로봇 조립

PCBA 산업에서 로봇 어셈블리 응용 개요

로봇 어셈블리는 부품 실장, 납땜, 테스트, 삽입 및 포장과 같은 핵심 분야를 포함하여 전체 PCBA 공정이나 주요 작업을 자동화된 로봇 시스템을 통해 자동화하는 것을 의미합니다. 지능형 제조의 핵심 구성 요소로서, 로봇 어셈블리는 킹필드가 PCBA 생산 효율을 향상시키고 제품 일관성을 보장하며 고급 제조 요구에 대응할 수 있는 핵심 기술적 지원이 되었습니다. 그 적용은 프로토타입 제작부터 대량 생산에 이르는 전 생애주기를 아우르며, PCBA 산업이 '노력 집약형'에서 '기술 집약형'으로 전환되는 것을 주도하고 있습니다.

I. PCBA 로봇 어셈블리의 핵심 적용 시나리오

1. 고정밀 부품 실장

로봇 어셈블리는 SMT 공정에서 가장 널리 사용되며, 피커 앤 플레이스 머신 및 솔더 페이스트 프린터와 같은 자동화 시스템을 핵심 장비로 포함한다. 초소형 부품, BGA, QFP와 같은 고정밀 패키지 장치의 경우 로봇은 비전 포지셔닝 기술을 통해 정밀한 부착을 수행하며, 시간당 10만 포인트 이상의 부착 속도를 달성하여 수작업 효율성을 크게 상회한다. 이는 고밀도 PCB, 미니 LED 드라이버 보드 등 Kingfield의 고급 제품 생산 요구사항과 호환되며, 수작업 부착으로 인한 부품 위치 오류, 역방향 부착, 누락 부착 등의 문제를 방지하고 부착 수율을 현저히 향상시킨다.

2. 자동 용접 및 상호 연결

로봇 납땜은 PCB 어셈블리(PCBA)의 전기적 연결 신뢰성을 보장하는 핵심 공정이다.

주요 기술에는 다음이 포함된다:

· 리플로우 납땜 로봇: 이들은 정밀한 온도 제어 프로파일을 통해 배치 부품 납땜을 수행하여 수동 납땜에서 흔히 발생하는 냉납현상, 브리징, 과열 손상 등의 문제를 방지합니다.

· 선택적 웨이브 납땜 로봇: 이들은 프로그래밍 가능한 노즐을 통해 납을 정밀하게 분사하여 스루홀 부품에 적용되며, 하이브리드 조립(SMT+THD) PCB 어셈블리 제품에 적응함으로써 납땜 일관성을 향상시킵니다.

· 레이저 납땜 로봇: 고정밀 및 고신뢰성이 요구되는 환경에서 사용되며, 열 영향 범위가 작아 미세한 납땜 접합부와 열에 민감한 부품의 납땜에 적합합니다.

3. 삽입 및 조립의 자동화

수동 삽입이 필요한 스루홀 소자들에 대해 로봇 어셈블리 시스템은 로봇 암과 고정장치의 조합을 통해 자동 삽입을 구현합니다.
다중 장치 유형 간의 유연한 전환을 지원하며, 프로그래머블 로직을 통해 다양한 PCBA 제품의 삽입 요구 사항에 적응할 수 있습니다. 수동 삽입 시 발생하는 삽입력 불균형으로 인한 낮은 효율성, 높은 작업 강도 및 장비 손상 문제를 해결하며, 특히 산업용 제어 보드 및 전원 보드와 같은 대량 생산 환경의 킹필드(Kingfield)에 매우 적합합니다.

4. 자동화된 테스트 및 품질 관리

로봇 조립 및 검사 기술의 심층적 융합을 통해 '조립-검사' 폐쇄 루프를 형성합니다.

· 시각 검사 로봇: AI 비전 알고리즘을 사용하여 부품 배치 오류, 납땜 결함, 부품 누락 등의 문제를 자동으로 식별합니다. 검사 속도는 수동 검사 대비 5~10배 빠르며, 오경보율은 0.1% 미만입니다.

· 인서킷 테스트(ICT) 로봇: PCBA의 전기적 성능 테스트를 자동으로 수행하며, 데이터를 실시간으로 MES 시스템에 업로드하여 품질 추적성을 확보함;

· X선 검사 로봇: BGA, CSP 및 기타 패키지 장치의 하부 납땜 접합부에 대해 X선 투과 검사를 사용하여 숨겨진 납땜 결함을 탐지함으로써 고신뢰성 제품의 품질을 보장함.

5. 후단 포장 및 최종 조립

PCBA 후단 공정에서 로봇 조립은 케이스 포장, 커넥터 삽입 및 분리, 케이블 납땜 등의 작업을 담당함: 협동 로봇이 인간과 함께 무거운 케이스 조립 및 정밀 케이블 납땜과 같은 복잡한 공정을 동시에 수행하여 유연성과 정확성을 균형 있게 제공함; 킹필드(Kingfield)의 맞춤형 요구사항에 적응하여 다양한 종류의 소량 생산 제품 전환이 빠르게 가능하며, 제품 납기 주기를 단축함.

II. 로봇 조립의 핵심 장점

1. 효율성 개선: 수작업 생산성의 병목 현상 돌파

로봇은 피로나 감정의 방해 없이 하루 24시간 작동할 수 있습니다. 단일 로봇 조립 라인의 생산 능력은 수작업 생산 라인보다 3~5배 높습니다. 대량 주문의 경우, 다수의 로봇이 협업하여 '무인 생산'을 실현할 수 있으며, 이는 생산 사이클을 크게 단축시켜 킹필드가 고객의 납품 요구에 신속하게 대응할 수 있도록 도와줍니다.

2. 품질 보증: 제품 일관성의 지속적 향상
로봇 조립은 수작업 조립에 비해 우수한 반복성과 운영 안정성을 자랑하며, 부품 장착 편차 및 납땜 결함과 같은 불량률을 백만 분의 일 이내로 억제할 수 있습니다. 디지털 프로그래밍과 파라미터 고정화를 통해 각 PCBA의 생산 기준이 완전히 일관되도록 보장함으로써 자동차 전자기기 및 의료 장비 등 극도로 높은 신뢰성이 요구되는 산업에 특히 적합하며, 이는 킹필드(Kingfield)의 고품질 명성을 더욱 강화합니다.

3. 비용 최적화: 장기적으로 전체 생산 비용 감소

로봇에 대한 초기 투자 비용은 높지만, 장기적으로는 비용을 크게 절감할 수 있다.

• 인건비: 숙련 노동자에 대한 의존도를 줄여 채용, 교육 및 관리 비용을 낮출 수 있음;

• 손실 비용: 수작업으로 인한 부품 손상 및 PCB 폐기 문제를 줄여 자재 손실률을 낮출 수 있음;

• 관리 비용: MES 시스템을 통한 실시간 생산 데이터 모니터링으로 생산 일정을 최적화하고 가동률 낭비를 줄입니다.

4. 유연한 생산: 다양한 맞춤형 요구에 적응 가능

현대식 로봇 조립 시스템은 빠른 프로그래밍과 제품 전환이 가능합니다. 킹필드의 맞춤형 PCBA 사업의 경우, 대규모 설비 변경 없이 1~2시간 이내에 생산 라인 파라미터를 조정할 수 있어 '소량 다품종' 주문을 효율적으로 생산할 수 있으며, 시장 대응 능력을 향상시킵니다.

5. 안전 강화: 생산 안전 위험 완화

PCBA의 생산 공정은 납땜, 고온, 화학물질 등의 잠재적 위험을 수반합니다. 로봇 조립은 인간의 노동을 대체하여 고위험 공정을 수행함으로써 작업장 재해 위험을 줄일 수 있습니다. 동시에 협동 로봇은 충돌 감지 기능을 갖추고 있어 인간과 안전하게 함께 작업할 수 있으며, 생산 효율성과 운영 안전성을 동시에 확보할 수 있습니다.

III. 킹필드 로봇 어셈블리의 기술적 특징 및 적용 가치

PCBA 산업에서의 기술 전문성과 고객 요구를 바탕으로, 킹필드는 "맞춤형 + 지능형 + 통합형" 로봇 어셈블리 솔루션을 개발하였습니다:

• 맞춤형 적응: 다양한 산업 분야의 PCBA 제품 특성에 맞춰 로봇 조립 파라미터를 최적화;

• 지능형 통합: AI 영상 검사, MES 생산 관리 시스템 및 디지털 트윈 기술을 통합하여 생산 공정의 실시간 모니터링, 데이터 추적성 및 지능형 최적화를 구현;

• 통합 서비스: 로봇 선정, 생산 라인 구축, 프로그래밍 및 디버깅에서 사후 유지보수까지 전 과정에 걸친 서비스를 제공하여 고객사가 신속하게 자동화 생산을 구현할 수 있도록 지원하고 기술 장벽을 낮춥니다. 킹필드는 로봇 조립 기술의 심화 적용을 통해 생산 효율과 제품 품질을 동시에 향상시킬 뿐만 아니라 '효율적이고 신뢰성 있으며 맞춤형' PCBA 솔루션을 고객에게 제공함으로써 고밀도, 고신뢰성, 맞춤형 PCBA 분야에서의 핵심 경쟁력을 강화하고 산업의 스마트 제조 업그레이드를 주도합니다.

로봇 PCB 조립 공정 단계별 개요

로봇 기반 PCB 어셈블리는 정밀한 메커니즘, 시각적 포지셔닝 및 지능형 제어를 통합하는 자동화된 프로세스입니다. 그 핵심은 "정밀 포지셔닝 - 부품 취급 - 정밀 어셈블리 - 품질 검사"의 폐쇄 루프를 중심으로 이루어집니다. 다음은 실제 산업 생산 로직과 일치하는 표준화된 단계별 절차입니다.

1. 사전 준비:

· PCB 세척 및 위치 결정: 로봇은 자동 로딩 모듈을 통해 PCB 보드를 수신한다. 먼저 플라즈마 청소 또는 브러시로 납 패드의 오일과 먼지를 제거한다. 그 후, PCB를 캐리어에 고정하며 기준점 시각 인식을 사용하여 PCB 좌표계를 캘리브레이션하여 조립 기준의 정확도를 보장한다.

· 매개변수 사전 설정 및 프로그램 가져오기: PCB 설계 문서를 기반으로 부품 좌표, 패키지 사양, 조립 순서 등의 매개변수가 제어 시스템에 입력된다. 로봇은 오프라인 프로그래밍 또는 티칭 모드를 통해 경로를 사전 설정하여 간섭 위험을 피한다.

· 자재 준비: 표면 실장 부품을 컨베이어 벨트, 트레이 또는 튜브 랙에 적재한다. 자재 감지 모듈에서 부품 모델과 방향이 정확한지 확인한 후, 부품을 로봇의 피킹 스테이션으로 운반한다.

2. 코어 어셈블리: 부품 집어 올리기 - 위치 결정 - 조립

1단계: 부품 집기 로봇 아암은 진공 노즐 또는 그리퍼를 장착하고 부품 크기에 따라 적절한 도구로 자동 전환합니다. 비전 시스템을 사용하여 랙 위의 부품 위치와 방향을 식별하고 부품을 정확하게 집어 올려 부품의 손상이나 떨어짐을 방지합니다.
2단계: 부품 방향 보정 집어 올린 후, 부품은 비전 검사 모듈에 의해 2차 식별을 거쳐 오프셋이나 회전 각도를 보정하여 핀과 PCB 패드 간의 정밀한 정렬을 보장합니다. 특히 BGA 및 QFP와 같은 고밀도 패키지 부품에 적합합니다.
단계 3: 정밀 조립 로봇이 PCB의 해당 패드 위치로 미리 설정된 경로를 따라 이동하여 부품을 부드럽게 배치하거나 패드 구멍에 삽입합니다. 표면 실장 공정(SMT)의 경우, 부품이 패드에 부착된 후 진공 노즐이 압력을 해제합니다. 스루홀 공정의 경우 로봇 팔이 부품 핀을 완전히 삽입하도록 보조하여 양호한 접촉을 보장합니다.
4단계: 용접 및 경화 SMT 어셈블리의 경우, 조립된 PCB는 리플로우 오븐으로 이송되어 납땜 페이스트가 고온에서 경화되며 부품과 PCB 사이의 전기적 연결이 이루어집니다. 로봇은 온라인 납땜 모듈을 장착하여 스루홀 부품의 웨이브 납땜 또는 점용접을 수행할 수 있습니다.

3. 품질 검사: 실시간 검증 및 결함 제거

· 온라인 시각 검사(AOI): 로봇 조립 후, AOI 검사 장비가 PCB를 자동으로 스캔하고 표준 이미지와 비교하여 부품 누락, 부품 오류, 부정렬, 냉난피 조인트와 같은 결함을 마이크론 수준의 정확도로 식별합니다.

· 전기적 성능 시험: 침형 테스트 또는 플라잉 프로브 테스트 모듈을 통해 PCB 회로의 도통성 및 절연 등 전기적 특성을 검사하여 잠재적 결함을 제거합니다.

· 결함 처리: 결함이 발견된 제품은 자동으로 마킹되어 보수 공정으로 이송되며, 양품은 다음 공정으로 진행하여 '조립-검사-선별'의 자동화된 폐쇄 루프를 구현합니다.

4. 후속 공정: 완제품 처리 및 데이터 추적성

• PCB 청소 및 보호: 합격한 제품은 먼지 제거 및 코팅 처리를 거친 후, 잔류 불순물이나 조립 결함이 없는지 시각적 재검사를 수행합니다.

• 자동 언로딩 및 포장: 로봇이 조립된 PCB를 캐리어에서 제거하여 배치 단위로 깔끔하게 스택하거나 컨베이어 라인에 올려 다음 포장 공정을 기다리게 합니다.

• 데이터 기록 및 추적성: 조립 파라미터는 전체 공정 동안 수집되어 MES 시스템에 동기화되며, 생산 보고서 생성을 통해 제품 수명 주기 전반의 추적성을 지원하고 공정 최적화 및 품질 관리를 용이하게 합니다.