초기 시장 선점 위해 ‘집중’           

 

 

 

 

SMT 기술의 발전과 전자 제품의 복잡성 증가로 인해 고밀도 및 소형 PCB가 대부분을 차지하고 있다. 검사의 주요 형태인 자동 광학 검사는 오픈, 솔더 브리지, 솔더 쇼트, 불충분한 솔더 및 과잉 솔더와 같이 비교적 쉽게 발견되는 결함에만 적용할 수 있다. 그러나 BGA의 핀은 칩 패키지 아래에 숨겨져 있어서 광학 구조에서는 검출하기가 어렵다. AXI(Automated X-ray Inspection)의 필요 이유를 여기에서 찾을 수 있으며, 장밋빛 시장이 전망된다. 글로벌인포메이션(GII) 보고서에 따르면, 2019년 전 세계 AXI 시장 규모는 2억7,954만 달러($)(약 3,636억원(\)이었으며, 2021~2027년 동안 연평균 2.48%로 성장해 2027년 말에 3억188만 달러에 이를 것으로 예상했다. 

AXI 성장 가능성을 긍정적으로 바라보고 있지만, 전반적인 하반기 설비투자시장에 대한 X-Ray 업체들의 전망은 밝지 않다. 코로나19 규제 완화로 인한 전자산업계 설비투자 재개를 예상했지만, 기대에 못 미치는 모습을 나타내고 있다. 생산현장에서는 미·중 경제전쟁, 러시아·우크라이나 전쟁발발, 글로벌 원자재 가격 상승, 전세계 금리 인상 기조 등의 여러 악재로 인해 특정 업종의 일부 업체를 제외한 대부분이 라인투자에 소극적인 모습을 나타내고 있다. 

하반기 SMT 업종의 설비투자를 기대하기 어려워 보인다. 모바일 업종의 움직임이 살아나지 않고 있기 때문이다. 스마트폰 시장 침체로 인한 생산량 감축 이야기가 기정사실로 여겨지면서 더욱 위축되는 분위기다. 미국 시장조사업체 IDC에 따르면, 올해 글로벌 스마트폰 출하량은 13억1000만대를 기록하는데, 지난해보다 3.5% 줄어든 규모이며, 2020년 이후 2년 만의 역성장이다. 테크밸리(주)의 이찬수 부장은 “SMT 업종의 설비투자가 크게 위축된 느낌을 받고 있다. 모바일 업종의 투자 움직임 둔화가 뚜렷하게 나오고 있다. 글로벌 스마트폰 상위 업체 모두 생산량 감축에 나서고 있는 모양세이다. 국가 간의 이견과 분쟁, 금리인상, 원자재 가격 폭등 등의 악재가 소비심리 위축을 불러왔고, 그에 따른 경기 악화가 현실화되었기 때문이다”고 현재의 설비투자 분위기를 전했다. 이어 그는 “라인투자를 실시하고 있는 SMT 업체의 투자 목적은 현재 명확하다. 철저하게 생산성 증대에 초점이 맞춰져 있다. 그런 탓에 QC 개념의 X-Ray 검사기는 투자에서 뒷순위로 밀렸다. 종합해 보면, 현재 SMT 설비 니즈는 많이 줄었으며, X-Ray 검사기 수요는 더욱 위축되었다”고 풀이했다. 

X-Ray 검사기와 관련해 일반 SMT용 시장은 침체 국면이지만, 조금씩 활기를 띠기 시작한 업종도 있다. 바로, OSAT 및 자동차 전장 업종이다. 특히, 이들 업종은 인라인 3D CT AXI 니즈가 강하게 나오고 있다. 현재 X-Ray 업체들은 미래형 시장이라고 여기고 분주하게 지내고 있다. 늘어난 3D CT AXI 기술 및 설비 검증 문의를 소화하기에 바쁜 모습이다. SAKI코리아의 김규섭 지사장은 “인라인 3D CT AXI에 대한 관심이 더욱 뜨거워지고 있다. 해당 설비에 대한 기술적인 문의와 데모 요청이 부쩍 늘었다. 높은 관심도는 실제 시장확대로 조금씩 이어지고 있다. 특히, 자율주행, 친환경 차량 시대로 전환하고 있는 자동차 업종에서의 3D CT AXI 필요성이 높아지고 있어서 전장/EV배터리 공정이 해당 시장을 이끌어 갈 것으로 예측된다”면서, “자동차의 전장화가 가속되고 있는 가운데 전기차의 화재, 자율주행차의 추돌 등의 사고가 이슈되면서 완성차 업체들은 안전대책 마련에 집중하고 있으며, 전장보드의 생산품질 강화를 최우선 과제로 두고 있다. 엔드유저에서 솔더볼과 같은 특정 영역에 대한 3D 체적 결과물 등 구체적인 검사 데이터를 요구하는 비중이 높아지고 있다. 이와 관련해 설비 문의가 늘었으며, 검증 작업을 많이 진행하고 있다”고 이야기했다. 수요 증가와 관련해 휴먼텍의 신태양 상무는 “사람의 생명과 직결된 전장, 화재발생 이슈가 나오고 있는 EV배터리 업체들의 수요 목소리가 높아지고 있다”고 꼭 짚어 설명했다. 테크밸리(주)의 이찬수 부장은 “생산기술의 진화로 인해 광학으로 검출할 수 없는 영역이 늘어났지만, 원청업체의 생산품질 제고 목소리는 전혀 줄어들지 않고 있다. 이 같은 숙제를 인라인형 3D AXI에서 풀어내려는 고객사들이 늘어나고 있다”면서, “다른 곳보다 EV배터리 업체들이 시설 확장에 가장 적극적인 모습을 보이고 있다. X-Ray 시장은 이들 업종 중심으로 돌아가기 시작하고 있다”고 말했다. 

한편, 올해 AXI 시장의 개화직전의 숨고르는 시간을 보낼 것이라는 예상도 나왔다. 한국오므론제어기기(주)의 이상훈 부서장은 “올해는 고객사에서 실제로 검사의 필요성을 확인하고 평가 및 검증하는 시간을 보낼 것이며, 전체적으로 작년과 비슷한 한 해가 되지 않을까 생각한다. 고객사 내부적으로 이 작업이 마무리되면 본격적으로 투자가 이루어져 그에 따른 성과가 가시화되어 점점 더 시장이 확대되어 갈 것”이라고 전망했다. 

 

 

 

오늘날 스마트폰은 더 작고, 더 얇고, 더 정교한 전자 디바이스로의 전환이 빨라지고 있다. 이는 전기 부품 및 반도체 패키지의 소형화, 복잡화, 조밀화를 불러오고 있으며, FCBGA, LGA, PoP 및 WLP를 채택하는 비중이 높아지고 있다. 3D CT AXI는 솔더 접합부의 보이드 및 HiP(head-in-pillow) 결함을 감지하는 데 필수적이다. 이러한 기능에 대한 시장 수요가 증가하고 있다. 

생산현장에서 3D AXI 역할이 점점 더 중요해지고 있다. 전자 제품의 복잡성이 증가함에 따라 3D SPI, AOI, AXI의 토털 검사솔루션이 필요해졌다. 특히 X-Ray 검사는 중요한 장치의 품질을 보장하는 데 핵심적인 역할을 한다. 특히 인명과 제품 품질이 직결되는 의료, 자동차, 항공우주 산업 분야의 응용 분야에서는 더욱 그렇다. 

 

 

3D AXI는 기존의 자동 광학 검사가 한계가 있는 검사를 제공한다. 이전에는 대부분의 X-Ray 검사가 오프라인에서 수행되었지만, 처리량 및 수율이 높은 대량 생산라인에서의 필요성이 커지고, 광학으로 검사가 불가능한 IC 및 자재들의 분포가 넓어지면서 인라인 검사 필요성이 커졌다. 그래서 현장에서는 검사속도를 유지하고 품질과 신뢰성을 보장하는 설비를 최우선적으로 찾고 있다. 

3D CT AXI 인라인 설비에 관한 관심은 여전히 높다. 전장업종에서는 지속적으로 대응설비를 요구하고 있다. 자율주행자동차 시대에 접어들면서 보드 품질신뢰성이 매우 중요한 영역이 되었다. 전장 업종에서는 보드 내의 모든 부품들을 전수검사하고 있다. 결함이 유출될 경우 사람 생명과 직결하기 때문에 상당히 엄격한 검사가 필요하다. 전장업종에서는 현재 인라인 3D AXI에 대한 테스트를 적극적으로 하고 있다. 한국오므론제어기기(주)의 자료에 의하면, NEV/ADAS 업계에서는 무엇보다 BGA에 대한 접합(HIP) 및 Void 검사를 대표적으로 진행하고 있다. 

 

  

전기차 배터리 업종의 라인증설이 지속되면서 설비업체들이 해당 업체들을 주시하고 있다. EV 물종의 생산캐파 확대가 두드러지고 있으며, 이러한 움직임을 멈출 기미를 보이지 않고 있다. 유럽연합(EU)의 탄소배출규제 강화로 친환경 전기차 확산과 EV 배터리 수요급증이 전망되고 있다. 국내 배터리 업체들이 전기차용 라인의 생산능력을 공격적으로 늘리고 있다. 전기차 가격 가운데 배터리가 차지하는 비중이 40% 이상인 점을 감안하면 전기차 시장의 성장은 곧 배터리 기업의 성장으로 이어질 가능성이 높다. 대대적인 라인증설 움직임이 나오고 있는 만큼 생산설비업체들은 또 하나의 큰 시장으로 여기고 있다. 

배터리 업체의 설비투자 붐이 이어지면서 AXI 설비 니즈가 많아지고 있다. 국내 대표 기업들은 해외 공장뿐만 아니라 국내 생산공장 시설확충을 위해 대규모의 추가투자 계획을 밝혔다. EV배터리 시장 성장이 예상됨에 따라 X-Ray 업체들의 눈이 집중되어 있다. 배터리 셀 제조업체들은 안정성 강화를 위해 배터리 패키징 이후 내부 검사에 대해 필요성이 제기되었고, 국내 대표 셀 제조업체들은 2016년부터 본격적으로 차량용 2차전지에 적용하기 시작했다. 리튬-이온 원형 이차전지, 폴리머 이차전지, 각형 이차전지 등과 같은 2차전지는 전해질 내에 양극과 음극 전극이 소정배열로 배치된다. 이차전지는 제조시 전극간극, 배선연결 상태 등에 대한 불량여부를 검사하는 과정을 거치게 된다. 이러한 이차전지의 불량여부를 검사하기 위한 장치로는 X-Ray 검사장치가 널리 사용되고 있다. 셀 제조공정에는 특정 업체가 시장을 주도하고 있다. 

 

 

대부분의 X-Ray 검사기 업체들은 생산라인에 적용되는 완성된 배터리의 내부검사 시장에 주목하고 있다. 특히, 전기차용 2차전지 검사를 위한 3D AXI 적용 가능성을 점치고 있다. 에너지 효율을 높이는 고효율의 전기차 배터리 개발노력이 커지고 있다. 이를 위해 내부 전극 간의 간격을 줄이는 방법이 하나의 솔루션으로 대두되고 있다. 전극의 협피치화에 따른 3D AXI 적용 가능성을 높게 보고 있다. 검사기 업체들은 EV배터리 업종을 인라인 3D CT AXI 차세대 시장으로 여기고 공격적인 움직임을 보이고 있다. 여러 업체들이 EV배터리용 검사기 비즈니스를 공공연하게 선언하고 있다. 

한편, 검사기 업체에서는 EV배터리 분야의 BMS 공정에 3D CT AXI의 인라인 구현이 예상보다 빠르게 이뤄질 수도 있다고 말하고 있다. BMS 라인의 경우, 실장되는 부품이 적기 때문에 대형 보드 대응력만 현 수준에서도 대응이 가능하다고 입을 모으고 있다. 

 

     

 

인라인 3D CT AXI 개화의 기술적인 걸림돌은 ‘검사택타임’과 ‘검사신뢰성’이다. 이전보다는 확실히 진일보했지만, 양산라인에 적용하기에는 약간의 부족한 부분이 있다. X-Ray 업체들은 현재 인라인 3D CT AXI의 검사속도는 특정 조건 하에서 일부 전장용 보드의 생산라인을 대응할 수 있는 수준이라고 말하고 있다. 특정 포인트를 검사한다는 조건이다. 전수검사로 설정할 경우에는 검사택타임을 맞추기가 쉽지 않다고 말하고 있다. 그러나 X-Ray 업체들이 검사속도 약점을 극복한 신규 모델을 최근 연이어 발표하면서 인라인 시장형성 분위기를 띄우고 있다. 

신규 모델의 공통적인 사항은 검사속도 단축이다. 발표 자료 스펙을 살펴보면, 약 50%의 단축을 이뤄냈다. 대부분 하드웨어와 소프트웨어를 동시에 개선하여 3D CT AXI 양산형 설비로 진화시켰다. 대표적인 하드웨어 변경은 고속 스캔 구조의 채용이고, 소프트웨어 측면에서는 고속 영상재구성 및 검사알고리즘을 개선하고 있다. 우선 핵심부품인 튜브, 디텍터가 상위 버전으로 지속적으로 업그레이드되고 있으며, PC의 하드웨어를 강화하여 연산처리능력을 빠르게 해서 검사속도 단축을 실현했다. 소프트웨어들도 강화되고 있다. 특히, AI기술이 각 알고리즘에 접목되고 있다. 선명한 이미지를 확보할 수 있는 필터링 기술과 재구성하는 기술 등이 나날이 좋아지고 있다. X-Ray 검사업체별로 그 시간이 약간 다르지만 일부 업체에서는 생산라인에 대등 가능한 수준까지 낮췄다. 업계에서는, AXI를 인라인화시키기 위해서는 FOV당 검사완료하고 다음 영역으로 이동하는 시간을 10초 이하가 되어야 한다고 말하고 있다. 해당 업체들은 고속검사 성능의 신규 모델 혹은 버전을 연이어 출시하고 있어서 라인 적용 가능성을 높이고 있다. 여기에 가격적인 측면까지 고려하여 인라인 3D AXI 시장개화에 집중하고 있는 모습이다. 

검사속도 개선을 위해 최소의 CT 슬라이스 수량으로 3D 볼륨데이터를 구현하여 최고 수준의 검사신뢰성을 유지하는 솔루션에 집중하고 있다. 3D 구현시간이 단축될수록 검사시간을 줄일 수 있기 때문이다. D 업체 관계자는 “In-Line 3D CT AXI 시장에 대한 기대감이 충만하지만, 아직도 해결해야 되는 영역이 많이 남아 있다. 대부분의 업체들이 검사속도 개선 노력에 집중하지만, 환경적인 요인에 의한 보정 솔루션도 동반 연구되어야 한다. 일례로, 보드의 휨의 보상 솔루션과 같은 제품 환경요인도 해결해야 한다. 단순히 3D 이미지를 만드는 것을 떠나서 중요한 포인트이다. 더불어 실제로 실용성을 높이기 위해서는 하드웨어적인 정밀도 구축도 주요 요인이다. 반도체 업종에서는 10미크론 내의 해상도를 요구하는데, 기구적으로 이 수준을 맞추기는 거의 불가능하다. 이를 극복하는 솔루션이 준비되어야 한다. 여러 환경적인 조건을 감안하지 않으면, 인라인 3D CT AXI 개화를 기대하기 어렵다”고 말했다. 

 

  

생산설비투자 시장에서 OSAT 업체는 올해도 여전히 중심에 서 있다. 지난 2~3년에 비해 라인투자가 줄어들었지만, 그래도 예전에 비하면 평균 이상의 수준으로 설비를 찾고 있다. 생산설비업체들의 이야기를 종합해 보면, 국내 OSAT 업체들이 증설한 라인수는 2020년 120~140개, 2021년 80~90개가 추정된다. 2022년은 전년보다 줄어든 50~60개 라인 증설이 예측된다. OSAT 업체에서 연간 50개 이상의 라인투자를 감행했던 적이 흔하지 않다. 해당 업체들의 생산설비 니즈는 꾸준하게 나오는 편이라고 해도 과언이 아닐 것 같다. TRI코리아의 시등흥 한국영업부장은 “대만계 OSAT 업체들은 라인증설 움직임은 멈출 기미가 없다. 반도체 쇼트지 해소 목적과 5G 통신용 부품 증산을 위해 대만 현지에 여러 개의 생산공장을 증설하고 있다”고 전했다.  

반도체 패키징 업종에서 기존과 다른 X-Ray 니즈가 나오고 있어서 검사기 업체들이 관심을 기울이고 있다. 이들 업체들은 SiP 생산성 증대를 위해 생산라인 인라인화 프로젝트를 추진하고 있는 것으로 알려져 있다. X-Ray 검사기에서도 양산성 극대화를 위한 구조로 변경될 가능성이 커졌다. D 업체 관계자는 “일반 생산설비의 인라인화는 구체화되고 있지만, X-Ray 검사에 있어서는 인라인화보다는 이전의 샘플링 검사 방식을 양산성 높이는 구조로 변하고 있다”면서, “별도의 X-Ray 검사라인을 구축하여 배치(batch) 구조의 검사프로세스를 구축할 가능성이 크다”고 예측했다. 이어 그는 “점점 피치들이 작아지고 있어서 육안 검사가 한계가 있고, 검사 시간이 길어지면 방사능에 의한 패턴, 칩 데미지 현상이 발생할 소지가 높으므로, 최소의 피폭량으로 검사하는 설비와 방식을 선호하고 있다”고 덧붙였다. 

 

 

 

인라인 2D AXI(Automated X-Ray Inspection) 시장은 여전히 잠잠한 모습을 보이고 있다. 전자기기의 다기능화에 맞춘 부품의 패키지화가 이어지고 있을 뿐만 아니라 패키지 부품의 밀집도는 해마다 높아지고 있다. 2D 방식만으로 검사할 수 있는 보드들이 많이 사라졌다. 휴먼텍의 신태양 상무는 “2D AXI 설비가 필요한 생산품이 대거 줄었다. 2D 설비가 가용한 단순 보드를 이용하는 물종은 대부분 저가형 제품이다. 이들 업체에서 인라인 설비를 선택하기란 쉽지 않을 것이다”고 말했다. TRI코리아의 시등흥 부장도 한정적인 2D AXI 시장을 예상했다. 그는 “2D AXI는 분명 수요는 있을 것이라고 본다. 하지만 이미 시장완성에 도달했다고 본다. X-Ray 검사의 목적은 보이지 않는 부분의 정확한 불량검출이다. 2D 방식으로는 명백한 한계가 있다. 그래서 2D 수요는 신뢰성 요구가 높지 않는 물동량, 고객사에서 검사기를 지정한 경우에만 수요가 나올 것이라고 생각한다”고 설명했다. 

2D AXI 설비시장이 주춤할 수도 있지만 더욱 개선된 2D AXI 검사 성능 요구는 더욱 커질 것이라는 의견도 나왔다. RAYDISOFT(주)의 이석원 대표는 “2D 검사영역에는 보이드뿐만 아니라 각종 CSP, SMT 부품과 관련된 검사, 커넥터 검사, 웨이퍼 검사, 속성이 다른 각종 BGA 관련 검사, 와이어 검사, PTH 검사 등이 있다. 그리고 조금만 깊게 들어가면 하나의 검사에서도 전문적인 검사 솔루션을 원하는 업체들이 아직도 상당히 존재해 있다”고 이야기했다.