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태그: #SMT #THT #PCBInspection #AOI #ElectronicsManufacturing

전자 엔지니어 10명에게 SMT와 THT 중 어느 것이 '더 좋다'고 물으면, 그들이 배운 순서에 따라 보통 열 가지의 다른 답변을 듣게 될 것입니다. 제조 분야의 대부분의 것과 마찬가지로, 진정한 답은 다음과 같습니다: 상황에 따라 다릅니다(it depends). 그리고 더 중요한 것은, 두 방식 사이에는 검사 요구 사항이 근본적으로 다르다는 것입니다.

이 글에서는 단순한 부품 기술 관점이 아니라 품질 관리 및 AOI (자동 광학 검사) 검사 관점에서 SMT와 THT를 분석합니다.

빠른 정의

표면 실장 기술(Surface Mount Technology, SMT)
부품을 PCB 표면에 직접 장착하는 방식입니다. 패드에 솔더 페이스트를 도포하고, 픽앤플레이스(pick-and-place) 기계로 부품을 배치한 후, 보드를 리플로우 오븐(reflow oven)에 통과시켜 납땜을 녹이고 고체화합니다.

관통 홀 기술(Through-Hole Technology, THT)
부품의 리드(lead)를 PCB에 뚫린 구멍을 통해 삽입하고 반대편에서 납땜하는 방식입니다. 수작업 또는 웨이브 솔더링(wave soldering)을 통해 이루어집니다. 오래된 기술이지만, 여전히 고신뢰성 애플리케이션에 널리 사용됩니다.

혼합 조립(Mixed Assembly)
대부분의 현대 PCB는 이 두 가지를 모두 사용합니다. 한쪽 또는 양쪽에 SMT 부품을 사용하고, 커넥터, 대용량 캐패시터, 관통 홀 IC와 같은 THT 부품을 사용합니다.

검사 난이도가 완전히 다른 이유

SMT 검사: 볼륨 문제

일반적인 SMT 보드는 수백 개에서 수천 개의 개별 납땜 접합부를 가질 수 있으며, 그중 많은 부분이 0.5mm보다 작습니다. 이 납땜 접합부는 부품과 같은 면에 있어 눈으로 확인은 되지만, 매우 어렵습니다.

SMT의 주요 결함:

• 인접한 패드 사이의 솔더 브릿지(Solder bridges) (특히 미세 피치 IC에서)
• 페이스트 부족으로 인한 콜드 조인트(cold joints)
• 텀블스토닝(Tombstoning) (부품이 끝에 서는 현상)
• 리플로우 중 부품 이동/회전(Component shift/rotation)
• 픽앤플레이스 기계가 포착하지 못한 누락된 부품(Missing components)

SMT 보드의 엄청난 밀도로 인해 대량 생산 규모에서 수동 검사(manual inspection)를 수행하는 것은 사실상 불가능합니다. 이것이 SMT 라인에서 자동 검사(automated inspection)를 거의 보편적으로 사용하는 이유입니다.

전형적인 SMT 검사 흐름:

1. 솔더 페이스트 검사 (SPI, Solder Paste Inspection) — 페이스트 인쇄 후
2. 리플로우 전 AOI (Pre-reflow AOI) — 부품 배치 후, 오븐(oven) 전
3. 리플로우 후 AOI (Post-reflow AOI) — 리플로우 오븐 후 (가장 중요)

THT 검사: 접근성 문제

관통 홀(Through-hole) 솔더 조인트는 원칙적으로 더 크고 보기 쉽지만, 함정이 있습니다. 솔더 조인트는 **보드의 하단(underside)**에 형성되는 반면, 부품 본체는 상단에 위치합니다. 즉, 한쪽 면에서만 볼 수 있는 대상을 검사해야 하는 것입니다.

THT의 주요 결함:

• 관통 홀 내 불충분한 솔더 충전 (Insufficient solder fill)
• 인접한 관통 홀 패드 사이의 솔더 브릿지 (Solder bridges)
• 냉납 (Cold joints, 탁하고 거친 외관)
• 블로우 홀 (Blow holes, 솔더 내의 보이드/빈 공간)
• 홀 내 잘못된 부품 삽입 (Wrong component)
• 부품 안착 높이 (Component seating height) 문제

웨이브 솔더링(Wave soldering) 또한 독특한 과제를 안겨줍니다. 솔더 웨이브가 보드 전체에 걸쳐 불일치를 만들 수 있으며, 플럭스 잔류물(flux residue)이 검사 중에 조인트를 가릴 수 있습니다.

전형적인 THT 검사 흐름:

1. 웨이브 전(Pre-wave): 부품 삽입 상태 확인 (위치, 방향, 안착 상태)
2. 웨이브 후(Post-wave): 하단의 솔더 조인트 품질 검사

SMT vs. THT를 위한 AOI 기술

SMT AOI: 성숙하고 정교하며 AI 기반임

SMT AOI는 가장 성숙한 카테고리입니다. 현대적인 시스템은 다음을 사용합니다:

• 부품의 측면과 솔더 필렛(solder fillets)을 포착하기 위한 다양한 각도의 다중 카메라 (Multiple cameras)
• 높이와 질감을 드러내기 위한 구조화된 조명 (Structured lighting, 높이와 질감을 보여주는 다양한 색상의 LED)
• 페이스트 부피와 부품의 공면성(coplanarity)을 측정하기 위한 3D 검사 (3D inspection, 레이저 또는 구조광 사용)
• 밀도가 높고 복잡한 보드에서 오검출(false calls)을 줄이기 위한 AI 딥러닝 (AI deep learning)

과거에는 SMT AOI를 위한 프로그래밍 작업이 엄청난 과제였습니다. 엔지니어들은 각 부품에 대한 검사 라이브러리를 만드는 데 며칠을 소비해야 했습니다. MAKER-RAY의 시스템과 같은 AI 기반 시스템은 머신러닝 (machine learning)을 사용하여 샘플 보드로부터 검사 파라미터 (inspection parameters)를 자동으로 생성함으로써 이 문제를 획기적으로 줄였습니다.

THT AOI: 소외되었으나 추격 중

THT 검사는 역사적으로 SMT보다 혁신에 대한 관심이 적었습니다. 이는 부분적으로 THT 물량이 감소했기 때문이기도 하며, 웨이브 솔더 (wave solder) 검사가 실제로 더 어렵기 때문이기도 합니다.

THT AOI 특유의 과제:

• 플럭스 잔류물 (Flux residue) 이 솔더 조인트 (solder joints)의 광학적 외관을 변화시킴
• 리드 길이 변화 (Lead length variation) 가 3D 복잡성을 유발함
• 홀 필 (Hole fill) (구멍의 몇 퍼센트가 솔더로 채워졌는지) 은 매우 중요하지만 평면적인 2D 이미지로는 보이지 않음
• 그림자 효과 (Shadow effects) — 부품 본체가 카메라가 리드 (leads)를 보는 것을 가릴 수 있음

현대적인 THT AOI 시스템은 다음과 같은 방법으로 이를 해결합니다:

• 하부 검사 (Bottom-side inspection) 카메라
• 리드 돌출 (lead protrusion)을 위한 3D 측정
• 플럭스 및 솔더 외관의 변화를 고려하는 AI 기반 알고리즘
• 부품 본체 주변을 볼 수 있는 각도 조절 카메라

MAKER-RAY의 THT AOI 라인업 (AIS20X-HW, AIS30X-HW, AIS50X-HW)은 양면 검사 기능과 실제 THT 솔더 결함 데이터를 기반으로 구축된 AI 학습 모델을 통해 이러한 과제들을 구체적으로 겨냥합니다.

정면 비교: SMT AOI vs. THT AOI

혼합 조립 (Mixed Assembly): 실제 시나리오

대부분의 생산 라인은 "SMT 전용" 또는 "THT 전용"이라는 깔끔한 선택지를 갖지 않습니다. 대신 혼합 보드 (mixed boards)를 다룹니다. 이는 검사 복잡성을 야기합니다:

옵션 1: SMT 및 THT 섹션에 별도의 AOI 시스템 사용

• 더 깨끗하고 집중된 검사
• 더 높은 자본 비용 (Capital cost)
• 각 작업에 대해 더 뛰어난 성능

옵션 2: 결합된 검사 시스템 사용

• 한 대의 장비가 두 가지를 모두 처리
• 낮은 생산량(Lower volumes)의 경우 비용 효율적
• 각 작업의 전문성이 타협될 수 있음

옵션 3: 전략적 배치

• SMT 섹션에는 리플로우 후 (Post-reflow) AOI 사용
• THT 섹션에는 웨이브 솔더링 후 (Post-wave) AOI 사용
• 두 대의 장비, 두 번의 집중된 검사

정답은 생산량, 결함 유출 허용 범위(Defect escape tolerance), 그리고 예산에 따라 달라집니다. 고신뢰성 산업(의료, 국방, 항공우주)은 일반적으로 각 단계에 전용 시스템을 사용합니다.

THT가 여전히 유효한 경우 (그리고 검사가 더 중요한 이유)

THT는 종종 "오래된 기술"로 간주되지만, 중요한 장점들을 유지하고 있습니다:

• 기계적 강도 (Mechanical strength): 관통 홀 (Through-hole) 연결은 SMT보다 진동과 충격에 더 잘 견딥니다.
• 수리 가능성 (Repairability): THT 부품은 디솔더링 (Desolder) 및 교체가 더 쉽습니다.
• 고전력 부품 (High-power components): 대형 전해 커패시터, 전원 커넥터, 변압기 등
• 프로토타이핑 (Prototyping): 수작업 조립이 더 용이함

이러한 애플리케이션은 신뢰성이 핵심적인 환경에 있는 경향이 있으며, 이는 바로 검사가 사후 고려 사항이 되어서는 안 되는 지점입니다. 장난감에 있는 표면 실장(Surface-mount) LED의 냉납(Cold solder joint)은 짜증스러운 문제일 뿐입니다. 하지만 산업용 모터 컨트롤러의 관통 홀 전원 커넥터에 발생한 냉납은 화재 위험이 됩니다.

이것이 바로 철저한 THT 검사가, 검사해야 할 접점(Joint)의 수가 더 적더라도 SMT 검사보다 접점당 중요도가 아마도 더 높은 이유입니다.

실질적인 권장 사항

대량 SMT 생산을 운영하는 경우:

• 3D 기능이 있는 리플로우 후 (Post-reflow) AOI에 투자하십시오.
• 가검출률 (False call rates)을 관리하기 위해 AI 기반 시스템을 우선시하십시오.
• 솔더 품질이 반복적인 문제라면 SPI (Solder paste inspection, 솔더 페이스트 검사)를 추가하십시오.

THT 또는 혼합 보드 (Mixed boards)를 운영하는 경우:

• 웨이브 솔더링 후 (Post-wave) 검사를 소홀히 하지 마십시오.
• AOI 시스템에 하부 카메라 (Bottom-side camera) 기능이 있는지 확인하십시오.
• (단순히 "THT 지원" 기능이 있는 SMT 시스템이 아니라) THT를 위해 특별히 설계된 시스템을 찾으십시오.

품질 표준을 확대하려는 경우:

• 전체 라인 접근 방식(Full-line approach)을 고려하십시오: SPI → Pre-reflow AOI → Post-reflow AOI → Post-wave AOI
• 모든 단계의 데이터는 통합된 품질 정보(Unified quality picture)로 제공됩니다

핵심 요약 (Key Takeaways)

• SMT와 THT는 근본적으로 다른 검사 과제(Challenge)를 제시합니다 — 밀도(Density) 대 접근성(Accessibility)
• SMT AOI는 더 성숙해 있으며, THT AOI는 추격 중이지만 전문적인 기능이 필요합니다
• AI는 오검출(False calls)과 프로그래밍 시간을 줄임으로써 두 카테고리 모두를 변화시키고 있습니다
• 혼합 보드(Mixed boards)는 종종 여러 검사 스테이션의 전략적 배치를 필요로 합니다
• THT 검사는 다루는 접합부(Joints)의 수는 적지만, 종종 더 높은 신뢰성 표준을 요구합니다

SMT와 THT 검사를 모두 처리할 수 있는 AOI 솔루션을 찾고 계십니까? MAKER-RAY의 제품 라인업은 인라인 SMD 2D/3D AOI부터 전문적인 THT 솔더 검사 시스템까지 전체 스펙트럼을 다룹니다.

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