| 2023年 산업용 X-Ray 검사기 시장동향 |
| 현실성 높아진 양산형 3D CT AXI, 전장 업종에서 쏟아지는 ‘러브콜’ |
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| 2023-07 글 : 박성호 기자 /reporter@sgmedia.co.kr |
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대기업 전장 사업 강화, 배터리 업체 증설로 3D AXI 관심 ‘폭발’
고속의 최신 버전 연이어 등장
지난해 대비 시장이 위축되었지만, X-Ray 제조업체들이 체감하는 시장 온도는 약간 다르다. 늦겨울 초봄 시기에 접하는 날씨와 같이 전체 온도는 쌀쌀하나 햇볕을 받는 곳은 따뜻함을 느끼는 분위기를 풍기고 있다. X-Ray 시장이 대규모 컸던 곳이 아니고 점진적으로 확대되는 성향이 짙어서 경기위축에 조금 둔감한 편이다. 그래서 현재의 시장위축이 크게 와 닿지 않는다. 그리고 X-Ray 업체에게는 시장확장이 기대되는 긍정적인 요인들이 커지고 있다. 검사기의 내연 기관차량에서 전기차, 자율주행차로의 자동차 패러다임 변화로 X-Ray 검사기 특히, 3D CT AXI에 대한 요구가 커지고 있다. 여기에 발맞춰 단순 샘플링 2D X-Ray의 인라인 AXI 전환 움직임이 커지고 있다. 더불어, 이차전지 패터리 셀 검사용 니즈도 급증하고 있다.
SMT 업종의 경기위축으로 인해 생산설비제조 및 공급업체는 힘든 시간을 보내고 있다. 많은 국내 SMT 생산설비는 납품 실적이 4월을 기점을 조금씩 하락하더니 5월에는 급락을 했다고 말하고 있다. 1분기 매출이 전년도 매출의 연속성에 의한 실적인 점을 감안하면, 국내 설비투자는 올해 연초부터 거의 없었다는 의미가 된다. 날씨는 점점 더워지고 있고, 햇빛이 강력해지는데 설비투자시장은 여전히 혹독한 겨울 날씨를 벗어나지 못하고 있다.
X-Ray 검사기 업체들도 설비투자 위축 여파를 받고 있다. 테크밸리(주) 이찬수 부장은 “전자산업계의 설비투자 시장이 크게 위축되었다. 글로벌 인플레이션 장기화, 고금리, 미중 무역갈등, 러우 전쟁 등으로 글로벌 경기침체가 이어짐에 따라 소비심리가 위축되었고, IT 전자기기 수요가 급격히 떨어졌다. IT 기기와 깊은 관계가 있는 반도체, 모바일, 가전 등의 산업군은 낮아진 생산가동율에 어려운 시간을 보내고 있다. 그렇다 보니 설비투자심리 역시 상당히 얼어붙었다. SMT용 X-Ray 검사기 시장도 움직임이 크게 둔화되었다”고 전반적인 분위기를 전했다.
지난해 대비 시장이 위축되었지만, X-Ray 제조업체들이 체감하는 시장 온도는 약간 다르다. 늦겨울 초봄 시기에 접하는 날씨와 같이 전체 온도는 쌀쌀하나 햇볕이 드는 따뜻함이 느껴지는 곳이 있다. 소위 말해, 믿는 구석이 있다. X-Ray 시장이 대규모 컸던 곳이 아니고 점진적으로 확대되는 성향이 짙어서 경기위축에 조금 둔감한 편이다. 그래서 현재의 시장위축이 크게 와 닿지 않는다. 그리고 X-Ray 업체에게는 시장확장이 기대되는 긍정적인 요인들이 커지고 있다. 검사기의 내연 기관차량에서 전기차, 자율주행차로의 자동차 패러다임 변화로 X-Ray 검사기 특히, 3D CT AXI에 대한 요구가 늘어나고 있다. 여기에 발맞춰 단순 샘플링 2D X-Ray의 인라인 AXI 전환 움직임이 커지고 있다. 더불어, 이차전지 패터리 셀 검사용 니즈도 급증하고 있다.
외국 시장연구분석 업체들은 글로벌 산업용 X-Ray 시장에 대해 뚜렷한 성장을 예측했다. Data Bridge Market Research는 산업용 X-Ray 시장이 2021년 6억4963만달러(USD, $) 규모에서 2029년 11억5858만달러(USD, $)로 급증할 것이라고 분석했으며, Acumen Research and Consulting(ARC)는 2021년에 6억4,400만달러(USD, $)에서 2030년까지 11억7,000만달러(USD, $)에 이를 것으로 예상했다. Meticulous Research는 2028년에 10억3천만달러(USD, $)로 커질 것이라고 했으며, marketreport는 2022년 8억8300만달러(USD, $)였던 규모가 2028년에 11억9598만달러(USD, $)로 성장한다고 봤다.
시장분석업체들은 7%의 연평균 성장률을 예상했으며, 특정 업체는 10%대를 예측하기도 했다. 이처럼 성장세를 전망하는 이유는 생산라인의 검사 프로세스의 효율성과 효과를 개선하기 위해 X-Ray 기술을 채택하는 사례가 늘어날 것이라고 꼽았다. 즉, 생산품질 제고 목적의 X-Ray 검사기 사용이 필연적이 되었고, 생산성 확보를 위해 AXI(Automated X-ray Inspection)를 선택하는 손길이 많아질 것이라는 의미로 해석할 수 있다.
국내 대기업들은 전기차·자율주행차 시장의 급격한 성장에 맞춰 전장 사업 속도를 올리고 있다. 지난 2017년 삼성전자는 카용 프리미엄 인포테인먼트 분야에서 글로벌 1위인 하만을 인수하여 사업 육성에 나서고 있다. LG전자는 최근 전장 사업부에서 뛰어난 실적을 발표했다. 2013년 VS사업본부를 신설하고 자동차 부품 사업을 미래 성장 동력으로 육성해왔다. 최근 VS사업본부는 지난해 매출 8조 6496억 원, 영업이익 1696억 원을 달성해 흑자 전환에 성공했다.
현재 LG전자 전장 사업은 크게 ▶ 차량용 인포테인먼트 시스템(VS사업본부) ▶ 전기차 파워트레인(LG마그나 이파워트레인) ▶ 차량용 조명 시스템(ZKW) 등 3대 핵심 사업으로 나뉜다. VS사업본부가 담당하는 인포테인먼트 시스템은 차량용 통신 모듈인 텔레매틱스와 오디오·비디오·내비게이션(AVN)으로 구성된다. 전기차 파워트레인은 동력을 발생시키고 전달하는 구동모터, 인버터, 컨버터 등으로 구성돼 전기차의 심장 역할을 담당한다. 조명 시스템은 센서 등 다양한 전장부품을 통합한 지능형 차량 전면부의 핵심 부품이다. 시장조사업체 스트레티지 애널리틱스 발표자료를 기준으로 한 자체 추정치에 따르면 LG전자 텔레매틱스는 올 1분기 글로벌 시장에서 점유율 1위(22.4%)를 차지했다.
국내 대기업의 전장 사업 강화로 인해 전장용 SMD 물동량이 최근 늘어나고 있는 것으로 파악된다. (주)자비스의 정창욱 XSCAN 영업본부장은 “베트남 진출 한국 임가공 업체들은 전장 관련 SMD 물동량이 늘어났다고 이야기 했다”고 말했다.
X-Ray 업체에서는 전장 업종이 활발해 짐에 따라 인라인 AXI 수요확대를 기대하고 있다. TRI의 시등흥 부장은 “화석연료를 사용하던 내연기관차와 달리 전기차는 전기를 주요 구동원으로 사용하기 때문에 전장 부품의 비중이 커졌다. 전기차 전체 부품 수는 내연기관차 절반이지만 전장 부품 수는 두 배 이상 많다. 자동차 전장에서의 X-Ray 검사 공정 강화를 통한 생산품질 제고를 내세우고 있다. 그 중 하나가 바로 샘플링 검사방식을 벗어난 전수검사 필수 지정이다. 그래서 검사속도가 빠르고, 검출력이 뛰어난 양산형 설비를 요구하고 있다”고 구체적인 사항을 전했다. (주)자비스의 정창욱 XSCAN 영업본부장은 “SMD 임가공 업체들은 전장용 SMD 물량이 현재보다 더 늘어날 것으로 예상하고, 전장 원청사의 QC 조건을 충족하는 라인으로 제조수준을 올리는 작업을 진행하고 있다. 이들 업체는 인라인 AXI, 특히 현실성이 높은 3D 기반 양산형 AXI를 찾고 있다”고 말했다.
전자기기의 소형화, 다기능화, 고성능화 추세가 멈추지 않음에 따라 전자부품 기능이 통합되고, 경박단소화되고 있다. SiP, SoP 등과 같은 적층형 패키지 부품을 사용하는 비중이 많아졌다. 첨단 패키지형 부품의 실장이 늘어나면서 광학검사기로 안 보이는 영역 및 항목이 점점 늘어나고 있다. 또한, 반도체의 집적도가 높아지고 미세패턴화되며 적층기술, TSV기술 등이 발전함에 따라 기존 검사 방식인 프로브 방식은 이러한 패키징 구조에 대응이 어려워졌으며, 미세패턴에 적용 가능한 X-Ray 등과 같은 새로운 분석기술이 적용된 검사장비의 필요성이 커지고 있다.
한정된 폼팩터에서 다기능를 구현하기 위해서 적층 타입의 PCB와 부품을 선택하는 경우가 대부분이다. 기존 광학검사기와 2D X-Ray 검사기에서는 볼 수 없는 영역이 많아지고 있다. 이로 인해 3D 기술의 X-Ray 검사기가 필요해졌고, 생산성에 기여할 수 있는 AXI 시스템이 선호되고 있다. 레이디소프트(주) 이석원 대표는 “SMD/SMT 분야에서 요구하는 검사는 기본적으로 솔더조인트 영역의 Void 측정 검사와 외관에서 확인이 불가능한 부품 검사이다. 최근에는 2D 이미지 뿐만 아니라 CT 단면 이미지에 대해서 Void 또는 솔더 검사를 요구하고 있다. 또한 쓰루홀의 충진율 측정 및 검사 기능, PCB 칩 실장 검사 기능 등도 많이 요청하고 있다”고 구체적인 검사항목을 설명했다.
X-Ray 제조생산 및 공급업체는 자동차 전장 업종 시장의 확대에 기대하고 있다. 특히, 인라인 3D CT AXI이 가장 부합한 시장이라고 여기고, 성장가능성이 크게 보고 있다. 자율주행자동차 시대에 접어들면서 보드 품질신뢰성이 매우 중요한 영역이 되었다. 전장업종에서는 보드 내의 모든 부품들을 전수검사하는 방식으로 빠르게 전환하고 있다. 결함이 유출될 경우 사람 생명과 직결하기 때문에 상당히 엄격한 검사가 필요하다. 그래서, 전장업종에서 현재 인라인 3D AXI에 대한 테스트를 적극적으로 하고 있다. BGA 내의 보이드, 헤드인필로우(HiP) PTH 등의 항목을 집중 확인하고 있다.
한편, X-Ray 업체들의 노력에도 불구하고 아직 현장의 눈높이를 맞추는 3D AXI 설비가 없다는 게 정론이다. 근 5년 사이 3D CT X-Ray 검사기의 검사속도를 혁신적으로 줄어왔지만, 생산현장에서는 만족해하지 않고 있다. C 업체 관계자는 “현장에서 원하는 수준을 잘 알고 있다. 그러나 X-Ray 제조업체 입장에서 이는 매우 도전적인 일이다. 빠른 시간에 3D 검사가 가능한 고해상도의 X-선 영상을 획득하고, 이 데이터를 이용하여 신속하게 3D 리컨하여 정확하게 검출하는 설비 제작이 매우 어렵다”고 말했다. 이어 그는 “현재 배치(batch) 구조로 검사공정을 가동하고 있는 유형으로 3D CT AXI가 활용될 가능성이 높다”고 개인적인 의견을 피력했다.
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 모델출시를 최근 연이어 발표하고 있다.
신규 모델의 공통적인 사항은 검사속도 단축이다. 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 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.
이차전지의 사용이 모바일 IT기기용에서 친환경 자동차용 중대형 이차전지로 용량이 증가하고, 고밀도 이차전지를 개발하는 등 효율성을 증가시키기 위한 신규 소재 및 디자인 개발에 따라 이차전지의 안정성이 부각되고 있다. 이차전지 관련 사고가 잇따라 발생됨에 따라 소비자들의 불안감과 우려가 지속되며, 이차전지 검사장비의 중요성이 어느 때보다 높아졌다.
이차전지 시장의 성장 가속이 예상된다. SNE리서치의 발표 자료에 따르면, 2022년 1~12월 세계 각국에 차량 등록된 전기차(EV, PHEV, HEV)의 배터리 총 사용량은 517.9GWh로 전년 대비 71.8% 상승했다. 이러한 성장세는 2020년 3분기부터 시장 성장이 이어지고 있으며, 2023년 배터리 사용량은 약 749GWh 수준이 될 것으로 전망했다. 보고서에 따르면, 국내 3사의 배터리 사용량은 지속적으로 성장했으나 CATL과 BYD를 비롯한 중국 업체들은 폭발적인 성장세에 점유율은 내려갔다.
글로벌 배터리 시장에서의 경쟁력 강화를 위해 국내 배터리 업체들은 공격적인 생산증설투자를 감행하고 있다. 이와 관련해 인라인 3D CT AXI도 큰 관심을 받고 있다. 일반적으로 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 이용되고 있다. 특히, 배터리의 에너지 효율을 높이는 위해 내부 전극 간의 간격을 줄이는 방법이 하나의 솔루션으로 여겨지고 있다. 전극의 협피치화는 3D CT AXI 확장을 폭발시키는 촉매제가 될 것으로 기대하고 있다.
배터리 내부 셀 검사 목적과 더불어 생산성 증대 추세는 3D CT AXI의 확대를 부추기는 결정적인 요인이다. 과거에는 생산 제품 중 일부만을 샘플링 하였기에 수동 검사 형태로 진행되었다. 하지만, 생산 물량이 증가할 경우 수동검사는 모든 생산물량을 검사하는 것이 매우 어렵다는 단점을 갖는다. 이차전지가 보편화되고 배터리 안정성이 높게 요구되는 현시점에서 생산되는 모든 배터리를 작업자가 수동으로 검사 하기에는 물리적으로 한계가 있고 품질의 안정성 확보가 어렵다. 따라서 이차전지 내부 검사에 대한 자동화가 계속 요구되고 있는 추세이다.
대부분의 X-Ray 검사기 업체들은 생산라인에 적용되는 완성된 배터리의 내부검사 시장에 주목하고 있다. 특히, 전기차용 이차전지 검사를 위한 3D AXI 적용 가능성을 점치고 있다.
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