| 2024年 컨포멀 코팅 검사기(CCI) 시장동향 |
| CCI, ‘틈새시장’ vs ‘ 전도 유망’ 전망 엇갈려 |
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| 2024-05 글 : 박성호 기자 /reporter@sgmedia.co.kr |
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컨포멀 코팅 늘어남에 따라 검사 수요도 증가
현장 맞춤 검사 성능 구현이 핵심일 듯
컨포멀 코팅 공정이 전자 제품 생산에서 확실한 자리 매김을 하고 있다. 먼지, 먼지, 습기, 응결 등의 환경 요인은 물론 온도 변화로부터 전체 어셈블리나 개별 부품을 보호하는 목적으로 활용되고 있다. 높은 수준의 신뢰성으로 동작되어야 하는 보드 및 업종에서 주로 활용되고 있다. 전기자동차 시장확장과 자율주행차의 개발 강화로 전장 업종에서 확실하게 자리 잡았다. 전장 업체에서는 생산품질 제고를 컨포멀 코팅 검사(이하, CCI) 공정으로 완성 시키려고 하고 있다. 해당 시장을 두고 ‘틈새시장’과 ‘전도 유망’이라는 전망이 엇갈리고 있다. 향후 시장에 대해서는 다른 주장을 펼치고 있지만, 현재 점진적으로 확장하는 우성장 곡선을 그리고 있다는 점에서는 공통된 소리를 목소리를 내고 있다. 현장에서는 코팅 두께 측정에 대한 기술적 어려움을 이해하기 시작했고, 반면에 버블, 크랙 등의 검사 성능에 집중하고 있다고 검사기 업체들은 전했다.
국내 광학검사기 업체는 컨포멀 코팅 검사기(이하, CCI) 시장에 대해 상이하게 전망했다. CCI는 철저한 틈새시장으로 현재의 수요에서 큰 확산을 기대하기 어렵다는 의견과 고객 맞춤 검사기를 제공하면 급성장을 이룰 것이라는 상반된 예측이 나왔다.
시장확대에 관한 예상은 다르지만, 공통적으로 CCI 수요는 확실하게 늘어났다고 업계에서는 말하고 있다. 컨포멀 코팅 프로세스를 적용하는 생산물종이 많아졌고, 일부 제품라인에서는 CCI 검사를 적극 권장하고 있다고 전했다.
최근 몇 년 동안 컨포멀 코팅 공정은 전자 제품 제조에 점점 더 중요해지고 있다. 일반적으로 100~200μm 범위의 표준 두께로 PCB에 적용하고 있으며, 일부 업종에서는 30~130μm이 도포되고 있는 것으로 업계에서는 말하고 있다. 코팅은 먼지, 먼지, 습기, 응결 등의 환경 요인은 물론 온도 변화로부터 전체 어셈블리나 개별 부품을 보호하는 역할을 한다. 보호 코팅은 절연 특성을 가질 수도 있으며 전기 파손을 방지하는 데 사용될 수 있다.
컨포멀 코팅은 높은 수준의 신뢰성으로 동작되어야 하는 보드 및 업종에서 주로 활용되고 있다. 군사 및 해양 분야, 항공우주, 산업 자동화, 자동차 산업에서 사용되어 왔다. 근래에 들어서는 전기자동차와 자율주행차의 전장 업종에서 확실하게 자리 잡았다. 가혹하고 혹독한 외부 환경으로부터 주요 부품 및 안전 시스템을 보호하는 데 경제적인 효율성이 높고 검증 받은 솔루션 중에 컨포멀 코팅만한 공정이 없기 때문이다. 안전 관련 작업을 수행하는 카메라 시스템 및 센서를 포함하여 점점 더 많은 전자 시스템이 운전자 보호 목적으로 차량에 적용되고 있다.
컨포멀 코팅의 사용이 증가하는 다른 이유에는 점진적인 소형화와 전자 어셈블리의 부품 밀도 증가도 꼽을 수 있다. 보호 코팅의 절연 효과로 인해 도체 경로 사이의 거리가 줄어들어 부품 밀도가 높아진다. 또한 도체 경로는 더 많은 전력을 전달할 수 있어 최종 디바이스의 성능 향상에 이바지한다.
생산품질 제고 목적으로 컨포멀 코팅 공정이 활용하는 업체에서는 코팅 상태 검사를 수행하고 코팅 공정의 신뢰성을 높이려는 노력을 기울여 왔다.
생산업체에서는 보드 및 부품 표면과 보호 목적의 코팅은 안정적이고 고정적으로 결합하고, 이 결합이 혹독하고 가혹한 환경 조건을 견뎌 내기를 바라고 있다. 한 검사기 업계의 자료에 따르면, 컨포멀 코팅의 최종 품질은 많은 재료 및 프로세스 관련 변수에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 이러한 결함에는 다양한 원인이 있는데, 그중 상당 부분은 기판이나 부품을 제조할 때 발생하거나 조립 생산 중에 부착되는 불순물 추가로 인해 나타난다. 불량한 솔더 레지스트 경화, 플럭스 잔여물, 부품 하우징의 분리제 등 회로 기판 및 부품의 재료 비호환성과 품질 문제도 이에 영향을 미칠 수 있다. 대부분 이는 조립 표면과 보호 코팅 사이의 박리로 이어진다.
다른 많은 결함도 자주 그리고 다양한 형태로 발생할 수 있다. 예를 들어, 소켓이나 접점과 같이 코팅되지 않은 상태로 유지되어야 하는 위치에 코팅을 적용할 수 있다. 또 다른 결함은 블리스터링(blistering)이다. 공기가 갇히면 블리스터링이 생기고 최악의 경우 표면으로 밀려나 터져 경화 중에 크레이터(craters)가 남을 수 있다. 또한 코팅을 과도한 압력으로 도포하면 생성된 거품으로 인해 코팅 표면에 오렌지 껍질 현상(Orange-Peel Effects)이 생길 수 있다. 적용된 보호 코팅층의 두께도 중요한 역할을 한다. 즉, 코팅이 고르게 적용되어야 한다. 제조업체의 기술 데이터 시트에서 권장하는 레이어 두께를 초과하면 코팅의 박리 및 균열이 발생하거나 용매가 갇히게 되어 보이드가 발생할 수 있다. 이중 코팅 역시 재료가 허용하는 경우에만 수행해야 한다.
컨포멀 코팅이 제대로 적용되지 않으면 제품의 장기적인 신뢰성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 자동차에 사용되는 전자모듈 제조과정에서 발생하는 코팅 불량은 승객의 안전과 보안을 위협할 수 있다. 고도로 자동화된 제조 공정 시대에도 많은 회사에서는 여전히 컨포멀 코팅 검사를 수동으로 수행하고 있다. 이러한 경우 작업자의 숙련도와 피로도에 따라 인적오류가 발생할 수 있다. 이러한 인적 오류를 줄이고 검사 공정의 품질과 반복성을 향상시키는 것이 자동화된 컨포멀 코팅 검사기의 역할이다.
CCI 시스템은 코팅 제조업체가 일반적으로 제품에 자외선 형광 염료를 추가하기 때문에 UV 조명을 사용한다. 형광체는 UV LED가 장착된 카메라로 쉽게 감지할 수 있으므로 코팅에 대한 수동 및 자동 광학 검사를 수행할 수 있다. 이를 위해서는 입자가 고르게 분포되어야 하며, 균일하고 안정적으로 형광을 발해야 한다. 코팅층이 고르게 도포된 경우 형광 입자의 특성으로 인해 입자가 지속적으로 UV 광선에 노출될 때 빛이 일정한 강도로 방출된다. 카메라 시스템은 방출된 빛의 강도를 감지하고 캡처할 수 있다. 크랙, 보이드, 오렌지 껍질, 과도한 코팅, 심지어 코팅 누락과 같은 다양한 형태의 표면 수준 손상이 자외선에 의해 가시화된다. 컨포멀 코팅 결함 탐지의 핵심은 코팅의 조명 정도이다. UV 광원에 노출될 때 빛을 발하게 하는 추적 물질을 코팅에 추가하여 수행한다. 컨포멀 코팅 및 버블 검사를 위해 모든 업체는 UV LED 조명을 통해 검사 이미지를 획득하고 검사한다. 티칭 및 기준 마크 인식을 위해 백색 LED를 추가한 업체도 있다. 더불어, 컨포멀 코팅이 보드의 양면에 실시하는 물종이 대부분이기에 이에 대응하는 반전 시스템을 모든 검사기 업체가 옵션사항으로 제공하고 있다. 불필요한 공정을 최소화하여 짧은 생산사이클 타임으로 생산 효율성을 극대화하고, 외부 보드 플리퍼가 필요 없어 설치 공간을 최소화하기 위한 목적에서 제공하고 있다. 반전기 지원은 현재는 기본 사양 같은 옵션이 되었다.
최근까지 컨포멀 코팅 검사에는 2D 검사만 필요했다. 그러나 근래에 들어서는 3D 검사에 대한 수요가 증가했다. 이는 코팅이 특정 두께에 도달하도록 보장해야 하기 때문에 발생했다. 코팅은 부품을 보호할 수 있을 만큼 두꺼워야 하며, 휴대성 경쟁력을 갖추면서 코팅 재료의 소모를 최소화할 수 있을 만큼 얇아야 한다. 컨포멀 코팅을 너무 얇게 도포할 경우, 보호가 필요한 부분이 충분히 보호되지 않을 수 있다. 반대로, 코팅을 너무 두껍게 하면, 기판에 불필요한 응력이 가해져 기포나 균열 등의 부작용이 발생할 수 있다. IPC는 컨포멀 코팅 유형에 따라 30~130um 사이의 두께를 권장하고 있다. 기판의 품질을 위해서는 적절한 코팅 두께가 매우 중요하지만, 코팅 자체가 투명하고, 표면이 매끄럽지 못한 울퉁불퉁한 상태가 대부분이기에 3차원 두께 검사가 쉽지 않다.
코팅 두께 측정 검사기는 스펙트럼 간섭 레이저 변위 센서 기술을 이용하고 있다. 광학계에서 빛을 조사하고 코팅 매질을 투과하여 하단면과 표면에서 반사되는 주파수를 취합하여 그 차이를 연산하여 산출한다. 연산속도를 높이는 검사알고리즘 기술이 뒷받침되어야 한다.
코팅 두께 측정이 안되는 대표적인 영역은 칩/IC 바디 위, 리드 위, 구부러진 리드 위, 필렛 위 등을 꼽을 수 있다. 변위 센서에서 조사된 빛 혹은 레이저의 반사가 예상치 못한 각도로 튀는 기술적인 한계성이 원인이다. 여러 개의 센서를 부착하면 측정할 수 있지만 그렇다면 인라인 개념에서 거리가 있는 계측형 설비가 된다.
인라인 CI에서의 변위 센서가 시간과 관계없이 PCB 위는 검출할 수 있는 반면, 부품의 몸체 위나 다른 곳은 측정하지 못하는 경우가 있다. 변위 센서와 대상체가 일정 거리를 유지해야 센서가 작동해 높이 정보를 받아들인다. 그런데 이형부품이 많이 장착된 보드에서는 그 거리를 유지하기 어려운 경우가 있다. 큰 부품의 간섭을 받는다. 일정 부품이나 지정 부품을 검사할 수 없을 수도 있다. 두께를 측정하기 위한 높이 제한 때문에 측정하지 못할 수도 있다. 이 점도 하나의 제약사항으로 여겨지고 있다.
글로벌 CCI 시장 확장에 대해서는 시장조사업체에서 한목소리를 내고 있다. 자동차, 항공우주, 전자 제조 산업에서 소형화 추세, 엄격한 품질 표준, 전자 조립품의 복잡성 증가가 해당 시장에 영향을 미치고 있다. 전자 디바이스의 밀도가 높아지고 소형화됨에 따라 정확하고 효과적인 컨포멀 코팅 검사 솔루션에 대한 필요성이 커지고 있으며, 이는 검사 시스템 기술의 발전을 촉진하고 있다. 이로 인해 시장규모 확대를 전망하고 있다. Verified Market Reports는 글로벌 컨포멀 코팅 검사 시스템 시장 규모가 `22년에 9억4,513만 달러(약 1조2,956억원)에서 `30년에는 14억9,383만 달러(약 2조479억원)으로 성장할 것이라고 예상했다. QYResearch은 앞선 업체와 다른 시장 규모를 예측했지만, 시장 확장에 대해서는 동일한 의견을 표출했다. 최신의 보고서에서는, 글로벌 컨포멀 코팅 검사기 시장이 `22년 4억2,500만 달러(약 5,826억원)에서 `29년 7억3,070만 달러(약 1조17억원)에 달할 것으로 봤다.
많은 광학 검사기 업체에서는 CCI 시장이 큰 변화 없이 흘러가고 있다고 말하고 있다. 설비수요의 급등이나 급락 없는 완만한 상승한 곡선을 그리고 있다고 추가 설명했다. 그러면서 전형적인 틈새시장 성격이 짙은 곳이라고 규정하고 있다. CCI는 현재 필요로 하는 후공정 라인에서 정해진 일부 물량에 들어가고 있다. CCI는 전장 중에서도 특정 생산품 공정에만 적용되고 있는 것으로 알려져 있다. 이미 구축된 내연기관용 보드 생산라인에 일부 들어가기 시작했지만, 그 수요가 미미한 반면, 전기차, 자율주행차 관련 라인에 주로 투입되고 있다. 시장이 한정적이다. 더군다나 이들 생산라인이 가전, 휴대전화 라인처럼 대규모로 늘어나지 않기에 대규모 수주는 없을 것이라는 의견이 주를 이루고 있다.
성장 가능성에 대해서는 긍정이 담긴 한목소리를 내고 있다. (주)미르기술 신중엽 상무는 “CCI 시장성장을 이끄는 긍정의 요인들이 몇 가지 있다. 우선, 컨포멀 코팅 검사에 대한 생산현장에서의 인식 변화를 꼽는다. 국내 임가공 업계에서는 CCI 설비를 공정 상에서 없어서는 안 되는 설비라는 생각이 자리 잡았다. 코팅 공정에 CCI 투입에 거부감이 없어졌다”면서, “또한, 넓어진 고객처도 또 다른 요인이다. 여전히 자동차 전장 업종이 메인 고객이지만, 가전 업종에서도 고기능의 CCI 요구가 많아지고 있다. 최종 가전제품의 안정성 강화를 통한 품질 개선 목적으로 컨포멀 코팅 활용도가 넓어지고 있다”고 말했다.
(주)펨트론 조현식 상무는 “3D CCI를 출시했던 초창기와 비교해 보면 시장파이는 확실히 커진 것 같다. 코팅 라인은 필수적으로 적용하는 업체도 늘었고, 작업자에 의존했던 수동 라인이 자동라인으로 교체하는 경우도 심심치 않게 접하고 있다. 결국, 하나의 공정 프로세스로 받아들이고 있다. 코팅, 경화, 검사까지 수행하는 컨포멀 코팅 프로세스의 자동화 시스템이 자리를 잡았다고 해도 과언이 아니다”고 현재의 고객분위기를 전했다. 이어서 그는 “이렇게 자리 잡은 게 한 2년 정도 되었다. 초창기에는 원청사의 요청에 따라 구매하는 업체가 많았는데, 이제는 하나의 코팅 공정 프로세스를 구축하였다. 결국, 전자산업계 전반에 걸친 CCI 설비의 긍정적인 인식의 변화, 주요 고객처인 자동차 전장 업종의 품질 제고를 위한 코팅 두께 검사 표준화 정립 움직임 등은 강력한 성장동력으로 작용했고, 여전히 긍정의 요소로 남아 있다”고 덧붙였다. 더불어 (주)펨트론 조현식 상무는 CCI 성장 이유로 또 다른 요인을 꼽았다. 그는 “국내 임가공 업체의 생산라인 다양화로 인한 수요가 적지 않았다”고 말했다. 그의 말을 요약하면, 임가공 업체에서는 SMT 물량만 수주해서는 수익성이 낮다고 판단하고 SMT, 코팅, 조립 공정까지 원스톱 작업이 가능한 라인 구성을 가져가는 업체들이 늘었다. 경기침체에 따른 국내 생산물동량 감소 문제를 해소하기 위해 생산 비즈니스 영역이 허물어지고 있다. 이전 SMD 찍는 업체, 코팅 전문업체, 후공정 수삽/자삽/조립 전문업체로 구분되었던 비즈니스가 하나의 업체에서 모두 수행하는 경우가 흔해졌다. 물량을 발주하는 입장에서도 한 곳에서 생산품 작업을 마무리할 수 있다는 점에서 이러한 생산구조를 선호하고 있다. 이 같은 생산라인 다양화는 근 몇 년동안 SMT설비투자 시장에서 중심이 되었고, CCI 검사기 요구도 늘었다.
한편, 시장 급성장 가능성을 제기한 업체에서는 코팅 검사 공정 표준화 설정 작업이 마무리 단계에 왔으며, 검사기 성능 개선을 이유로 들었다. B 업체 관계자는 “그동안 CCI 시장의 성장을 저해했던 큰 이유는 코팅 검사 공정에 대한 생산현장과 검사기 업체의 한정된 정보와 검사기 성능의 한계”이라면서, “코팅 검사의 필요성을 인식한 업체에서 조차 정확한 검사 사양과 범위를 설정하지 못했다. 그럴 수밖에 없는 게 코팅 상태 검사 관련 국제규격이 명확하게 명시된 지침이 없기 때문이었다. 그런데 근래에 들어 다년간 라인 검증 작업을 수행한 업체가 검사 공정 사양을 설정에 본격적인 모습을 드러내고 있어서 수요가 늘어날 것”이라고 주장했다. 또한 그는 “CCI 검사성능 개선도 수요 확대의 긍정 요소이다. CCI 성능을 두고 검사기 업체와 현장사이에는 좁히기 힘들 간극이 있었다. 초창기 3D AOI 시장에서 대두되었던 현장이 나왔다. 현장에서는 한 번의 이미지 획득으로 코팅 영역의 검사가 가능하기를 바라지만, 검사기 업체에서는 광학 기술의 제약과 설비 원가 상승을 이유로 대응력이 높지 않았다. 따라서 고객 눈높이를 맞추는 CCI가 등장한다면 해당 시장에서 돌풍을 일으키고, 전체 시장규모 확대에 이바지할 것”이라고 말하고 있다.
검사기 업계에서는 두께 측정 기준이 최근 완화되고 있는 것 같다고 말하고 있다. 이전에는 상당한 엄격한 측정 조건을 설정하고 진행해 왔는데, 요즘에는 다소 누그러진 모양새이다. 기술적인 한계로 인해 측정이 매우 어렵다는 것을 원청사에서도 받아들였기 때문으로 분석된다. 두께 측정에서 다소 한 발 물러난 현장에서는 다른 검사항목 강화를 유도하고 있다. 대표적으로, 코팅 내 버블 검출에 주력하고 있다. 해당 검사의 신뢰성 구축은 예전부터 나왔지만, 최근에 더욱 커졌다는 게 검사기 업계의 이야기이다. SAKI코리아 김규섭 지사장은 “코팅 내의 버블이 쇼트의 원인 중 하나로 여겨지고 있다. 특히, 부품의 리드와 리드 사이에 버블이 존재할 경우, 트러블로 간주하는 원청업체가 다수이다. 버블 내에 무엇이 들어있는지 모른다는 이유에서이다. 그리고 부품의 바디 위에 생성된 버블이 지속적인 진동, 충격을 받으면 코팅 자체를 떼어내는 원인으로 지목되고 있다. 떨어진 코팅이 커넥터 내부로 들어갈 경우, 전기적 회로적 비접촉 현상을 유발한다. 그래서 전장 업종에서는 버블 검사를 필수로 지정하고 있다”고 설명했다. 완성차 업체에서는 버블을 검출 항목으로 지정하여 관리하고 있다. 아쉽게도 코팅 검사기에서는 버블을 완벽하게 극복하지 못하고 있다. 검사기에서 획득한 2D 영상만 가지고는 버블인지 아니면 부품의 필렛인지를 명확하기 구분하지 못하고 있다. 가성불량이 많이 발생한다. 이러한 이유로 버블 검사성능이 검사기의 능력을 좌우하는 하나의 잣대가 되기 시작했다. 대부분의 검사기 업체들은 버블 검출성 향상의 출발점을 좀 더 정확한 이미지 정보를 습득에 두고 있으며, 빅데이터를 활용한 검사알고리즘 강화라는 뒷심을 키우고 있다. 보다 선명하고 정밀한 빛 반사 정보를 얻을 수 있는 광학기술 개선과 더불어 검사알고리즘을 개선하고 있다.
검사기 업계에서는 버블과 더불어 코팅 유무(표면의 일정 부문의 코팅 혹은 코팅이 안 되어야 하는 영역의 코팅 등을 검사) 기능에도 집중하고 있다. 실제 현장에서 이와 관련한 요구가 많이 나오고 있기 때문이다.
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