이 조립 라인에서 나오자마자 거의 즉시 시작할 수 있으며, 맞춤형 공구에 대한 자본 투자가 필요 없습니다. 이 즉시성은 프로토타입과 초기 생산에 매우 유용합니다. 이 유연성의 대가는 시간입니다. 테스트의 순차적 특성상 각 회로판 처리 시간이 길어지고, 이는 테스트된 유닛당 비용이 높아지는 결과를 낳습니다.

ICT는 반대의 경제 원칙에 따라 작동합니다. 수천에서 수만 달러에 이르는 상당한 NRE는 정밀 도구를 만드는 비용을 의미합니다. 이 투자는 임의적이지 않으며, 고정구 설계, G10 판의 정밀 드릴링, 수백 또는 수천 개의 개별 포고 핀을 인터페이스에 설치하고 배선하는 수작업에 대한 복잡한 엔지니어링 비용을 지불합니다. 이 높은 초기 비용은 생산 기간 동안 감가상각됩니다. 일단 투자가 이루어지면, 테스트 자체는 매우 빠르며, 종종 1분 미만이 걸리며, 이는 유닛당 비용을 몇 페니 수준으로 낮춥니다. 이 모델은 대량 생산에 매우 효율적이지만, 초기 장벽이 높아 자본을 절약해야 하는 회사에는 부담이 될 수 있습니다.

생산의 리듬

테스트 일정은 두 개의 뚜렷한 단계로 전개됩니다: 최초 테스트까지의 시간과 이후의 테스트당 시간입니다. FPT는 즉시성을 제공하며, ICT는 처리량을 약속합니다. 생산 관리자는 이 중 어느 것이 더 가치 있는지 결정해야 합니다.

ICT의 ‘최초 테스트까지의 시간’은 몇 주로 측정됩니다. 맞춤형 고정구의 설계, 제작, 검증은 자체적으로 중요한 프로젝트이며, 회로판이 제작되고 완전히 검증될 때까지 상당한 지연이 발생합니다. 촉박한 마감일이 있는 신제품 출시에는 이 지연이 감당하기 어려울 수 있습니다. 반면, Flying Probe 프로그램은 CAD 데이터를 기반으로 몇 시간 만에 생성할 수 있습니다. 이를 통해 회로판이 생산 라인에서 나오자마자 테스트를 시작할 수 있어, 엔지니어링과 생산팀에 즉각적인 피드백을 제공합니다.

그러나 일단 작동하면 역할이 극적으로 반전됩니다. ICT 시스템이 1분 이내에 회로판을 테스트할 수 있는 능력은 효율성의 강자가 됩니다. 이는 고속 조립 라인과 속도를 맞추며, 테스트가 병목 현상이 되지 않도록 합니다. 이때 FPT의 한계가 드러나기 시작합니다. 생산량이 수천 단위로 늘어나면, Flying Prober의 분당 테스트 시간은 상당한 병목을 만들어 배송을 지연시키고 고객을 좌절시킬 수 있습니다.

확실성 추구

두 방법 모두 놀라울 정도로 효과적이며, 종종 95% 이상의 일반 제조 결함을 포착하지만, 결함을 인식하는 방식은 약간 다릅니다. 두 방법 모두 트레이스 간의 단락, 오픈 회로, 잘못되었거나 누락된 부품을 찾고 있으며, 대부분의 디지털 보드에 대해 이러한 중요한 결함에 대한 커버리지 차이는 미미합니다.

그러나 미묘한 차이점이 존재합니다. ICT 고정구는 주변 회로로부터 부품을 전기적으로 격리하도록 설계할 수 있기 때문에, 아날로그 값의 정밀 측정에서 일반적으로 우위에 있습니다. 저항기나 커패시터가 지정된 허용 오차 내에 있는지 더 신뢰성 있게 확인할 수 있습니다. 플라잉 프로버는 이러한 측정을 수행할 수 있지만, 밀집되고 복잡한 보드에서 동일한 수준의 정밀도를 달성하는 데 때때로 어려움을 겪을 수 있습니다. 반면, FPT의 네트별 테스트 방법은 물리적 오픈 회로를 감지하는 데 매우 능숙하며, 이는 한 지점에서 다른 지점까지의 전기적 연속성을 직접 검증하는 방식이기 때문입니다.

전략적 선택을 위한 프레임워크

따라서 결정은 단순한 기술적 비교를 넘어섭니다. 이는 비용, 규모, 위험의 전략적 계산이 됩니다. 논리는 손익분기점을 찾는 것으로 정량화할 수 있는데, 이는 FPT의 높은 단가가 ICT의 총 비용과 같아지는 생산량입니다. 이 점은 종종 500에서 2,000단위 사이에 있으며, 이때 재무적 논리가 전환되기 시작합니다.

그러나 이 계산은 절대적인 규칙이 아닙니다. Class III 의료기기나 중요한 항공우주 부품의 경우, 단일 현장 실패의 비용이 매우 크기 때문에 ICT 고정구의 NRE는 품질 확보를 위한 필수 요소로 간주되어, 볼륨과 관계없이 협상할 수 없습니다.

대부분의 성장하는 기업에게 가장 정교한 전략은 두 방법을 순차적으로 채택하는 것입니다. 이는 최초 개정부터 ICT용 보드를 설계하는 것에서 시작하며, 초기에는 비활성 상태일 테스트 패드 전체 세트를 포함합니다. 이러한 선견지명은 설계 단계에서는 비용이 적게 들지만, 이후에는 막대한 이익을 가져오는 DfT(Design for Test)의 핵심 원칙입니다. 이후 생산은 FPT를 활용하여 설계를 검증하고 시장을 테스트하는 데 무리 없는 자본 위험 없이 시작할 수 있습니다. 시장 수요가 입증되고 FPT가 병목이 될 때까지 확장되면, 기업은 이미 원활한 고속 테스트 전환을 위해 준비된 보드를 갖추고 있음을 알고 ICT 고정구에 자신 있게 투자할 수 있습니다.

궁극적으로 가장 큰 위험은 '잘못된' 테스트 방법을 선택하는 것이 아닙니다. 진정한 위험은 강력한 전기 테스트를 전혀 수행하지 않거나, 치명적인 비즈니스 위험을 초래하는 방법을 선택하는 데 있습니다. ICT를 너무 일찍 선택하면 소중한 자본을 낭비하게 됩니다. FPT를 너무 오래 고수하면 기업의 성장이 지체됩니다. 올바른 선택은 공장 바닥의 물리적 현실과 비즈니스 자체의 재무적, 전략적 현실을 일치시키는 것입니다.