FPC는 초기에 국방용 부품 제조 용도로 사용됐기 때문에, 제조 규격이 매우 까다로운 편이다. 

창고에 쌓아두고 공급하는 볼트와 너트와는 달리 주문형, 또는 맞춤형으로 제조되기 때문에 FPC 구매에는 몇 가지 고려해야 할 사항이 존재한다. 이 중에는 벤더의 신뢰성과 기술 이해력 등을 고려한 벤더 선택이 포함되는데, 이는 화학적·열적·기계적 프로세스와 관련된 FPC의 특성에 기인하는 것이다.

플렉시블 인쇄 회로(FPC, Flexible Printed Circuit)를 구매할 때 다른 제품과 비교해서 다음과 같은 측면에서 다르다.

우선 FPC는 사양 및 품질 제어가 매우 엄격한 편이다. FPC는 얇은 플라스틱 필름과 금속 호일이 유연한 접착제와 결합하여 만들어지며, 기계적으로는 금속 빌렛(billet)으로 제작되기 때문에 모든 치수에 대해 수천 인치의 허용값을 동일하게 할당하는 것은 합리적이지 않다.

FPC는 1950년대에 이미 상용화된 것처럼 보였다. 당시 제조 프로세스는 이니셜 라미네이트를 형성하기 위해 구리 호일에 고성능 폴리머 필름을 결합한 후 도체 패턴 형성을 위해 이미징 및 에칭한 후 다시 한 번 결합하는 것이었다.

두 번째 결합 프로세스에서는 커버링 필름에 펀칭된 애퍼처를 보유하고 있으며, 때로는 패드 후면에 부착된 추가적인 필름을 보유하고 있기 때문에, 솔더 열과 응력으로부터 보호할 수 있도록 해당 영역을 강화할 수 있다. 

일반적인 결합 온도는 약 530℃인데, 이에 따른 왜곡과 잔여 응력은 지속적으로 문제화됐다. 

그러나 유연화된 접착제가 없음에도 불구하고 이는 뛰어난 화학 및 환경 내구성 및 우수한 전기 성능을 갖춘 제품으로 주목받았다.

한편 그 당시에 이 제품에 대한 모든 응용이 국방 및 우주 관련 장비에서 이루어졌기 때문에 FPC와 관련해 풍부한 경험을 보유한 사람이 드물었다. 

따라서 많은 전문가는 이 제품이 얼마나 높은 온도의 열을 견뎌낼 수 있을지, 오랜 시간 구부릴 수 있는지, 솔드 스프레이가 영향을 줄 수 있는지 등 다양한 부분에 대해 의구심을 갖고 있었다.

이러한 영향으로 인해 자연스럽게 특성화 및 품질 제어에 대한 요구사항이 증가하게 됐고, 그 결과 사양이 과도하게 강화됐다. 

이때는 ±0.002″ 오차로 100개 중 하나의 부품을 만드는 데 성공할 수 있다면 이를 규격으로 사용하던 시기였다. 따라서 중요한 것은 성능이며, 가격과 생산량 모두 그 당시 사용자들에게는 중요하게 작용하지 않았다.

세월이 흘러 현재는 원재료부터 생산 코드 마킹에 이르기까지 모든 것을 구체적으로 명시하기 위해 업계 내 조직들이 형성되고 전체 사양 및 테스트 절차를 기록하게 됐다. 이러한 문서 작업을 기반으로 벤더 간 차이가 줄어들었고, 제품 품질이 개선되는 결과를 불러왔지만 비용 면에서 개선을 보이지 못해 상용 제품에서 FPC 사용이 제한됐다.

한편 생산 시 상호연결 오류 제거, 현저한 작업량 감소 등 FPC의 이점이 부각됨에 따라 엄격하게 적용되는 사양이 불필요한 것으로 여겨지면서, 최근 ‘Form, Fit, Fu- nction’쪽으로 전환하고 있는 추세이다.

그러나 아직은 그 단계에 이르지 않은 것으로 보인다. 

FPC는 신뢰할 수 있는 성능을 보장하기 위해 많은 육안 검사 등을 거치지만 상황은 점차 나아지고 있는 단계에 있다. 

따라서 구매를 원하는 엔지니어는 항상 제품 사양 및 품질 제어 요구사항 등을 검토해 모든 사양과 요구 사항을 포함하고 있는지, 또한 우수한 제품을 생산하는 데 제약이 있는지를 확인해야 한다.

PC(Printed Circuit)는 ‘카탈로그 아이템’이 아니다. PC는 맞춤형으로 제조된 아이템으로서, 카탈로그 아이템과는 상당한 차이가 있다. 이를 예를 들어 설명하려 한다.

과거 PWB 엔지니어들은 그들의 ‘상품 생산’ 사고방식을 가지고 PFC 관리자가 평범하고 시대에 뒤쳐져 있다고 생각했으며, PWB 관리 방식의 효율성을 이용하면 FPC를 성공적으로 이끌 수 있을 것으로 생각하고 PWB 관련 컨소지엄에서 FPC 제조업체 통제권을 구매했었다.

이러한 생각은 초기 1년간만 지속됐는데, 이 시점에 PWB 종사자들은 처음 생각과는 매우 다르다는 것을 깨달을 수 있었다.

1년 후에는 회사가 파산되고 자산이 경매에 붙여졌다. 

그 이유는 PWB 종사자들의 생각과는 다르게 FPC 작업은 그들이 생각했던 것보다 약 3배는 더 복잡한 제조환경에서 과도한 변수 및 엄격한 규격과 씨름해야 하는 매우 전문적인 작업이었기 때문이다.

여기서 파악할 수 있는 PWB 종사자들의 실수는 FPC를 생산하고 판매하는 것이 PWB 레이저 블레이드 등의 제품 제조와 동일할 것이라고 오판한 데 있다.

따라서 FPC 구매하는 방식이 다른 제품과 다른 것에 대한 이유를 이해한다면, 성공적으로 FPC를 구매할 수 있을 것으로 확신한다.

▲ 그림 1. 평평한 Bookbinder

▲ 그림 2. 구부린 Bookbinder

▲ 그림 3. 추가된 구조층에 의해 강화된 PWB

판매 또는 계약 협상

일반적으로 제조업체에는 판매 부서가 따로 존재한다. 하지만 FPC 업계는 판매 부서가 다른 업계 판매 부서와는 다른 방식으로 운영된다.

FPC의 경우에는 상점으로 고객을 끌어와도 바로 판매로 이어지지는 않는다. 이 단계는 계약 협상으로 보는 것이 맞다. FPC의 판매 협상에서는 다음과 같은 문서를 작성한다.

“귀사의 설계도면 및 사양을 근거로 당사가 X일까지 Y 및 Z를 획득하고, 만약 환경이 허락된다면 당사는 귀사에 X일까지 제품을 배송할 것이다”

이처럼 계약 협상은 FPC 프로젝트가 진행되는지에 대한 상세한 내용을 포함한다.

FPC 고객들은 자동차 등을 구입할 때처럼 카탈로그를 보고 몇 번 제품을 선택하는 것이 아니라 설계도면 및 규격 등 그들의 원하는 것에 대한 생각을 가지고 구매 미팅에 참석해야 한다. 

예를 들자면 Paradise Bolt & Screw(이하, PB&S)에서 볼트와 너트를 판매하는 것과 InterGalactic Flex    (이하, IGF)에서 FPC 판매를 진행하는 상황을 비교해 보자.

PB&S는 배송 준비가 되고 품질 및 생산 효율이 좋은 볼트와 나사를 보유하고 있다. 이에 대해서는 생산 비용이 이미 알려져 있기 때문에 판매 가격과 수익은 이미 결정되어 있다고 볼 수 있다. 이에 대해서는 판매 미팅 전 시장 조사를 하고 어떤 볼트와 나사를 제조할지 결정한 후 기계를 가동해 프로세스를 시작함으로써, 높은 생산량과 낮은 비용을 확보할 수 있을 것이다.

이처럼 볼트 및 너트의 구매는 매우 간단하다. 하지만 IGF의 경우에는 이와 완전히 다르다. IGF의 입장에서는 PB&S와 다르게 재고가 없고, 현재 미팅에서 제시할 샘플도 없고 생산 비용도 전혀 알려져 있지 않다. 이는 구매자의 설계에 맞춰 맞춤형으로 제작하기 때문이다.

이러한 불확실성은 상당 부분 반복 주문을 할 경우에는 사라지지만, 거래 파트너가 정해져 있지 않은 경우에는 문제가 될 수 있다.

▲ 그림 4. 4개의 커넥터, Central Shield를 갖는 3층 레이어 FPC

배송

FPC 같은 맞춤형 제조 제품과 일반 상품 간의 큰 차이는 배송에도 존재한다. 이에 대한 예에 대해서는 IGB가 설비가 좋은 공장을 보유하고 있으며, 이 공장이 PB&S만큼 좋다는 것을 가정하도록 한다.

PB&S에서 공장은 배송과 별 관계가 없다. 그 이유는 부품이 이미 비축되어 있고, 정리, 포장, 배송이 필요한 경우이기 때문이다. 하지만 IGF의 경우에는 최적화된 제품을 공장에서 생산하고 바로 배송으로 이어져야 하므로 관계가 있다.

또한 IGF의 BOM(Bill of Metal)은 귀금속(Base Metal)과 표면 마감이라는 두 가지 아이템이 필요하다. 따라서 FPC를 제조하는 데 있어서는 필름 제조업체 및 중합체 혼합 업체에서 생산한 접착제와, 필름 등 많은 재료가 사용되는데 결국 이 재료들은 다른 업체에 외주를 주는 형식으로 제조하게 된다. 따라서 훨씬 복잡한 공급망이 형성된다. 이로 인해 잠재적 결함이 존재할 수 있다.

PB&S의 볼트나 너트는 주로 자동화된 기계를 사용해 대량생산할 수 있는 반면, FPC를 생산하는 것은 잠재적 결함을 포함한 원재료와 작업자의 스킬에 영향을 받는 프로세스 장비, 그리고 열·화학·기계적 힘의 상호작용을 이끌어 낼 수 있는 프로세스를 수행한 후 배송해야 한다는 점에서 차이가 발생한다. 

▲ 그림 5. Rigid-flex 회로는 장소와 무게의 효율적인 상호연결을 공급한다

경쟁, 이차 소스 및 파트너 선택

경쟁 부분을 보면, PB&S의 경우에 카탈로그 제품을 만들어 낸다. 다른 볼트, 나사 제조업체도 이와 같이 움직인다. 가령 매일 1,000, 1/4-20 라운드 헤드 1″ 황동 나사가 필요한데, PB&S에서 이를 공급할 수 없다면, 이를 공급할 수 있는 다른 기업이 존재해 기존 공급 업체의 입장에서는 경쟁에서 밀릴 수 있다.

FPC를 구매하는 경우에는 개별적으로 맞춤형으로 계약된 공장에서 잠재적 제약이 발생한다면, 생산은 처음부터 다시 시작해야 한다. 또한 급한 상황에서 배송 준비가 된 백업 공급자도 없다.

구매자의 입장에서 화가 나 공급 파트너를 교체하려 할 수도 있다. 

하지만 그렇게 할 경우에는 더 많은 시간을 낭비하게 되며, 대체 공급자가 좋은 제품을 공급할 수 있을지에 대한 확신도 없다. 

이러한 이유로 FPC 벤더를 선정하는 데 있어서는 신중하게 선택해야 하며, 벤더 변경이 자유롭지 않다.

대부분 공급자를 선택하는 데 있어서 가장 우선시하는 요소는 바로 배송과 신뢰성이다. 피스 파트(Piece Part) 비용이 협상 테이블에서 중요해 보이지만, FPC를 공급받지 못한다면 생산설비는 정지될 것이다.

일반적으로 FPC는 제품 제조에 있어서 시작점이며, 가장 중요한 부분이라 할 수 있다.

따라서 벤더 선정 시 이전 성과 등 이력을 확인하는 것이 중요하다. 

협상에서의 주요 내용은 NRE, 툴링 및 로트 비용이겠지만, 구매자의 속마음에는 다음과 같은 의문들이 생길 수 있다.

‘만약 공급자가 4주 만에 배송할 수 있다고 하지만 정해진 기한 내에 부품을 받을 수 있을까?’, ‘배송이 지연되면 어떻게 해야 할까?’, ‘공급자가 힘든 상황을 잘 극복할 능력이 있을까?’, ‘필요한 재료를 확보한 상태이며, 공장에 재배포할 준비는 되어 있는가?’

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반복 주문 및 대규모 생산

맞춤형으로 제조하는 것이 프로토타입만을 위해 사용된다고 생각할 수 있다. 카탈로그 FPC가 거의 존재하지 않기 때문에 이는 거의 FPC에서 일반적인 규칙이나 다름없다.

만약 해당 판매자에게 처음 구매하는 것이 아니라면 첫 번째 주문보다 훨씬 더 순조롭게 진행될 것이다. 하지만 그렇지 않다면, 구매자 입장에서는 다른 벤더를 찾아봐야 할 필요가 있다. 

그 이유는 첫 번째 주문 시 FPC 비용 중 상당 부분은 새로 접하는 설계의 우수한 생산량을 보장하는 데 필요한 엔지니어링 감독으로부터 발생하는데, 두 번째 주문에도 이 부분에서 많은 비용이 들어가게 되면 비효율적이며, 이 비용을 줄인다면 대량 생산을 가능케 할 수 있기 때문이다.

요약하자면 필름 및 접착제에서 제어 가능한 변경사항에 대해 적정 수준의 허용 능력을 보유한 것, 기능 한계가 적용된 프로세스 조건, 제약 사항이 반영되어 안정화된 품질 제어 절차 등이 보장되었을 때 FPC는 경쟁력 있는 비용에 신뢰할 만한 제품 생산이 가능해진다고 할 수 있다.

요약

FPC를 구매하는 데 있어서, 다른 어떤 제품을 구매할 때보다 벤더 선택이 매우 중요하다는 점을 명심해야 한다. FPC 제작에는 화학적·열적·기계적 프로세스가 관련되는데, 이는 FPC 벤더가 우수한 기술 이해력을 갖추고 다른 제품의 벤더보다 더 우수한 능력을 갖추고 있어야 한다는 것을 의미한다.

폴리머 필름의 수축, 시대에 뒤쳐진 접착제, 화학물질 등 잠재적 결함과 더불어, 잠재적 변경사항 및 사양을 준수하지 않은 제품이 발생할 수 있다. 

따라서 벤더는 공장에 대해 완벽한 통제력을 보유함과 동시에 공급망 어디에서든지 변경 사항에 대해 유연하게 대처해야 한다.

FPC는 초기에 국방용 부품으로 시작했기 때문에, 규격이 매우 까다로운 편이다. 만약 생산량이 떨어졌을 때 이러한 과도한 규격은 걸림돌이 될 수 있다.

가령, 집을 지어본 경험이 있는가? 하청업체를 어떻게 다루었는지 기억나는가? 또한, FPC는 맞춤형으로 제작된 제품이므로 ‘구매하는 것’이 아니라 향후 언젠가 제조를 위해 계약을 체결하는 것이다. 가격과 배송에 대한 세부내용이 PO에 명시되어 있으며, 반복사용 어구가 포함되어 있지만 실제로 생산설비는 현실의 영향을 받는다. 이러한 이유로 인해 구매자는 벤더를 신중히 선정해야 한다.

Thomas Stearns  Brander Int'l Consultants

This article is republished with permission from I-Connect007/SMT.