이종(異種) 부품 실장 추세 속 대응 프린팅 솔루션 찾기
단차 PCB의 프린팅 솔루션에도 집중               

올해 스크린프린터 시장은 지난해에 비해 위축되었다. 물량베이스의 모바일 업종의 투자가 없었던 게 가장 컸다. 다행히 극소형 부품 및 최첨단 반도체 프린팅 공정용 고사양의 설비요구와 전장, 백색가전에서 신규 설비 니즈가 꾸준하게 나왔다. 어두운 한 해가 예상되지만 서광이 비치는 곳도 있다. 5G 통신과 마이크로LED TV가 그곳이다. 국내 대기업들이 이들 업종에 적극적인 행보를 보이고 있어서 설비투자로 이어질 것으로 기대되고 있다. 특히, 고가의 많은 부품들이 넓은 보드에 실장되는 공정이기에 전용 스프린프린터 니즈가 클 것으로 보고 있다. 여기에 반도체 패키징 업체의 단차 PCB 관련 투자도 예상되고 있다. 현재 양산라인구축이 연기됐지만, 머지않은 시일 내에 구체화될 것으로 보여 프린터 업체들은 눈과 귀를 집중하고 있다.
 

전장, 디스플레이, 5G 중심의 설비 수요 예상 

스크린프린터 업체들은 자동차 전장, 백색가전, 디스플레이, 5G, IoT 및 통신인프라 설비투자에 대해서 긍정적으로 전망했었다. 글로벌 SMT 경기는 반도체 가격하락에 의한 시장 감소, 미-중 무역분쟁, 중국 경제 성장률 하락 등 불안요소가 산재해 있다. 일반 전자산업계는 확실한 투자심리 위축으로 성장동력이 사라졌다고 SMT설비업체들은 말했었다. 그러나 자동차 전장, IoT 및 통신인프라 관련 분야는 비교적 양호한 성장을 예측했었다. 글로벌 설비업체 관계자는 “2019년 SMT 시장은 5G 및 커뮤니케이션 장비가 꾸준히 설비투자 시장을 선도할 것이며, 스마트홈, VI, AI, 스마트 시티, IoT 관련 투자 또한 더욱 집중될 것으로 예상했다. 특히 전장 업종에서는 자동차의 보안(security), 자동운전시스템(self-driving) 강화 그리고 차량통신기술(V2X, Vehicle to Everything) 등의 전방위적인 기술발전에 따른 투자증대가 기대된다”고 말했다.
백색가전 중 TV 관련 업체들의 투자를 기대했었다. 해당 국내기업들은 생산라인 보완 목적의 소규모 투자를 지속적으로 집행해 왔었다. 글로벌 백색가전 시장은 여전히 지속적인 성장을 하고 있는 상황이고, TV 등 글로벌 프리미엄 시장의 점유율은 국내기업들이 여전히 강세에 있다. A 업체 관계자는 “올해 국내기업들의 설비 투자가 다소 어렵다는 전망은 있지만, 특히 중국지역의 OLED TV 등 프리미엄 디스플레이 관련 시장 등에서 중대형 PCB에 대한 신규 투자는 상반기에도 많이 있었고, 하반기에도 지속적으로 일어날 것”이라고 이야기했다.

스크린프린터 업체들은 5G 통신네트워크 물동량 변화에도 주목했었다. 5G는 자동차 자율주행, VR 콘텐츠, 스마트팩토리, 물류 유통, 관광산업, 드론, 사물인터넷, 인공지능(AI) 등 다양한 분야의 성장에 이바지한다. 3.4~3.8㎓ 및 24.25~27.5㎓의 주파수를 사용하는 5G는 LTE과 비교해 주파수 대역폭이 높은 반면, 커버리지가 좁다. 직진성이 좋지 않아 지하 주차장, 엘리베이터 안에서는 신호 감도가 더 나쁘다. 더 많은 양의 데이터를 빠르게 전송하고, 신속하게 전달하기 위해서는 5G 통신 기지국이 더욱 조밀하고 촘촘하게 구축되어야만 한다. 따라서 네트워크 통신 관련 대형 PCB 시장이 급신장이 전망되고 있다.
5G 통신장비 시장에서는 중국 화웨이가 막강한 입지를 구축했었다. 이 회사는 글로벌 5G 기술을 선도하기 위해 발 빠르게 움직였다. 화웨이는 통신장비의 월등한 성능과 경제적인 가격대로 미국, 유럽, 한국, 일본 등 많은 나라의 이동통신사를 고객을 두었고, 5G 인프라 구축에 있어서도 가장 앞서 나갔다. 그러나 최근 미-중 무역분쟁으로 5G 통신시장에서 화웨이의 독보적인 위치가 흔들리고 있다. 화웨이 5G 장비에 대한 글로벌 보이콧 현상이 나타났다. 국내 한 일간지에서는 미국 시장분석업체의 자료를 인용, 삼성전자가 전세계 통신장비 1위 기업인 화웨이를 제쳤다고 전했다. 삼성전자는 지난해 4사분기와 올해 1사분기 전세계 5G 통신장비 매출 점유율 37%로 1위를 차지했고, 그 뒤를 화웨이(28%), 에릭슨(27%), 노키아(8%)를 보였다. 삼성전자는 한국의 세계 최초 5G 상용화 정책과 미국의 반(反) 화웨이 캠페인의 반사 효과를 누린 것으로 분석했다. 특히, 삼성전자는 도쿄올림픽 개막에 맞춰 내년 3월 5G 서비스를 상용화할 계획인 일본 시장에 성공적으로 진출했다. 지난 10월, 일본 2위 이동통신사인 KDDI에 5G 통신 장비를 공급 건을 따냈다. 삼성전자는 KDDI가 2023년까지 일본 전역에 구축하는 5만3626개의 5G 기지국 중에서 도쿄 등 수도권 지역 기지국에 들어가는 장비를 공급할 것으로 알려졌다.
삼성전자의 시장점유율 1위는 결국 생산물량 증대를 의미한다. 이와 관련한 물동량 증대를 임가공 업체들은 기대하고 있으며, 스크린프린터 업체들 역시 대응 설비 요구가 늘어날 것으로 예상하고 있다. A 업체 관계자는 “평균 800mm 이상의 PCB에 15,000점 이상의 고가 부품들이 실장되므로 대형 설비의 안정된 인쇄품질이 요구된다. 파인피치, 미소칩에 대한 능력이외에도 PCB Warpage 및 PCB 수축율 등에 대한 설비의 대응력도 고려되어야 할 부문”이라면서, 대응 설비 니즈가 많아질 것으로 낙관했다.

고정밀도의 프린팅 수요 여전

현재 전세계적으로 스크린프린팅 프로세스 관련 이슈는 여전히 0201(008004)의 안정적이고 신뢰성 높은 빠짐성이다. 0201 프린팅 패드 사이즈는 100㎛이다. 스크린프린터가 100~150㎛ 프린팅 성능을 안정적으로 제공해야 됨을 의미한다. 일부 반도체 패키징 업체에서 100㎛ 급의 프린팅 공정을 수행하여 최종 제품을 생산하고 있지만, 비교적 프린팅 공정 난이도가 낮으며, 생산사이클도 촉박하지 않은 조건에서 수행하고 있다. 하지만 0201 부품 적용이 확산될 가능성이 높아진 탓에 대부분의 반도체 패키징 업체들은 다양한 제품에 최적화된 0201 프린팅 성능을 확보하기 위한 테스트를 꾸준히 진행하고 있다.
패키징 업체들의 0201 테스트 집중에도 불구하고 스크린프린터 업계에서는 0201 부품 공정 특수를 올해에 기대하기 어렵다고 말했다. 현재 0201 프린팅 테스트가 완벽하게 마무리되지 않았다는 이유를 들었다. 단순히 스크린프린터 만의 성능 확인 작업이 아닌 최상의 프린팅 결과를 제공할 수 있는 프린팅 공정 파라미터 찾는 작업은 여전히 진행 중에 있다. 0201 공정 테스트를 위해 국내 모든 스크린프린터 업체들은 지난 1년간 고객사를 수시로 방문하였다. 0201 부품의 안정적이고 높은 납빠짐성을 실현하기 위해 0.04mm 이하의 매우 얇은 두께의 마스크에 여러 조건의 솔더페이스트를 적용하여 각각의 결과를 비교분석하고 있다. 0201 부품 프린팅과 관련해 명확한 기준점이 없는 상황이기에, 패키징 업체들은 각자 개별적으로 최적화된 사양을 찾는 작업을 1년 넘게 이어오고 있다. C 업체 관계자는 “100㎛ 패드에 안정적인 납빠짐성을 제공하기 위해서는 스크린프린터 하나만으로 대응하기에는 역부족이다. 이제는 스크린프린터와 부자재가 모두에서 복합적으로 최적화되어야 한다”면서, “본격 양산에 적용되기까지는 약간의 시간이 필요하다. 내년 이후에 양산용 설비수요가 나오기 시작할 것”이라고 전망했다.
한편, 스크린프린터 업체들은 동일 보드 상에 초소형 부품에서부터 대형 부품까지 동시에 실장되는 이종(異種) 부품실장 추세가 강해짐에 따라 이를 대응하는 솔루션 찾기에 집중하고 있다. 기존 대형 자재가 들어간 보드에 최소 100㎛대의 패드 충진이 필요한 03015, 0201 부품의 장착이 늘어나고 있다. 이종 부품실장은 스크린프린팅 공정에 또 다른 숙제를 안겨주고 있다. 초소형 패드를 신뢰성 있게 충진하기 위해서는 마스크의 두께를 얇게 해야 한다. 그러나 얇은 마스크 두께에서는 대형 패드에 미납 현상이 발생한다. 서로 다른 사이즈의 패드를 동시에 만족시킬 수 있는 솔더 충진 작업이 쉽지 않다. 다양한 사이즈의 이종부품들이 장착되는 전장, 백색가전용 보드에서 이러한 요구가 나올 것으로 전망된다. 아직까지는 0603 사이즈 이하의 부품들이 장착되지 않고 있지만, 자동차의 전장화, 백색가전의 IoT화로 인해 초소형 부품의 실장 가능성을 배제할 수 없다. 0.1t급 두께의 마스크를 사용하고 있는 전장 업체에서 그 이하 두께의 마스크를 적용하는 테스트를 실시하고 있는데, 초소형 부품 실장을 염두에 둔 것으로 분석된다. 스크린프린터 업체들은 현재의 시스템과 기술력으로 일정 부문까지 대응하고 있지만, 특정 물종과 공정을 겨냥해 디스펜싱 밸브를 부착하여 솔더 충진의 보완 및 리페어를 구현하는 솔루션을 제안하고 있다.

차세대 시장, 마이크로LED TV

마이크로LED를 이용한 TV 시제품 등장에 따라 설비업체들의 관심이 커지고 있다. 마이크로LED TV는 이론적으로 가장 완벽한 화질을 구현하는 디스플레이 제품으로 꼽힌다. 유기물을 기반으로 하는 OLED와 달리 무기물 기반의 디스플레이 구조여서 내구성이 뛰어나고, 컬러필터가 아니라 화소 하나하나가 스스로 빛을 내는 자발광 구조여서 색재현력 역시 현존하는 디스플레이 중 최고 수준이다.

마이크로LED TV에는 어마어마한 수의 LED 칩이 들어간다. LG디스플레이의 자료에 따르면, 마이크로LED TV가 통상 4K 해상도의 디스플레이를 만들기 위해서는 2,500만개의 LED 칩이 필요하다. 그런데 현재 가장 큰 걸림돌은 마이크로LED 소자 칩을 디스플레이 기판 위에 전사하는 공정의 수율이 낮다는 점이다. 디스플레이 업체들은 해결책을 찾는 연구에 매진하고 있다. 제조공정 상의 난해함이 있음에도 불구하고, 마이크로LED TV 시장확대가 예상된다.
프린터 업체들은 마이크로LED TV에서도 눈을 떼지 못하고 있다. 삼성전자, LG전자가 마이크로LED TV를 차세대 시장으로 본격적으로 경쟁에 돌입하였다. 시장 선점을 위해 생산라인 구축에 대규모 투자를 집행할 것이라는 의견이 지배적으로 나오고 있다. 마이크로LED 제조공정에서는 100㎛ 이하의 납충진이 필요하다. 가로·세로 각각 100㎛ 이하인 마이크로LED의 프린팅 공정은 100~150미크론의 프린팅 성능이 안정적으로 나와야 한다. 0201 부품 공정과 비스한 프린팅 사양이 필요하다. ±12.5㎛@6δ의 Machine Alignment 스펙에서도 프린팅이 가능하다. 그러나 프린팅 반복정밀도와 안정적인 품질을 감안하면, 이 사양을 더 높은 설비가 유리하다는게 중론이다. 디스플레이 업체에서 원하는 품질을 보증하기 위해서는 스크린프린터 업체뿐만 아니라 마스크 업체 및 솔더페이스트 업체들이 함께 힘을 합쳐야만 가능하다고 말하고 있다. 

단차 PCB 프린팅 솔루션 요구 증대

올해 연초 반도체 패키징 업체들은 단차 PCB에 대한 프린팅 성능을 테스트했었다. 한참을 검토했는데, 글로벌 통신업체들의 물량이 예상보다 확대되지 않아 라인구축을 미루고 있다. 패키징 업체에서는 SoP 패키지 대량 생산을 위한 목적에서 진행했었다. 하나의 칩 자체에 몰딩 후 프린팅하는 방식은 기술적인 난이도가 높고, 대량 생산에도 한계가 있다. 그래서 초소형 부품과 이종 부품들이 동시에 올라가는 기판을 대상으로 특정 칩을 본딩/솔더링한 후 몰딩처리하고, 인접한 영역에 형성된 단차 있는 패드에 프린팅하고, 부품을 올린 다음 경화를 시키고, 그 이후 쏘잉하여 하나의 SoP 패키지를 완성하는 구조이다. 이곳의 cavity printing 솔루션을 테스트하였다. 통신물량이 늘어날 것으로 전망되는바 대응 설비요구 증가가 점쳐지고 있다. 패키징 업종의 요구가 기술적으로 난이도가 높지만 하나의 기판에서 진행되는 만큼 일정 수준까지는 대응이 가능하다고 스크린프린터 업체들은 말하고 있다. 문제는 SMT 공정에서 단차 PCB이다. 한 번의 스퀴징 작업으로 단차 PCB 프린팅을 해결하기를 원하고 있기 때문이다. 일반 SMT용 시장에서의 단차 PCB 프린팅 니즈도 이미 몇 년 전부터 나왔다. E 업체 관계자는 “과거에는 통신관련 부품들의 부족한 납량 보완을 위해 일부 적용하였지만, 최근에는 스마트기기 제품군에도 적용하는 사례가 많아졌다. 단차가 있는 PCB에 프린팅은 아주 난해하다. Pipe 마스크, 혹은 마스크 자체에 엣칭 등으로 일부 PCB는 한계를 극복할 수 있지만, 이 역시 어느 정도 한계가 있다. 프린터 설비 자체에서 해결하기 어렵다. 마스크 등에서 솔루션을 찾거나 아니면 jet printer로 생산하는 것이 맞다. 하지만 Jet Printer 역시 Pad 사이즈 180~200㎛ under라면 jet nozzle에 대한 한계도 있다. 이것은 단순히 jet nozzle 개발만의 문제가 아니라 paste 파우더도 개발에 동참해야 한다”고 말했다.