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Tech Focus

세척 비용은 어플리케이션이나, 세

척 장비에 따라 크게 달라질 수 있다.

따라서 전체 비용은 세척된 부품 수 및

생산량을 기준으로 측정해야 ‘세척 공

정에 대한 정확한 비용’ 발생을 산출할

수 있다. 일반적인 비용 계산법은 다음

과 같다.

(투자 and/or 감가상각 + 작업비용)

세척 공정 수

= 세척 공정 당 비용

이 계산 결과는 생산량에 따라 세척

된 개별 어셈블리의 비용 값을 나타낸

다. 그러나 세척 부품당 발생 비용을

세척공정에서의 요소비용 - Part 1

Tech Focus

기업들은 전자부품을 제조하는 과정에서 비용요소를 제거해 비용 효과를 증대하려 한다.

비용은 장비 선택에 의해 크게 좌우될 수 있기 때문에, 전자 어셈블리의 세척공정은 가치사슬과 생산 측면에서 원가를

분석할 때 중요한 사안이다. 이 글에서는 세척공정 운영 및 취득 원가에서의 모든 비용 요소에 대해 설명한다.

Thomas Kucharek Application Technology, Zestron Europe

최준영, 김도희 HC Corporation

설정하고 공정 개선을 통해 비용 절감

을 이루기 위해서는, 세척 공정에 대한

투자와 운영비용에 영향을 미치는 요

인을 우선 파악해야 한다. 따라서 지난

몇 개월간 ZESTRON 기술센터에서

‘세척 공정의 요소 비용’에 대한 광범위

한 연구가 이루어졌다.

연구 목적은 다음과 같다.

•세척 공정의 주요 원가 요인 파악

• 원가 요인에 영향을 미치는 요소

파악

•원가 절감을 위한 방법 모색

첫 번째 단계인 주요 원가 요인은 매

우 빠른 기간 내에 파악됐다. 앞서 언

급한 대로, 새로운 공정과 현재의 세척

어플리케이션에 대한 운영비용의 투자

와 감가상각에서 발생한 차이다.

다음의 요소들은 세척 공정의 규모

나 종류에 중대한 영향을 미치며, 투자

비용과도 관련이 있기 때문에 기업들

이 새로운 투자를 할 때 반드시 고려해

야 한다.

•제품 기대 생산량

•자동 온도 조절 장치

•장비 규모 및 사용 가능한 면적

•세척제 종류

이후에도 전자 부품 제조에서의 운

영비용은 다음과 같이 발생할 수 있다.

• 배기 시스템과 같은 부속 장치의

소모

그림 1. 독일, 미국, 중국의 ZESTRON 기술센터

33표면실장기술 | 2014•6

•작업자 및 운용비용 절약

•세척제 및 전력 소모

다음 개요는 세척 비용과 관련된 모

든 요인들을 비교·설명한 것이다(그

림 2).

주요 원가 동인을 파악한 후 상세히

분석해, 비용 최적화를 위해 가능한 옵

션 및 영향을 미치는 또 다른 요인들에

대한 결정이 이루어져야 한다.

1. 요소비용 : 세척장비

비용요소인 세척장비를 검토할 때

초기 투자가 제일 먼저 이루어지며, 이

는 새로운 세척 공정 설치에서 가장 큰

요소비용으로 작용한다.

장비 선택은 기대 생산량을 근거로

다음과 같은 세 가지 기본 장비 타입 중

하나로 결정된다.

• 초음파 Benchtop, Batch장비(단

일조 Spray장비) 또는 Inline 장비

다음 개요는 어플리케이션의 차이와

기본 사용에 대한 설명이다(표 1).

기대 생산량과는 별개로 장비 선택

전에 평가돼야 할 추가적인 사항이 있

다. 승인된 투자 예산을 초과하지 않아

야 하고, 기계 크기는 사용 가능한 공

간에 적합해야 한다.

또한 세척장비의 자동화 수준은 이

Cleaning equipment Ultrasonic benchtopBatch process, e.g. one-chamber

spray-in-air equipmentInline process

Throughput per shift approx. 50-100 approx. 500-1,500 ＞3,500

Investment volume 1,000-5,000€ 20,000-80,000€ ＞100,000€

Foot print ＜1m² 1m² to 3m² ＞10m²

Degree of process automation none(manual)

medium

(manual loading / unloading of

cleaning goods)

high

(fully automated, completely integrated

into the production process)

표 1. 기본적인 세척 시스템 목록

그림 2. 조사에 따른 비용 비교

New investment Process operation

Solvent or

water-based

cleaner

New

investmentProcess

Operating

Costs

Equipment

peripherals

Machine size

Degree of

process

automation

Production

throughput

Cleaning

medium

Energy

consumption

Process

operation

Staff

costs

34

Tech Focus

후 공정비용에 영향을 미치기 때문에

구매를 결정할 때 반드시 고려돼야 하

는 부분이다. 따라서 세척장비 설치 이

후에 사용자는 세척 공정의 운영비용

을 고려해야 한다.

운영 프로세스를 살펴보면, 비용은

기계의 종류에 따라 여러 부분에서 발

생하며 이는 비용 절감을 위한 선택에

중대한 영향을 미치기도 한다.

Benchtop 세척 공정은 세척과 린스

존이 분리되어 있다. Benchtop 세척

공정에서의 원가 절감은 세척 시 PCB

를 drip-off함으로써 우선적으로 실

현될 수 있다.

One-chamber Spray-in-air 장

비, Existing pipes, Spray bar,

Pump와 같은 Batch 장비는 세척과

린스 공정에 사용된다. 장비의 dead

volumes로 인한 세척제의 강제 drag-

out은 공정비용에 영향을 미치는데,

drag-out은 장비 구조뿐 아니라 세척

될 PCB 모양에 따라 차이가 있다. 어

셈블리 구조는 변경될 수 없기 때문에

원가 절감의 주용 방법은 사실상 drip-

off 시간이다.

또한 배기 장치를 제외한 Inline 장

비의 가장 중요한 원가 동인은 세척액

이 린스존으로 drag-out된다는 점이

다. 적절한 형태의 air knives는 비용

절감의 잠재적 전제 조건이 된다.

2. 요소비용 : 부속장치

세척장비의 부속장치에 대해, 연구

결과는 공정 운영비용이 프로세싱,

drag-out, 배기로 인해 발생한다는

것을 보여준다. 세척기의 부속장치는

세척기 타입에 따라 다르다(표 2).

• 초음파 Benchtops에서는 세척이

나 물이 treated 되지 않기 때문

에, ‘세척기의 부속장치’가 적용되

지 않는다.

• 단일 Spray-in-air 장비와 같은

Batch 공정의 가장 큰 원가 동인

은 린스에 사용되는 Di-water이

다. 이온 교환 장치는 Di-water

사용에 매우 유용하다. 비용은

closed loop에서의 세척액 프로세

싱에 의해 발생된다.

• 대량 생산을 위한 Inline 공정에서

부속 장치 비용은 전체 공정의 비

용에 큰 영향을 미친다. 장비의 배

기 시스템을 통한 증발 손실량이

주요 원인이다.

이 외에 배기가스 온도와 스프레이

노즐의 atomization도 결정적 요인이

다. 조사는 또한 세척액과 rinse water

의 treatment cycle을 통해서도 비용

절감이 가능하다는 것을 보여준다.

또한 상기 세척 공정의 에너지 소비

및 유지 보수비용을 조사해 보면, 세척

과정에서 세척기 부속장치에서 발생하

는 운영비용 이외에 에너지 소비 및 설

비 보수를 위한 결과는 다음과 같다.

Ultrasonic benchtop process Batch process, e.g. one-chamber spray-in-air equipment Inline process

•Not available

• Deionized water treatment (e.g. actived carbon, mixed

bed resin)

• Processing of the cleaning medium (filtration)

•Machine exhaust

• Deionized water treatment (e.g. actives carbon, mixed

bed resin)

•Processing of the cleaning medium (filtration)

표 2. 세척기에 따른 부속 장치

그림 3. 각 기기 부품과 운영비용의 관계

Schwingwanne Batch-Anlage Inline-Anlage

Energiekosten

Wartungskosten

Personalkosten

35표면실장기술 | 2014•6

Cost advantages Cost disadvantages

Solvents+ long bath life

+ short process times

- high evaporation losses

- expensive exhaust treatment

- explosion producted equipment required

Traditional surfactants+ low evaporation losses

+ low application concentrations

- short bath lives, thus expensive bath changes

needed

Modern, water-based cleaners, e,g, MPC® media

+ low application concentrations

+ long bath life

+ low evaporation losses

- filtration for enhanced bath life required, thus

costs for filter changes, etc.

표 3. 운영 과정의 고려 비용

3. 요소비용 : 에너지 소비와 장비

유지비

세척 공정에 따라 운영비용 또한 크

게 달라질 수 있다(그림 3). 최소 생산

량을 위한 초음파 Benchtop 시스템은

최소의 운영비용이 소요된다. 세척조

를 heating하는 데에 상대적으로 적은

적기가 필요하고, 압축공기 또는 건조

를 위한 비용이 들지 않기 때문이다.

반면에 세척, 린스, 건조와 같은 모

든 공정 단계가 수동으로 이루어지기

때문에 작업자 비용이 운영비용의 상

당 부분을 차지한다. 게다가, 세척조의

크기가 작고 필터링 장치가 없어 세척

액 교환 주기가 짧다.

Batch 타입의 장비에서는 세척액이

나 린스에 사용되는 Di-water가 매번

heating 되어야 하므로 전체 세척조에

많은 열이 필요해, Benchtop보다 많은

전기 비용이 든다. 또한 각 린스 공정

후 물을 배출하는 데 있어서도 비용을

소요한다.

Batch 장비 공정은 주로 자동화 시

스템이기 때문에 작업자의 임무가

loading, unloading, 장비 관리뿐이

다. 필터 장치와 같은 세척액 통합

treatment 공정은 세척액의 수명을

최대화시키므로 세척액 교환 주기가

Benchtop 시스템에 비해 매우 길다.

연구 결과에 따르면, Inline 장비의 물

소비량과 압축 공기는 전체 공정비용에

가장 많은 영향을 미쳤다. 일반적으로

이러한 closed-loop circulation 시스

템과 린스에 사용된 물 처리 비용이 더

많았으며, 대부분의 Inline 시스템은 최

적의 공정을 위해 세척할 부품이 없는

시기에도 지속적으로 가동돼야 한다.

때문에 에너지 소비가 발생하게 되

며 세척조의 circulation, heating, 배

기 시스템이 린스 단계 후와 건조 단계

전에 끊임없이 가동된다. Inline 시스

템의 연속 가동으로 인해, 상대적으로

높은 유지 보수비용이 발생하게 되지

만, 완전히 통합된 생산 라인이므로 상

대적으로 작업자 비용은 적게 든다. 또

한 단일 사용자에 의한 작업과 모니터

링이 가능하다.

연구 결과를 요약하면, 운영비용은

산출량과 장비의 크기에 따라 증가할

수 있으며, 작업자 비용은 세척 공정의

자동화가 이루어질수록 적게 든다. 또

한 Immersion 시스템과 Spray 공정은

세척 시에만 비용이 드는 반면, Inline

시스템은 세척시간 이외에도 프로세스

가동을 통해 비용이 발생했다.

따라서 세척장비와 관련된 총 비용

을 신중히 고려해 적절한 세척 공정을

선택해야 한다.

4. 요소비용 : 세척액

업계에서는 주로 알코올, 기존 계면

활성제, 수용성 세척제 등 세 가지 유

형의 세척제를 전자 어셈블리 세척에

사용한다. 새로운 세척장비를 구입하

고 탱크기가 처음 세척액으로 채워질

때, 기업들은 주로 리터당 세척제 가격

에 초점을 두는데 이는 잘못된 판단이

며 총괄적인 세척제의 가격을 결정하

는 요인이 될 수 없다.

예를 들면 bath life는 세척제의 교환

주기에 따라 달라지는데 이는 리터당

세척제 단가가 중요한 것이 아니라 세

척제의 사용수명이 얼마나 연장될 수

있는지가 중요함을 보여준다.

각각의 화학적 특성에 근거하여, 세

가지 유형 세척제의 비용적인 이익과 손

해를 세척 공정을 통해 설명한다(표 3).

대부분의 솔벤트는 휘발성이 우수하

기 때문에 세척 수명이 길고 공정 리드

타임이 짧다(그림 4). 그러나 막대한 증

발 손실, 방폭 장치 설치 등에 따른 비

용적 손실은 초기 투자에 영향을 미치

며, 필터 시스템과 배출 공기를 위한

비용이 들기도 한다.

Tech Focus

국내 연구진이 새로운 물질의 물 전기분해용 촉매인 망간포스페

이트를 개발했다. 업계에서 수소 생산을 위해 주로 사용하는 백금

은 높은 생산 비용이 상용화의 한계점으로 작용해 왔다. 망간포스

페이트 화합물은 매장량이 충분한 망간을 기반으로 해 가격 경쟁력

을 높였으며, 향후 수소 연료전지 상용화에 크게 기여할 것으로 전

망된다. 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어사업의 일환

으로 추진하는 ‘멀티스케일에너지시스템 연구단’(단장 최만수 교

수) 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 화학분야 권위지 미국 화학

학회지(Journal of the American Chemical Society)에 게재됐다.

연구진은 “망간포스페이트는 전이금속 기반 촉매 디자인의 새로

운 지평을 열었으며, 물 전기분해·연료전지·이차전지 등 광범위

한 분야에 응용될 것”이라며 “특히 일상생활과 산업 전반에 다양하

게 존재하는 전자소재 및 전기화학반응의 촉매로서 응용·적용하

려는 연구 개발이 활발히 일어날 것으로 보인다”고 말했다.

미래부

수소 상용화 앞당길 저비용·고효율 촉매 개발

<<< NEWS

36

기존의 계면 활성제는 이러한 문제

를 발생시키지 않는다. 또한 낮은 단

가에 판매가 가능하며 낮은 농도의 적

용이 가능 하다.

그럼에도 불구

하고 bath life가

매우 짧아, 빈번

한 bath 교체가

필요하며 결국 매

우 높은 세척액

소모를 야기한다

(그림 3).

반면에, 수용성

세척액은 보다 긴

bath life를 갖는

다(그림 4). 또한

낮은 농도의 액으

로도 세척이 가능

하고, 증발 손실

이 솔벤트에 비해

거의 없다. 세척

장비에 필터링 장

치를 추가함으로

써 더 긴 bath life

를 얻을 수 있다.

이와 같이 어떤 세척제를 선택하느

냐에 따라 비용 효과를 극대화할 수 있

으며, 특정 오염물질 제거 및 최적의

세척 결과를 얻을 수 있다.

요약

세척 부품당 비용을 절감하기 위해

서는, 모든 원가 동인과 파라미터가 동

일해야 한다. 그러므로 이 글에서는 근

본적인 부분만 언급했다.

이전에 언급된 기술 연구 결과는 어

셈블리 세척 동안의 생산량을 통해 근

본적인 장비 선택 기준을 나타내고 있

다. 비용 절감의 극대화를 위한 구체적

인 방법 제시는 어렵지만, 에너지 소비

와 유지보수 비용이 장비 선택에 의해

크게 좌우될 수 있음을 보여준다.

세척 공정이 개선되면 세척액, 장비,

세척 공정 파라미터는 하나의 비용 요

인으로 작용하게 되며 최적화될 것

이다.

또 이러한 세 가지 요인은 특히 Ba-

tch 공정과 Inline 공정에서 비용 절감

에 크게 기여할 것으로 보인다.그림 4. Bath life 비교

Konzentration

C

Konzentration

C

t1Badwechsel

t1Badwechsel

t2Badwechsel

t3Badwechsel

Lo‥semittel

Herko‥mmliche Tensidreiniger

Moderne wa‥ssrige Systeme

Beladungskurve

t2Badwechsel

Konzentration

C

CE

krit

Zeit

t

Zeit

t

Zeit

t

CE

krit

CE

krit

Beladungshrenze

CE krit

Austausch des

Reinigungsbades

Beladungshrenze

CE krit

Austausch des

Reinigungsbades

Beladungshrenze

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