반도체 장비의 전장설계 실무에 대해서

반도체 장비의 전장설계 실무에 대해서 알아봅시다.

*GPT의 대답과 그에 따른 개인적인 코멘트 형식으로 본 게시물을 작성하였습니다.

반도체 장비 전장설계는 반도체 제조 공정에 필요한 장비의 전기 및 제어 시스템을 설계하는 역할을 맡습니다. 실무에서 수행하는 주요 업무는 다음과 같습니다.

1. 회로 설계 및 도면 작성

전장설계의 핵심으로, 장비에 필요한 전기 회로를 설계하고 이를 도면으로 작성합니다. CAD 프로그램(예: AutoCAD Electrical)을 사용해 배선도, 제어판 설계도, 배치도 등을 그립니다.

코멘트 : 먼저 컨셉 설계 단계에서는 Block diagram으로 장비의 I/O(입출력) 구상, 케이블 구성, 센서,액츄에이터 선정을 합니다.
이어서, 상세 설계 단계에서는 I/O configruation 설계하고, 케이블의 커넥터, 와이어, 배선 등을 고려한 하네스 설계를 합니다.
그리고 동시에 해당 부분을 Schematic으로 옮기는 작업이 회로 설계의 업무 흐름이겠지요.


2. 배선 및 배선 레이아웃

전장 설계가 완료된 후, 실제 장비에 전기 배선을 하고 배선의 위치와 흐름을 최적화합니다. 전기적 간섭을 줄이고 유지보수 용이성을 높이는 배선 방식이 중요합니다.

코멘트 : 이미 위의 설계 단계에서 고려한 케이블의 배선에 대해서 검증하는 단계로 위의 설계에서 검토가 완료되었다면 100% 좋습니다.
배선 검토가 왜 중요한지에 대해서는 나중의 포스팅으로 다뤄봅시다.


3. 전기 부품 선정

장비에 적합한 전기 부품(릴레이, 차단기, 센서, 모터 드라이버 등)을 선정하고, 이를 장비에 최적화된 위치에 배치하여 설계합니다.

코멘트 : 컨셉 설계 단계에서 완료해야 할 업무입니다. 기구 설계자와 배치 및 간섭에 대해서 검토를 완료해야 설계가 진행되겠죠.
전기 부품의 선정 및 배치에 대해서도 다음 포스팅 때 다뤄볼 수 있도록 하겠습니다.



4. PLC 및 제어 시스템 설계

장비 제어에 필요한 PLC 프로그램 설계 및 로직 작성도 전장설계의 중요한 부분입니다. PLC 프로그램은 장비의 구동과 제어를 위해 필요하며, HMI(사람-기계 인터페이스)와의 통신 설정 등도 포함됩니다.

코멘트 : PLC 및 제어 시스템 설계 부분은 무척이나 중요한 부분입니다.
컨셉 설계의 I/O 입출력 구상 단계에서, 우리는 PLC의 입출력 포트, 혹은 제어 시스템의 입출력들을 확인하였고, 어떻게 사용할지 설계했습니다. (최소한 NPN,PNP 혹은 접점)
상세 설계 단계에서 해당 신호들을 처리하고 필요하다면 PLC프로그램 혹은 Config를 작성해야합니다.


5. 안전 및 규격 준수

반도체 장비는 안전이 매우 중요하기 때문에 국제 규격(예: CE, UL)을 준수하고 안전 관련 요소를 설계에 반영해야 합니다. 이를 위해 접지 설계, 비상 스위치, 보호 장치 등을 고려합니다.

코멘트 : 반도체 장비의 전장 설계는 안전 및 규격 또한 매우 중요한 업무입니다. 이 역시 설계 과정에서 고려되어야 할 사항으로,
장비의 퍼포먼스 와 안전 설계는 전장 설계의 주안점이 됩니다.
1. 산업 안전 관련하여 SEMI, EMC, CE, UL등 과 같은 산업 규격, 국제 규격에 대한 지식이 필요하며, 설계에 반영되어야 합니다.
2. Safety 관련해서는 위의 설계, PLC등 HW INTERLOCK에 이해가 동반됩니다.

둘 다 방대한 부분이라서, 이 부분도 나중에 포스팅을 다루도록 하겠습니다.

6. 프로토타입 제작 및 테스트

설계한 장비를 프로토타입 형태로 제작한 후, 실제 장비가 제대로 동작하는지 테스트하고 문제점을 찾아 수정합니다. 여기에는 전기적 테스트(예: 절연, 전압 강하 테스트)와 기능 테스트가 포함됩니다.

코멘트 : 상세 설계 이후, 발주, 납품이 된 후
평가에 대한 업무로서 I/O TEST, Function test, 전기적 테스트 등을 수행합니다.
때로는 다양한 계측기로 POWER, Current, Noise, 접지, 저항 등 다양한 테스트를 동반하는 업무이기도 합니다.

7. 문서화 및 유지보수 지원

설계한 회로와 배선의 문서를 체계적으로 관리하며, 이후 유지보수에 필요한 자료를 제공합니다. 문제가 발생했을 때 빠르게 대응할 수 있도록 로그 관리와 점검 매뉴얼도 작성합니다.

코멘트 : 설계된 모든 내용과 자료는 모두 문서화가 되어야 하며, 기본적으로 전장설계에서 주요 도큐먼트는
1. I/O Config/map
2. Electrical schematic , diagram
3. 장비 Parameter sheet
4. 장비 케이블 Routing 관련 자료
입니다.


전장설계자는 전기 공학 지식뿐만 아니라 반도체 장비의 특성과 공정을 잘 이해하고 있어야 합니다. 또한, 팀과의 협업을 통해 기계 설계, 프로그래밍 팀과의 원활한 소통도 중요합니다.

해당 직무의 경력자로서,
전반적으로  GPT의 대답은 만족스럽지만, 이 분야로 취준을하거나 면접을 준비하거나 혹은 입문자에게는 조금 뜬 구름이 아닌가 싶습니다.
실무에 어떤 내용, 어떤 업무들을 수행하는지 조금 더 알려줄 수 있도록 노력해보겠습니다.