"프로토타입은 잘 작동했는데 양산에서 문제가 생겼어요." 제조업에서 가장 흔하게 듣는 말 중 하나입니다. 프로토타입에서 양산으로 넘어가는 과정은 생각보다 복잡하고, 이 단계에서 많은 프로젝트가 지연되거나 실패합니다.
오늘은 전자제품의 프로토타입에서 양산까지 7단계 여정을 상세히 안내해 드리겠습니다.
단계 1: 개념 설계 및 요구사항 정의
모든 것의 시작입니다. 이 단계에서 명확하지 않으면 이후 모든 단계가 흔들립니다.
정의해야 할 핵심 요소
- 기능 요구사항: 제품이 무엇을 해야 하는가?
- 성능 사양: 어떤 수치를 달성해야 하는가?
- 환경 조건: 어디서 사용되는가? (온도, 습도, 진동)
- 수명 목표: 얼마나 오래 작동해야 하는가?
- 규격 인증: CE, KC, UL 등 필요한 인증
- 목표 원가: 양산 시 단가 목표
- 일정: 언제 양산을 시작할 것인가?
💬 Hommer Zhao의 조언
"이 단계에서 고객사와 충분히 대화하세요. '나중에 정하자'고 미루면 양산 직전에 설계 변경이 생기고, 그때 변경 비용은 10배 이상입니다. 특히 인증 요구사항은 초기에 확정해야 합니다."
단계 2: 회로 설계 및 시뮬레이션
개념이 정의되면 전자회로 설계가 시작됩니다. 현대 설계는 실제 제작 전에 시뮬레이션으로 많은 것을 검증합니다.
회로 설계 과정
- 회로도 작성: 부품 선정, 회로 구성
- 시뮬레이션: SPICE, Signal Integrity 분석
- 부품 확보: 리드타임 확인, 대체 부품 선정
- 설계 검토: DFM(제조 용이성 설계) 고려
PCB 레이아웃
- 부품 배치 최적화
- 배선 규칙 준수
- EMC 고려한 설계
- 열 관리 설계
- 테스트 포인트 배치
⚠️ 주의: DFM은 처음부터!
"일단 작동하게 만들고 나중에 양산용으로 수정하자"는 접근은 위험합니다. 양산 불가능한 설계를 수정하려면 처음부터 다시 설계해야 할 수도 있습니다.
단계 3: 프로토타입 제작 (EVT)
EVT(Engineering Validation Test)는 설계가 의도대로 작동하는지 검증하는 단계입니다. 이때 제작되는 프로토타입은 대량 생산 방법이 아닌 신속 시제품 방식으로 만들어집니다.
EVT 수량
- 일반적으로 5~20개 제작
- 수작업 조립이 많음
- 외관보다 기능 중심
EVT에서 검증할 항목
- 기본 기능 작동 확인
- 전기적 성능 측정
- 발열 및 전력 소모
- 펌웨어 동작 확인
- 주요 부품 호환성
🔧 EVT 프로토타입 비용 팁
EVT 단계에서는 정식 금형이 아닌 3D 프린팅이나 CNC 가공으로 케이스를 제작하세요. 금형 비용을 아끼고, 설계 변경 시 유연하게 대응할 수 있습니다.
단계 4: 설계 검증 (DVT)
DVT(Design Validation Test)는 제품 설계가 모든 요구사항을 충족하는지 종합적으로 검증하는 단계입니다. EVT에서 발견된 문제를 수정한 후 진행합니다.
DVT 수량
- 일반적으로 50~200개 제작
- 양산과 유사한 공정 적용 시작
- 외관 품질도 고려
DVT 시험 항목
| 시험 분류 | 세부 항목 |
|---|---|
| 환경 시험 | 온도 사이클, 습도, 열충격 |
| 기계 시험 | 진동, 충격, 낙하 |
| 전기 시험 | EMC (방사, 전도, 내성), ESD |
| 신뢰성 시험 | 수명 시험, 가속 노화 |
| 안전 시험 | 절연저항, 내전압, 접지 |
단계 5: 생산 검증 (PVT)
PVT(Production Validation Test)는 양산 라인에서 제품을 생산할 수 있는지 검증하는 단계입니다. 설계는 고정되고, 제조 공정을 최적화합니다.
PVT 수량
- 일반적으로 500~2,000개 제작
- 양산 라인에서 제작
- 양산과 동일한 부품/공정
PVT에서 확인할 항목
- Yield(수율): 목표 수율 달성 여부
- Cycle Time: 생산 택트 타임
- Cpk(공정능력지수): 공정 안정성
- 작업 표준: 작업 지침서 완성
- 검사 기준: 합격/불합격 기준 확정
💬 Hommer Zhao의 현장 경험
"PVT에서 가장 많이 발견되는 문제는 '기계가 못 잡는 부품'입니다. 설계자가 선택한 부품이 SMT 장비에 맞지 않아 수작업으로 조립해야 하는 경우가 많아요. 이런 건 EVT 때 미리 제조사와 상의했으면 피할 수 있는 문제죠."
단계 6: 양산 이행 (MP Ramp-up)
PVT를 통과하면 본격적인 양산(Mass Production)이 시작됩니다. 초기에는 생산량을 점진적으로 늘려가며 안정화합니다.
Ramp-up 일정 예시
| 주차 | 생산량 | 목표 |
|---|---|---|
| 1주 | 일일 100대 | 공정 안정화 |
| 2주 | 일일 300대 | 수율 95% 달성 |
| 3주 | 일일 500대 | 택트 타임 안정 |
| 4주+ | 풀 캐파시티 | 정상 양산 |
양산 초기 관리 포인트
- 불량률 일일 모니터링
- 작업자 숙련도 향상
- 부품 공급 안정화
- 설비 가동률 최적화
- 출하 검사 강화
단계 7: 양산 유지 및 개선
양산이 안정되면 지속적인 개선과 원가 절감 활동이 이어집니다.
지속적 개선 활동
- VA/VE: 가치 분석/가치 공학으로 원가 절감
- 공정 개선: 작업 효율화, 자동화 확대
- 부품 대체: EOL(단종) 부품 대체, 로컬 소싱
- 품질 향상: 필드 불량 피드백 반영
📊 양산 후 KPI 관리
- PPM: 불량률 (Parts Per Million)
- DPPM: 필드 불량률 (Defective PPM)
- OTD: 납기 준수율 (On-Time Delivery)
- Yield: 생산 수율
- Cost: 단위 원가 추이
단계별 소요 기간 가이드
| 단계 | 일반 소요 기간 | 주요 변수 |
|---|---|---|
| 개념 설계 | 2~4주 | 요구사항 명확성 |
| 회로 설계 | 4~8주 | 복잡도, 부품 리드타임 |
| EVT | 4~8주 | 반복 횟수 |
| DVT | 6~12주 | 인증 시험 기간 |
| PVT | 4~8주 | 금형 제작 기간 |
| MP Ramp-up | 2~4주 | 생산량 규모 |
흔한 실패 원인과 예방법
❌ 실패 원인 1: 불명확한 요구사항
증상: 개발 도중 계속되는 스펙 변경
✅ 예방: 착수 전 요구사항 문서 동결, 변경 관리 프로세스 수립
❌ 실패 원인 2: DFM 미고려
증상: "프로토는 되는데 양산이 안 돼요"
✅ 예방: 설계 초기부터 제조사 참여, DFM 리뷰 필수
❌ 실패 원인 3: 부품 수급 문제
증상: 핵심 부품 리드타임 12주, EOL 통보
✅ 예방: 2nd Source 확보, 장기 공급 계약, 단종 모니터링
❌ 실패 원인 4: 인증 실패
증상: EMC 테스트 불합격으로 출시 지연
✅ 예방: 사전 EMC 시뮬레이션, 예비 테스트 진행
결론
프로토타입에서 양산까지의 여정은 마라톤과 같습니다. 각 단계를 충실히 진행해야 성공적인 양산에 도달할 수 있습니다.
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