군용 PCB 신뢰성 보장…부품 국산화에 달렸다
부품국산화시 수리비용 절감효과 또한 뛰어나

군용 부품의 경우 일반 PCB보다 높은 수준의 신뢰성을 요구한다. 이와 관련 전자제품의 트렌드상 단종되는 주기가 빨라
결함 발생시 신뢰성을 어떻게 보장할지에 관한 문제가 지속적으로 제기되고 있다.
공군에서는 90년대 후반부터 부품의 국산화를 통한 신뢰성 보장을 장기적인 목표로 자체 보급능력 확보에 힘쓰고 있다.
본지는 공군 항공기술연구소 이호용 소령이 ‘군 항공용 전자제품 사용 환경 및 PCB 신뢰성 요구사항’이라는
주제로 발표한 내용을 정리했다.

임재덕 기자(smted@hellot.net)




최근 설계 수명 사이클이 지난, 즉 수명이 다한 후의 전자제품에 대한 신뢰성 보장 방안이 세계적으로 큰 이슈로 떠오르고 있다.
물론 구조적인 부분은 보강할 수 있다. 하지만 전자제품의 경우에는 동일한 소자 혹은 부품으로 교체해야 하는데, 전자제품의 트렌드상 단종되는 주기가 빨라 단종된 부품을 찾기가 쉽지 않다.
이러한 부분에서 신뢰성을 어떻게 보장할지에 대해 공군이 오랜 기간 고민하면서, 약 10년 전인 90년대 후반부터 부품의 국산화 개발을 통한 자체 보급능력 확보에 힘쓰고 있다.
우선 공군의 항공기술연구소에 대해 간단히 소개를 하려 한다.

항공기술연구소 : 2과 5실 구조

항공기술연구소는 기본적으로 연구기획과와 계획운영과로 나누어지며, 세부적으로 항공기 수명관리실, 정비기술 개발실, 부품 개발평가실, 시험분석실, 항전/탄약신뢰성연구실의 5실로 구분된다.
항공기 수명관리실에서는 공군이 운영하는 항공기의 운용도에 대한 분석 및 사용 수명을 평가한다.
구체적으로 설명하면 항공기의 수명은 항공기가 평소 어떻게 관리되고, 공중에서 어떠한 운행을 했는지에 따라 달라지는데, 이 이력은 항공기에 장착된 센서 및 시스템을 통해 획득한 후 수명 파악에 사용한다. 이 외에 군수정책수립 지원, 장기 운영 항공기 구조 안전성 평가도 시행 중이다.
정비기술 개발실은 항공기 TO 범위를 벗어난 수리행위에 대한 개발을 주로 한다.
일반적으로 항공기를 수입해 올 때 그에 따르는 검사 기준서를 함께 구입해, 기준서의 기준대로 수리한다. 하지만 수리 한계를 벗어난 부분에 대해서는 제작사에 요청하거나 해당 부품을 제외하고 새로운 부품을 사용해야 하는데, 이렇게 할 경우에는 수리비용이 과도하게 사용된다. 이 부분이 앞서 말한 것처럼 부품의 국산화를 도모하는 이유 중 하나이다.
부품 개발평가실은 부품 국산화 개발시험평가를 주 업무로 한다.
국산화의 경우 부품 단가 기준으로  1억 원 미만일 경우에 각 군에서 자체적으로 진행하며, 부품 개발평가실에서 1억 원 미만 부품의 신뢰성 평가를 진행한다.
만약 부품 단가 기준 1억 원 이상일 경우에는 방위사업청과 기술품질원 주관으로 국산화 부품에 대한 평가를 진행한다.
시험분석실은 항공기 주요 결함에 대한 손상원인 등 정밀 결함 원인 분석을 주로 하며, 항공부품 재료 특성 및 표준 시험절차 연구·적용, 항기소 각 실 및 예하 부대 물리·화학 시험분석 기술지원, 그리고 국제 공인시험 인정기관 유지 관리 등을 한다.
마지막으로 항전/탄약신뢰성연구실은 2014년 1월 1일부로 신설되었으며, 항공전자/무장시스템(부품)의 주요결함 원인분석 및 항공탄약 악작용 분석 등을 처리한다.
이 외에 탄약에 대해서도 신뢰성 평가를 한다. 예를 들자면 탄약이 10년 수명 주기를 갖고 있을 때, 10년이 되는 해에 테스트를 통해 추가적으로 5년을 더 사용할 수 있는지 탄약 신뢰성 평가를 수행하는 것이다.

부품국산화 개발 및 신뢰성 확보 절차

1. 국산화 개발품 신뢰성 확보 절차
국산화(역설계) 개발품에 대해 신뢰성을 확보하기 위해서는 부품 수준과 어셈블리·시스템 수준 등 크게 2가지로 나누어 볼 수 있다.
부품 수준을 기준으로 보면 핵심은 신뢰성 있는 부품 제조업체(QML, Qualified Manufacturer Lists)의 신뢰성 있는 부품(QPL, Qualified Product Lists)을 사용하는 것이다. 이것만 준수해도 기본적으로 50% 이상 품질이 보장된다.
하지만 이럴 경우에도 문제점이 따르는데, 시중에서 구매할 수 없는 소자의 경우에 신뢰성은 어떻게 평가할 것이며, 고유소자(OEM Parts) 제작사에서만 스펙을 가지고 있는 부분에 대한 신뢰성은 또 어떻게 평가할 것인지 부분이다.
더불어 PCB는 한번 생산라인을 끝내고 나면 개별적으로 구매할 수 없다. 예를 들면 우리나라에 10개의 PCB가 필요할 때 그 제작사에 10개의 PCB를 생산해 달라고 신청할 수 없다. 이런 경우에 PCB에 대한 신뢰성 판단은 어떻게 할 것인가?

2. 부품 국산화 개발 절차
일반적으로 부품 국산화는 군 운용 장비에 사용되는 부품과 동일한 품목을 생산하거나, 그 이상의 성능과 기능을 발휘할 수 있는 대체품을 생산하는 것을 말한다.
앞서 설명한 것과 같이 전력화가 완료된 장비·물자의 부품 중 외자조달실적 단가 1억 원 미만의 구성품·결합체·부분품에 대해 각 군에서 진행한다.
부품국산화에 대한 개발 절차는 다음과 같다(그림 1).



군·항공용 고신뢰 PCB  요구사항

우선 고부가 PCB 제작을 위해서는 다음과 같은 요구사항을 만족해야 한다.
· 좋은 재료의 선택
· 인증된 PCB 제작자
· PCB 공급자 모니터링
· 지속적인 품질관리
그렇다면 고신뢰성을 요구하는 군용·항공기용 PCB는 어떠한 기준을 충족해야 할까?
군용 PCB 환경 중 가장 가혹하다는 정밀유도무기·폭탄에 들어가는 PCB의 신뢰성 확보 요구조건을 살펴보자.
정밀유도무기·폭탄에 사용하려면 제조부터 목표물에 적중할 때까지 총 7단계에서 모두 만족할만한 신뢰성을 보장해야 한다.
· 제조공장의 환경
· 수송시 환경
· 저장 환경
· 비행대기선 환경
· 작전시 환경
· Free Flight시 환경
· 목표물에 적중시 환경
이 모든 환경을 만족시켜야 신뢰도를 판단할 때 환경적인 요구를 만족했다고 보증할 수 있다. 또한 정밀유도무기·폭탄의 경우에는 저장기간이 총수명의 99%를 차지하며, 사용시 극한환경하에서 높은 신뢰성을 요구한다는 특징이 있다. 따라서 일반 전장용 PCB보다 높은 신뢰도를 요구한다.
군용·항공기용 PCB 운용환경을 보면 일반적으로 어셈블리 레벨에서 민간용 항공기는 RTCA/DO-160을 준수해야 하며, 군용 항공기는 MIL-STD-810을 만족해야 한다. 더불어 항공, 온도, 충격, 가속도, 진동, 습도, 열 충격, 폭발환경 등의 환경하에서도 작동을 보장해야 한다. 아래 주요 RTCA/DO-160과 MIL-STD-810 내용을 정리했다(표 1).



1. 군용 PCB 요구규격
고신뢰성을 요구하는 군용 PCB 제작시 참고할 수 있는 주요 요구규격은 다음과 같다.
· MIL-P-50884 “Printed Wiring Board, Flexible or Rigid Flex, General Specification”
· MIL-PRF-30132/1C “Printed Wiring Board, Rigid, Multilaye-red, Thermosetting Resin Based Material, with or without Blind and Buried Plated-Through Holes, for Soldered Part Mounting”
· MIL-PRF-30132/6A “Printed Wiring Board, Rigid, Single and Double Sided, Thermoplas-tic Resin Based  Material, with or without Plated-Through Holes, for High Frequency Applications”
· IPC-2221 “Generic Standard on Printed Board Design”
· IPC-2222 “Sectional Design Standard for Rigid Organic Printed Boards”
· IPC-A-600 “Acceptability of Printed Boards”
· IPC-TM-650 “Test Methods Manual”
· IPC-9252 “Requirements for Electrical Testing of Unpopula-ted Printed Boards”
· J-STD-003 “Solderability Tests for Printed Boards”

군용 PCB 신뢰성 향상  추진계획

현재 공군에서는 군용 PCB의 신뢰성을 향상하기 위한 많은 노력을 기울이고 있다.
단기적인 목표는 단종품이나 신뢰성 테스트 위주로 군용 PCB 신뢰성 요구도를 제정하는 것이고, 장기적으로 보면 공정, 생산품, 공급업체 품질 보증 등 한국형, 국내에 최적화된 군용 PCB 신뢰성 요구도를 제정하는 것이다.
현재 공군은 제작국 수출통제 및 기술이전 제한을 극복하려고 노력하고 있다. 또한 F-16의 경우 160개 정도 생산됐을 정도로 방공품목을 소량 생산하는 상황에서, 소량 개발에 따른 경제성 확보를 위해 노력하고 있다.