마스크 전자동 교체 스크린프린터 본격화 
차세대 시장, 0201 & 마이크로LED TV

전반적인 SMT경기가 지난해와 비슷한 분위기로 흘러가고 있지만, 스크린프린터 업체들은 다소 어두운 시장을 말하고 있다. 모바일/백색가전의 설비투자 비중 하락과 더불어 반도체 패키징 업종에서의 스크린프린터 수요도 내년부터 발생할 것으로 보이기 때문이다. 적층 패키지, 극소형 부품 장착 등의 기술적인 진보는 하이엔드 급의 최신 설비요구가 더욱 강해지는 한해가 될 것으로 보인다. 더불어, 고속 고정밀도의 스크린프린터 성능은 향후 시장에 큰 경쟁력으로 자리 잡을 것으로 예상된다. 최근 디스플레이 업체들이 마이크로LED TV 사업을 강화하고 있는 자세를 취하고 있기 때문이다. 현재의 시장보다는 앞선 시장을 준비하고 있는 하이엔드 업체들의 니즈에 발 맞춰 스크린프린터는 지금도 진화를 거듭하고 있다.
 

올해 스크린프린터 시장은 지난해보다 더 위축된 것으로 보인다. 모바일/백색가전 업종의 낮은 설비투자가를 예측했지만, 예상보다 훨씬 밑돌아 스크린프린터 업체들을 힘들게 하였다. 그나마 다행인 점은 극소형 부품, 자동차 전장 그리고 최첨단 반도체 프린팅 공정용 고사양의 설비요구가 나왔다. A 업체 관계자는 “전년도 4사분기부터, PCB 시장이 다소 활기를 되찾고, 투자분위기가 조금씩 나아지고 있지만, 이 추세가 올 한 해 동안 지속될지는 의문이다. 국내 PCB 시장은 자동차 관련 투자 외에는 전망이 어두워 보인다. 자세히 들여다보면, 전장 업종의 투자도 크게 기대하기 어려운 상황이다. 일부 전장업체는 국내투자를 위해 공장증설을 계획하고 있지만 최저임금 등의 영향으로 해외투자 비중이 늘어나고 있다“고 어두웠던 올해 경기를 이야기했다.
당분간 모바일/백색가전의 설비투자를 기대하기 어렵다는 게 SMT업계들의 공통된 의견이다. 지난 몇 년간 SMT 설비시장을 이끌어왔던 이들 업종이 시장성숙기에 진입하여 이제는 대규모 라인증설투자를 찾아보기 어렵다고 이야기하고 있다. IDC 발표 자료에 따르면, 2017년 4사분기 전 세계 스마트폰 출하량은 4.035억대로 전년 동기 4.307억대에 비해서 -6.3% 감소했다. 전 세계적으로 성수기에 해당하는 4사분기에 출하량이 감소한 것은 스마트폰 수요 감소가 일시적인 것이 아니라 당분간 정체되거나 감소를 지속할 것이라고 전망했다.
스마트폰 출하량 감소는 결국 협력업체의 물동량 하락과 직결된다. 결국, SMT 설비시장의 큰 손인 협력업체들이 지갑을 열 가능성이 희박해졌다. A 업체 관계자는 “지난 몇 년간, 이미 동남아시아 등의 현지에 구축된 설비 라인들이 많다. 그리고 이전과 달리 신규 모델용 라인증설하는 업체들이 없다”면서, “최근에 출시되는 A사, S사의 스마트폰 역시 기존라인에서 생산이 가능한 수준의 PCB군들이고, 신규라인 추가 투자되어야 할 만큼의 수요가 늘어날 것이라는 의견을 찾아보기 어렵다. 결국 이들 시장 역시 올해 설비투자가 낮았다”이라고 말했다.
이전과 달리 신규 스마트폰 출시에 따른 설비증대이 사라졌다. Apple이 올해 하반기에 3가지의 모델 출시를 했지만, 벌써부터 판매실적 저조를 걱정하고 있는 목소리가 커지고 있다.
반도체 업종의 경기는 올해도 활발했다. 휴대형 기기의 수요가 끊임없이 나오고 있어서 AP, D램, 낸드플래시와 같은 메모리 반도체와 RF(Radio Frequency)칩, PMIC, 각종 센서류 등의 비메모리 반도체들의 생산물량은 여전히 고점을 찍고 있다. 이와 관련한 설비투자 일정 수준에서 이뤄졌다.
반도체 패키징 업종의 투자전망에 있어서 스크린프린터 업체들은 마운터 업체들과는 다른 견해를 피력했다. 프린터 관점에서 보면, 패키징 업체들의 설비투자는 예년과 비슷한 수준을 유지할 것이라는 의견이 다수였다. 지난해 하반기 경에는 비트코인 서버용 D램과 SSD 낸드플래시 라인증설 이야기가 잠시 나왔지만, 규제강화로 현재는 잠정 중단되었다. 이처럼 스팟성 투자가 아니면 예년의 수준으로 설비투자가 집행될 것으로 보았는데, 전망과 비슷한 분위기로 흘러갔다.
요즘 스크린프린터 업체들은 반도체 패키징 업체들의 양산용 수요와 더불어 최첨단 신규 품종용 시장에도 큰 관심을 내비치고 있다. 대부분의 패키징 업체들은 신규 품종을 겨냥한 파일럿 라인을 구축에 집중하고 있으며, 이러한 작업에 프린터 업체들은 적극적으로 대응하고 있다. 대응 설비제공에 따른 시장선점효과를 누리기 위한 포석이다.

반도체 패키징 업체들의 최첨단 생산제품 물량을 소화하기 위해서는 고사양의 투자가 이어질 수밖에 없다고 업계에서는 관측하고 있다. 0201 부품 이후의 최첨단 제품을 대비하려고, 후공정 업체들은 대응 솔루션을 찾고 있다. 대표적으로 웨이퍼 레벨 프린팅 공정이다. 이와 관련한 스크린프린터 공급에 노력하고 있다.

고정밀도의 프린팅 니즈 강해질 듯

올해 스크린프린터 시장에서의 한 가지 특색은, 캐파 증대 목적의 설비투자가 아니라는 점이다. 휴대전화, 디스플레이, 백색 가전 등의 생산물량 급등을 기대하기 어려운 시기이기에 캐파 증대용 설비는 크게 어필하지 못하고 있다. 0201, 마이크로LED와 같은 극소형 사이즈의 프린팅 패드에 대응할 수 있는 고정밀도 프린터의 목소리가 커지고 있는 이유이다.

0201 공정용 프린터 수요, 내년 이후 예상 
현재 전세계적으로 스크린프린터와 관련해 이슈되고 있는 것이 0201(008004) 대응이다. 0201 부품의 프린팅 패드 사이즈는 100㎛이다. 이는 스크린프린터가 100~150㎛의 솔더 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. 그러나 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 말하고 있다. 현재 0201 프린팅 테스트가 완전하게 마무리되지 않았기 때문이다. 단순히 스크린프린터 만의 성능 확인 작업이 아닌 최상의 프린팅 결과를 제공할 수 있는 프린팅 공정 파라미터를 찾는 작업은 여전히 진행 중에 있다. 0201 부품의 프린팅 패드 사이즈는 100㎛이다. 안정적이고 높은 납빠짐성을 실현하기 위해 0.04mm 이하의 매우 얇은 두께의 마스크에 여러 조건의 솔더페이스트를 적용한 각각의 결과를 비교분석하고 있다. 0201 부품 프린팅과 관련해 명확한 기준점이 없는 상황이기에, 패키징 업체들은 각자 개별적으로 최적화된 사양을 찾는 작업을 1년 넘게 이어오고 있다. B 업체 관계자는 “100㎛ 패드에 안정적인 납빠짐성을 제공하기 위해서는 스크린프린터 하나만으로 대응하는 수준을 넘어섰다. 이제는 스크린프린터와 부자재가 복합적으로 감안되어야 한다. 단순히 프린터의 성능 고하를 논하기는 어렵다”고 면서, “0201 부품을 파일럿 로트로 양산하는 업체도 있지만, 대부분의 업체들은 아직도 테스트를 실시하고 있다. 따라서 본격 양산에 적용되기까지는 약간의 시간이 필요하다. 내년 이후에 양산용 설비수요가 나오기 시작할 것”이라고 전망했다.

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 시장성은 장밋빛이다. 글로벌 TV 제조업체들이 마이크로LED TV를 차세대 주력 제품군으로 설정하고 연구개발에 박차를 가하고 있다. 삼성전자는 세계 최초로 마이크로LED를 적용한 146인치 모듈러 TV ‘더 월(The Wall)’ TV를 공개하며 세계 전자업계의 이목을 집중시켰다. 이 회사는 연내 주문 생산 방식으로 판매를 시작해 내년부터 본격적인 시장 확대에 나선다는 계획이다. LG전자는 하반기께 마이크로LED TV를 공개하고, 양산기술력을 높여 가격경쟁력을 구축하려는 노력을 기울이고 있다는 이야기가 전해지고 있다. Apple은 스마트폰, 웨어러블 기기 적용을 목적으로 마이크로LED 연구를 비밀리에 실시하고 있다는 외신도 접하고 있다. 따라서 스크린프린터 업체들은 마이크로LED TV 공정용 고정밀도 고속의 설비 수요가 커질 것으로 예상하고 있다.
스크린프린터 업체들은 마이크로LED TV 공정의 요구를 생각보다 수월하게 충족시킬 수 있을 것으로 말하고 있다. 근래에 지속적으로 테스트하고 있는 0201 부품 공정과 비슷한 프린팅 성능이 필요하기 때문이다. 가로·세로 각각 100㎛ 이하인 마이크로LED의 프린팅 공정은 100~150미크론의 프린팅 성능이 안정적으로 나와야 한다. ±12.5㎛@6δ의 Machine Alignment 사양에서도 대응할 수 있다. 그런데 내구성 및 신뢰성을 감안하면 이 사양을 더 높여야 한다고 스크린프린터 업체에서는 말하고 있다.

마스크 전자동 스크린프린터 본격화
마스크 자동교체 기능을 내포한 전자동 스크린프린터에 대한 관심이 커지고 있다. 국내 스크린프린터 업체가 지난해 하반기 해외전시회를 통해 처음 소개했다. 이 회사는 생산라인무인 자동화 즉, Industry 4.0 실현에 지대한 역할을 담당할 것으로 기대하고 있다. 마스크 전자동 교체 설비는 기본적으로, 설비후면에 마스크 자동교체 설비를 배치하고 마스크를 넣어 등록을 한 다음, 프린터설비에서 모델 교체를 실시하면 메탈 마스크를 자동으로 회수/공급한다. 해당 기능은 외산 설비업체들이 이미 오래 전에 개발 출시했으나, 아직 국내 제조 라인에 적용하여 사용하는 경우가 극히 드물었다.
마스크 자동교체 기종의 큰 장점은 기종 변경 작업자를 없애는 무인화를 실현할 수 있다는 점이다. 더불어, 여러 개의 마스크를 설비 내부에 적재하는 구조이기에 기종 변경시간 축소, 휴먼 에러 발생가능성 방지 등의 이점을 제공하기 때문에 생산기종 변경이 잦은 전장업종에 적합한 설비로 여겨지고 있다.
설비업체들의 기술발달로 대부분의 설비는 무인화를 구현할 수 있는 솔루션을 제공하고 있다. 그런데 현재까지 스크린프린터의 마스크 교체 작업만은 전적으로 작업자의 손에 의존하고 있다. 대기업과 스크린프린터 업체의 긴밀한 협력을 통해 여러 가지 솔루션을 활용한 마스크 교체 무인화 노력을 기울였지만, 만족할 만한 자동화시스템을 찾지 못해 기존 방식을 고수하고 있다. 여기에는 해외지역의 낮은 인건비도 큰 영향을 미쳤다. 이러한 상황이기에 마스크 전자동 교체의 전자동 스크린프린터에 대한 관심이 클 수밖에 없다.
한편, 일각에서는 스크린프린터 내의 마스크 자제 자동교체가 진화형 설비임을 인정하면서도, 현재 가용한 마스크 교체 자동화 솔루션이 있어서 크게 확산되기 어려울 것이라고 이야기하고 있다. 마스크 적재 구조이기에 스크린프린터 설비 자체의 크기가 커져서 공간활용도가 나쁘고, 커지는 만큼 장비가격이 상승된다는 점을 이유로 들었다. 일반적으로 스크린프린터 설비의 1800mm이고, 마스크 폭이 1000mm이다. 마스크를 적재하기 위해서는 스크린프린터 설비가 2.8m로 늘어날 수밖에 없다. 백투백 구조의 라인구성이 주류인데, 늘어난 장비 사이즈는 큰 문제가 될 소지가 다분하기에 다관절 로봇과 AGV를 활용한 마스크 교체하는 자동화가 더 경제적일 수 있다고 주장하고 있다.
요즘 스크린프린터는 스텐실 교환 작업이 간편하도록 업그레이드되어 있다. 버튼을 누르면 스텐실이 외부로 나오는 구조로 설계되어 있다. MES를 통한 마스크 교체 신호가 나오면, 마스크를 적재한 AGV가 필요한 라인의 스크린프린터로 이동하고, 하나의 다관절 로봇이 프린터 하부 테이블에서 마스크를 빼는 동시에 다른 로봇이 새로운 마스크를 하부 테이블에 올리고, AGV는 스텐실 클리닝 설비로 이동하는 시스템이다. 여기에 로딩/언로딩 자동화까지 결합하면 된다고 주장하고 있다.