배경

`19년 당사의 비즈니스 목표(고객 품질 10% 개선)가 상향 조정됨에 따라 주력 사업 을 중심으로 고객 불만의 발생 빈도가 높은 사업에 대한 품질개선 활동의 필요성이 제기 되었다.

주제

전기전자 제어기는 유도무기의 4축 날개를 구동/제어하는 장치로 `14년 양산을 시작 하였으며 `17년 당사에서 가장 많이 생산하는 품목으로 특히 `18년 생산량이 120% 급증한 당사의 주력 사업이다. 그림1은 당사로 접수된 고객불만 현황을 나타낸 것으로 `19년 전기전자 제어기는 42건(22%)로 당사에서 가장 높은 고객 불만을 보이고 있어 전기전자 제어기의 고객 불만을 감소시키는 것을 최우선 품질개선 과제로 선정하게 되었다.

현상 파악

개선대상 명확화

`19년 전기전자 제어기의 고객불만 43건에 대한 부적합품 유형은 그림2와 같다. 부적합품의 88%를 점유하는 “부품불량”, “증상재현 안됨”, 그리고 고객불만 발생 빈도는 낮았지만 LOT성 결함인 “작업불량”을 중점개선 항목으로 선정하였다. 부품불량은 부품 종류별로 세분화하여 빈도가 높은 탄탈 커패시터(66%), 유리형 다이오드(22%)를 개선과제로 우선순위화 하였다.

전기전자 제어기 부적합품 현상

탄탈 커패시터 소손

탄탈 커패시터는 순간적인 전압을 안정화할 목적으로 사용되며 그림3, 그림4와 같이 커패시터 소손 발생이 발생하면 전기전자 제어기 전원입력(28V) 고장 등 QAR(Quality Assurance Requirement)의 성능요구 조건을 충족하지 못하는 현상이 발생한다.

유리 형 다이오드 Crack

유리형 다이오드는 모터의 아날로그 신호를 디지털신로로 변환하는 회로의 전압을 일정하게 공급하기 위해 사용되는 부품이다. 표면이 유리(glass)로 되어 있는 것이 특징이며 전기전자 제어기 납품 후 고객 입고검사 시 다이오드 표면에 Crack이 발생할시 홀센서 신호불량 등 QAR의 요구 조건을 충족하지 못하게 된다.

증상재현 안됨

이 항목은 고객사 구동 제어기 조립체에서 성능검사 시 부적합한 현상이 나타나지만 전기전자 제어기 단일 품목으로 성능검사 시 부적합한 현상이 나타나지 않는 것을 말한다. 이렇게 고객사에서 발생된 부적합 현상이 재현이 되지 않게 되면 부적합 현상에 대해 적절한 기술검토를 수행할 수가 없고 적합한 시정조치 수행에 어려움이 따른다.

작업불량(볼트풀림 및 누액)

전기전자 제어기의 최종 조립공정으로 하우징, 덮개 및 내부 회로카드를 고정시키기 위해 체결 부위 24개소에 대해 록타이트 주입 및 볼트를 체결 작업을 수행한다. 그런데 록타이트 누액에 따른 외관불량 및 고객사 진동시험 후 볼트가 풀리는 현상이 발생하였다.

원인분석 및 대책 실행

탄탈 커패시터 소손

원인 분석

그림7은 토션바 형상이며 0도~25도의 비틀림에 의해 부하를 발생시키는 장치이다. 토션바의 4축 작동 후 반대 방향으로 복원될 때 역기전력 약 42V가 발생되는데 해당 부품의 제조사에서 권장 내전압 31V보다 약 30% 높은 전압이 발생하여 탄탈 커패시터를 소손시킨다.

개선 실행

성능시험장비에서 발생되는 역기전력을 줄이기 위해 성능시험장비의 토션바 운동 에너지를 기존 10N·m에서 9.3N·m로 7% 감소 되도록 고객에게 제안하였다. 이로 인해 역기전력 발생을 최소화할 수 있었으며 탄탈 커패시터 소손 빈도 또한 감소시켰다.

유리 형 다이오드 Crack

원인 분석

전기전자 제어기의 하우징과 PCB Ass`y의 연결기 볼트 체결 시 그림8의 오른쪽과 같이 볼트체결 반대(하우징) 방향으로 0.35mm 만큼 인쇄회로기판(PCB)을 당기는 현상(인장력)이 발생된다. 이로 인해 이 연결기에 인접한 유리형 다이오드는 일정 시간 후 누적 스트레스로 인해 Crack이 발생한다.

개선 실행

연결기 작업은 그림9 오른쪽과 같이 회로카드와 작업치구를 조립하고 연결기 높이를 일정하게 유지한 상태에서 PCB 후면수납땜을 통해 연결기 Lead 높이를 고정하는 작업이다. 여기서 연결기의 Lead 높이를 결정하는 것은 작업치구의 연결기 접촉면이다. 인쇄회로기판의 당김 현상을 완화시키기 위해 이 작업치구 접촉면의 깊이를 기존보다 0.35mm 더 깊게 가공하였으며 이로 인해 연결기 Lead 당김 현상 및 다이오드 Crack 현상을 감소시켰다.

증상재현 안됨

원인 분석

전기전자 제어기는 구동기 조립체와 결합해 구동제어기 조립체가 된다. 그런데 고객사에서는 구동제어기 조립체 상태에서 성능검사를 실시하고 당사는 제어기 조립체 상태에서 성능검사를 수행하게 된다. 따라서 표1과 같이 검사 조건이 상이하기 때문에 고객사에서 나타나는 부적합품 현상이 당사에서는 재현되지 않는 현상이 발생한다.

개선 실행

증상재현이 되지 않는 고객 불만품의 증상재현을 위해 관계사를 통해 구동기 조립체를 확보하였다. 또한 그림10과 같이 구동 제어기 조립체 성능 검사를 위한 프로그램을 설계하고 관련 케이블을 제작하였다. 그리고 고객과 동일한 온도시험 조건을 파악하여 온도시험절차서 제정하고 적용해 동일한 부적합 현상을 재현 가능하도록 그림11과 같이 검사환경을 구축하였다. 이로 인해 적절한 기술검토가 이루어졌고 이에 맞는 적합한 재작업(Rework)을 통해 “증상재현 안됨” 발생 빈도를 낮출 수 있었다.

작업불량(볼트 풀림 및 누액)

원인 분석

볼트 풀림 및 누액 현상은 두 가지의 원인에 의해 발생하였다. 첫째, 그림 12와 같이 균일하지 않는 록타이트량은 볼트 풀림 및 누액 현상을 초래하였고 둘째, 그림13과 같이 크기가 작은 볼트에 록타이트를 주입하면 작업용 장갑을 오염시켜 외관불량의 가능성을 증가시켰다.

개선 실행

록타이트량을 일정하게 분사시킬 수 있는 장비인 디스펜서를 도입하였고 이 장비에 분사되는 록타이량을 최적화하기 위해 3인자 2수준 반복 2회 총 16회 실험을 수행하였다. 이를 위해 최적값(바늘두께: 20G, 주입압력: 4kgf/㎠, 주입시간: 0.03sec)을 적용하였더니 볼트풀림 및 누액 현상이 나타지 않았다. 또한 그림14,15와 같이 록타이트 주입 대상을 크기가 작은 볼트가 아닌 하우징에 주입함으로써 하우징 외관에 록타이트가 묻는 외관불량 발생 가능성을 제거하였다.

결론

본 사례는 특정 사업의 주요 부적합 유형을 중심으로 활동한 자료로 타 업종 적용에 한계점이 존재한다. 하지만 방위산업에서 전기전자 구성품을 제작하는 협력회사의 제조 및 검사공사에서 유사한 현상이 발생 가능하다고 판단하였다.

본 사례에서 언급된 부적합 현상을 예방하기 위해 네 가지 조치가 필요하다. 첫째, 시험장비의 역기전력에 의해 소손되는 탄탈 커패시터 예방을 위해 제품 설계시 전원 단에 사용되는 커패시터는 제조사 권장 내전압의 2배 이상을 확보하는 것이 좋다.

둘째, 유리형 다이오드 Crack 예방을 위해 충격에 취약한 전자부품은 적용하지 않는 편을 권장한다. 부득이하게 적용해야한다면 부품 보관 및 취급뿐만 아니라 볼트 체결 시 조립성에 의한 부품 Crack 영향성에 대해 동시에 고려해야 한다.

셋째, 볼트 풀림 및 누액 예방을 위해서는 작업표준에 록타이트량이 명시되어있다 하더라도 디스펜서 장비를 이용해 균일한 록타이트량을 주입하도록 하여야한다. 록타이트 주입량이 부족하면 볼트가 풀릴 우려가 있고 주입량이 과다하면 볼트 틈새의 잔여 록타이트로 인해 외관불량을 초래할 수 있다.

넷째, 전기전자 구성품의 증상재현 안됨 현상을 감소시키기 위해 고객 검사 조건에 입각해 적용 가능한 검사장비 및 프로그램 등 물적 자원을 투자해 증상재현이 되지 않는 고객불만품을 해결하는 하는 것이 좋다. 물적 자원 투자로 인해 추가비용이 발생될 수는 있으나 반복되는 증상재현의 문제점을 해결할 수 있다. 이는 즉 실패비용 절감을 통한 투자금액을 상쇄를 의미한다.