모바일, 전장 중심의 인라인 3D AXI Needs   
검사속도 및 검출력 버전업 모델 출시 예정   

In-Line AXI 시장이 보다 구체화되고 있다. 연초부터 모바일, 반도체, 전장 업종에 인라인 AXI를 납품했다는 이야기를 심심치 않게 듣고 있다. 제조업체 입장에서 보면, 요구 물량이 성에 차지 않지만 초기 시장임을 감안하면 결코 적은 물량이 아니다. 비록 특정 업종에 한정되어 시장이 형성되어 있지만 인라인 AXI 이야기가 전반적으로 퍼져나가면서 기존 부정적인 인식을 희석시키고 있다. 한편, 모든 X-Ray 업체들은 올해 하반기 빨라진 검사속도, 높아진 검사성능의 신제품 출시를 계획하고 있어 향후 치열한 경쟁이 예상되고 있다.
 

AXI에 대한 시장이 조금씩 살아나면서 X-Ray 제조업체들의 발걸음이 바빠지고 있다. 장기간의 전자산업계 경기 위축으로 어려운 시기이지만 X-Ray 시장은 약간 다른 분위기를 형성하고 있다. 휴먼텍 신태양 이사는 “X-Ray 검사기 시장 특히, In-Line AXI 시장은 활발해지고 있다. 국내뿐만 아니라 중국, 베트남의 해외 공장까지 폭 넓게 요구하고 있다”면서, “In-Line AXI 시장은 폭발적이지 않지만 확실히 확대되고 있다. 몇 년 전까지만 해도 X-Ray 검사기의 In-Line화가 불가능하다는 시선이 높았는데, AXI의 검사속도 및 검사성능 향상으로 이제는 ‘적용 가능’이라는 인식이 자리를 잡아가고 있기 때문”이라고 이유를 들었다.
지난해 초반부터 X-Ray 자동검사, 즉 AXI(Automated X-Ray Inspection) 개념의 설비에 대한 관심이 높아졌다. 제조업체에 따르면, In-Line 혹은 Off-Line X-Ray 검사기 구분 없이 AXI 기능이 탑재된 설비만을 찾고 있다. X-Ray 검사기가 자체적으로 확보한 영상을 이용하여 불량을 자동으로 판정하는 AXI 설비는 주로 대량 생산시스템 구조의 업종과 납땜 불량 유출이 치명적인 업종에서 선호되고 있다. 바로 모바일 업종과 전장 업종이 그 주인공이다.
모바일 원청업체에서는 품질강화를 강하게 요구하고 있다. 보드의 전수검사한 데이터를 요청하고 있다. 모바일 기판의 실장 수준은 작은 양면 보드 사이즈에 수십 가지의 소형 부품들이 고밀집도로 장착되기로 유명하다. 더불어 근래에는 전자파차폐, 부품 보호 등의 목적으로 실드캔 처리되고 있다. 모바일 관련 실장 테크놀로지가 빠르게 진화하고 있고, 성숙단계에 접어든 스마트폰 시장에서 불량 제품은 브랜드인지도에 악영향으로 작용하고 있어서 원청업체들은 최종제품 출하 전에 불량유출을 최대한 막아내길 원하고 있다. 이러한 심리가 협력업체에 고스란히 전해지면서 대응 솔루션인 검사기 수요가 높아가고 있다.
전장 업종의 원청업체의 불량관리는 까다로운 수준으로 정평이 나있다. 검출해야 하는 불량항목도 가전 및 모바일 업종에 비해 훨씬 많고, 불량을 규정하는 범위도 타이트하다. 실장 테크놀로지 관점에서 보면, 모바일 업종에 비해 수준이 낮은 정도이지만 보드의 조그마한 불량이 사람의 수명과 직결한다는 점 때문에 상당히 높은 수준으로 생산품질을 관리하고 있다. 이러한 상황에서 전장용 보드에 소형부품 장착 비중이 높아지고 있다. 한정된 보드 사이즈 내에서 다기능을 실현하기 위해 첨단 부품들이 들어가기 시작했고, 그 대표적으로 BGA, QFP, QFN 등의 부품 실장이 확산세에 있다. BGA의 경우, 일반 2D X-Ray를 이용해서는 정확한 불량을 검출하기 어렵다. 검사기 설정을 잘한다고 하더라도 BGA 내부의 보이드 정도만 검출하는 수준이다. 현재 전장업체는 이 수준보다 더 넓게 BGA 관련 불량을 검사하고자 하고 있다.

배터리, LED 업종에서의 니즈도 증가 
배터리 업종도 X-Ray 검사기 업체들이 눈 여겨 보고 있다. 국내 대기업은 전기자동차 배터리 공급 사업을 본격화하고 있다. 전기자동차에는 18650, 26650의 원통형 배터리가 차종에 따라 수천개 이상이 들어간다. 배터리 검사는 양산성 극대화를 위해  인라인으로 구축되어 진행되고 있다.
LED 업종에서도 수요가 조금씩 나오고 있다. 장착되는 수량이 많은 LED 칩 자체를 빠르게 검사할 수 있는 인라인 AXI 이야기가 들리고 있다. 해당 업종에서는 X-Ray 검사기로 LED의 전극 상태 검사목적으로 이용하고 있다. 단순한 검사이지만 AOI로는 LED 빛으로 검사가 제한적이어서 AXI 설비 필요성이 커진 상황이다.

앞선 이유로 인해 X-Ray 검사기, 특히 AXI 수요가 많아지고 있다. 휴먼텍 신태양 이사는 “인라인 AXI 시장에서 전장, 모바일 업종의 비중이 높은 것이 사실이지만, 그 외의 디스플레이, 일반 가전 등의 업종에서도 꾸준한 요청이 들어오고 있다. 불과 1~2년 전만해도 전장, 모바일 업종에 한해서만 In-Line AXI 시장이 형성되었는데, 최근에는 전자산업계 전반으로 조금씩 확대되고 있는 느낌이다”고 면서, “SMT 실장 기술의 발전에 따라 In-Line AIXI 시장이 커지고 있는 것 같다. 양면 보드에 BGA, QFP 등의 실장이 늘어나면서 원청업체에서는 생산품질 확보를 위해 까다롭게 관리하고 있다. 특히, 이들 부품들은 광학검사 시스템을 이용한 불량검사 한계로 In-Line AXI에 관심을 보이고 있다. 더불어, 인건비 절감 목적의 In-Line AXI 수요도 나오고 있다”고 이야기했다. ㈜자비스 김형철 대표는 “In-Line 2D X-Ray 설비에 대한 고객 니즈의 강도가 지난해보다 훨씬 커지고 있고, 실제 X-Ray 검사기 시장도 해당 설비 중심으로 형성되어 있다. 특히, 모바일 업체들이 큰 목소리를 내고 있다. 양면 보드에 소형 칩들의 장착이 증대되고 있는 상황에서, 원청업체들이 생산품질 데이터를 요구하고 있기 때문이다. 하지만 X-Ray 검사기술의 기술적인 한계로 인해 풀 In-Line화를 실현하지 못하고 있어서 현 시점 기준으로 보면, 기대만큼 확대되지 못하고 있다”고 아쉬움을 표했다.

인라인 AXI 시장 확산 추세는 천천히 

글로벌 모바일 협력사들은 인라인 AXI 설비 투자에 적극적인 행보를 보이고 있다. 원청업체들이 전수검사를 요구하니깐 다들 X-Ray 장비를 구매했다. 수율 높고, 자금이 되는 물종을 검사하려는 목적으로 구매하고 있다. 아직은 최소한 모바일, 일부 자동차 전종 업종도 그렇고 싸이클 타임이 빠르고, 밀집도 높은 실장의 양면 보드가 사용되는 물종에 한정해서 사용되고 있다. 테크밸리㈜ 박진근 전무는 “현재 특정 모바일 업체 협력사를 제외하고는 2D 인라인 검사기 수요는 가뭄에 콩 나는 수준이다. 선도적인 업체에서 시범적으로 적용하고 있는데, 원하는 검사속도를 충족시키지 못해 시장이 확산되지 못하고 있다”고 말했다. 국내 X-Ray 검사기 업체들이 발표한 지난해 매출 기준으로 보면, 국내 산업용 X-Ray 시장은 400~500억원대 규모 수준으로 추정된다.
X-Ray 제조업체들은 시장 파이를 더욱 키우기 위한 전제조건으로, 생산라인에 100% 대응하는 인라인 AXI 등장을 말하고 있다. 그러면서 아직까지 기술적인 부문에서 해결책이 없다는 점을 들어 아쉬워하고 있다. 생산현장에서는 라인에 투입된 인라인 X-Ray 검사기가 전수검사를 하고, AOI처럼 자체적으로 양불을 판정하기를 원하고 있다.

AXI와 인라인 검사기의 개념의 약간 다르다. 그런데 AXI가 정상적으로 풀 인라인에 대응하지 못하기 때문에 대부분의 업체들은 단동기 개념으로 사용하고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 진짜 X-Ray 시장이 활성화되기 위해서는 라인당 한 대를 집어넣는 시장이 활성화되어야만 한다. 즉, 인라인 X-Ray 설비가 되어야 한다. 
X-Ray 검사공정이 필수적으로 자리 잡아가고 있지만 현재 모바일과 전장 업종을 제외한 대부분의 업체들은 저가의 오프라인 장비를 선호하고 있다고 관련 업체에서는 이야기하고 있다. 특히 해외공장에서 선호도는 더 높다고 덧붙였다. 모바일 원청업체에서는 전수검사를 요구하고 있지만, 협력업체의 구성 시스템에 대해서는 크게 신경 쓰지 않는 분위기이다. 신규 X-Ray 검사기를 구입해야 하는 협력업체 입장에서는 투자대비 양산성을 따지지 않을 수 없다. 인라인 AXI 수요도 있지만 저가의 오프라인 설비 시장이 활성화되고 있는 이유이다. 해외에 진출한 대부분의 협력업체들은 해당 지역의 저렴한 인건비이기 때문에 X-Ray 검사 공정에 사람을 투입하는 프로세스를 유지하고 있다. ㈜자비스 김형철 대표는 “해외 지역의 인건비는 아직까지 낮은 편이다. 지역에 따라 다르지만 현재 국내 업체들이 진출한 지역은 인건비는 저렴한 곳에 자리 잡고 있다. 그래서 초기 투자비용이 큰 인라인 검사기 보다는 중고 혹은 오프라인 설비를 구입한 후 생산물종에 맞게 오버홀 작업을 진행해 사용하고 있는 분위기이다. 인라인 시장이 주춤한 또 다른 이유이다”고 말했다.

인라인 AXI 시장, 격돌 예상      

국내 모든 X-Ray 업체들은 업그레이드된 인라인 AXI 모델 출시를 거의 비슷한 시기로 잡고 있어서 향후 치열한 경쟁이 예고되고 있다. 모든 업체들은 생산라인에 녹아들 수 있는 ‘검사속도’와 ‘검사 정확도’를 공통 사항으로 이야기하고 업버전 시켰다고 이야기하고 있다.

검사속도 향상을 위해 하드웨어적인 구조 개선과 연산처리속도 향상을 위한 강력한 GPU 장착이 언급되고 있다. X-Ray 소스를 쏘고 해당 영상을 받는 시간을 최소화하는 구조로 개선하기도 하고 검사기에 기판이 들어가는 로딩/언로딩 시간도 염두에 둔 구조적인 개선이 큰 부문을 차지하고 있다. 제조업체마다 측정하는 기준이 다르지만 평균적으로 한 FOV당 1초 이내의 검사속도 구현을 목표로 개발을 진행해 왔다.
검사 정확도 측면에서는 양면 보드의 중첩된 이미지를 해소하는 솔루션이 강조되고 있다. 유일한 솔루션이 3D인데, 3D 검사는 생산택타임에 제한이 너무 많다. 이러한 문제점을 조금이라도 없애는 강화된 검사알고리즘과 솔루션을 장착하고 있다.
현재 X-Ray 검사기의 주요 고객인 휴대전화 협력업체에서는 스마트폰 메인보드, 주변보드의 실드캔 내부를 검사하는 용도로 사용하고 있다. 글로벌 스마트폰 시장을 거의 양분하고 있는 원청업체는 여러 가지 이유를 들어 전략적으로 단면 보드와 양면 보드를 고수하고 있다. 이에 따라 업체별로 요청한 X-Ray 검사기 성능이 약간 다르다. 단면 보드를 생산하는 협력업체는 일반적인 X-Ray 검사와 비슷한 조건이기에 검사성능 측면에서 고기능을 원하지 않고 있다. 반면, 양면 보드를 생산하는 업체에서는 여러 기능 중 확실한 하나의 기능을 원하고 있다. 바로 보고자 하는 면만 추출해서 볼 수 있는 검사기능이다. 상면, 하면의 부품들의 이미지 중첩현상이 나타나 불량 검출력이 확연히 떨어진다. 이를 해결하기 위해 보다 강력한 소프트웨어가 필요하다. 양면 보드 검사는 상면, 하면을 모두 촬영해서 데이터를 확보한 후 보고자하는 면만 추출하여 본다. 이점으로 인해 양면 보드의 물량을 받은 업체들은 해당 기능이 적용된 In-Line 2D X-Ray 검사기를 선택하고 있다. 사실, 예전 엑스레이 업체들이 보고자하는 이미지만을 추출하는 기능을 발표한 시기가 있었다. 그러나 그 당시 필요성이 낮고, 가성불량이 많아서 거의 사장되었었다. 그런데 최근 이 기능이 다시 각광받고 있다. X-Ray 검사기의 하드웨어적인 구조는 비슷하지만 소프트웨어 측면에서 시장이 나뉘고 있다. 양면 보드 검사가 가능한 기능을 추가하려는 노력을 기울이고 있다.

3D AXI 수요 증대 中       

모바일 업종에서는 2D AXI의 검사한계로 인해 3D AXI에서 답을 찾는 노력을 하고 있다. 특히, 양면 보드의 중첩된 이미지 중에서 보고자 하는 단면만 추출하여 검사할 수 있는 솔루션을 얻기를 강력하게 원하고 있다. 그런데 문제는 3D CT 방식의 AXI는 검사택타임이 너무 길다는 점이다. CT 단층 영상을 활용하여 인라인으로 구성한 장비들이 양면 보드를 단층 슬라이스를 통해서 검사한다. 그래서 사이클 타임이 빠른 업종에서는 대응하기 어렵다. 모바일 업종에서는 무조건 라인 사이클 타임을 맞춰놓고 그 안에서 얼마나 검사하느냐를 따진다. 생산성을 낮춰가면서까지 검사를 하려는 임가공 업체는 전무할 것이다. 그래서 생산라인에서는 3D CT AXI만으로 전수검사를 하기보다는 특정 영역만 검사하는 구조로 사용하고 있다. 불량 발생률이 낮은 포인트는 2D 검사로 확인하는 수준으로 검사하고, 2D 검사방식이 통하지 않는 영역에서는 3D 검사방식을 활용하는 구조를 꾸며 사용하고 있다.
3D AXI가 요구되는 반도체, 전장용 부품 등의 하이엔드 시장은 별도로 꾸준하게 형성되어 있다고 말하고 있다. 파워디바이스, TSV 등과 관련한 요구가 나오고 있다. 업체들의 매출을 취합해 보면, 순수 국내 시장은 1년에 20~30대 수준으로 파악된다. 테크밸리㈜ 박진근 전무는 “분석용 오프라인 3D X-Ray 시장은 연구소 중심으로 형성되는 수준으로 자연 성장세가 예상되고 있다. 반면, 3D 인라인 AXI 시장의 성장세는 가파르게 오를 것”이라고 전망하면서, “현 수준의 검사 사이클 타임에서 수용할 수 있는 업종을 중심으로 커질 것 같다. 대표적으로 전장 업종을 꼽을 수 있다. 현재 인라인 3D AXI를 사용하는 주요 목적은 양면 보드 중에서 단면만 추출해서 보기 위해서이다. 일반 가전 업종에서는 긴 검사택타임 때문에 적용에 한계가 있지만, 반도체 및 전장 분야에서는 품질이 우선이기에 어느 정도 타협하는 수준에서 인라인 3D AXI를 선호할 수밖에 없을 것”이라고 전했다.
고조된 3D 검사 수요 분위기, 하드웨어적으로 고속 스캔 기술의 도입, 소프트웨어적으로 고속 영상재구성 및 검사 기술의 개발 및 개선 등으로 3D X-Ray 시장은 크게 성장할 것으로 예상된다.

자동차 전장 업종에서는 BGA의 젖음성 검사에 주로 사용하고 있는 것으로 알려져 있다. 원청업체에서는 오픈, 헤드인필로우 유형의 BGA 젖음성 불량 검사요구를 높이고 있다. 기존 2D X-Ray 검사기에서는 BGA의 과소, 이상형태 등의 데이터를 활용해서 젖음성 불량을 유추했었다. 완벽하게 검사하지 못했다. 그런데 CT로 단층을 잘라서 보면 보다 정확하게 판단할 수 있다. 전장 업체의 파워디바이스 검사용으로도 3D AXI 수요가 강하게 나오고 있다. SAKI Corp. 김규섭 과장은 “자동차가 전자기기화되면서 불량검출 조건이 까다로워지고 있으며, 더불어 전기차 관련 파워디바이스 자체의 고신뢰성 요구가 동반 상승해서 이와 관련한 솔루션을 전장업체에서 찾고 있다”고 말했다.
반도체 업종에서 3D AXI를 활용한 검사포인트는 생각보다 단순하다. 보이드, 크랙, 범프와 상대 패키지와의 접합 퀄리티(제대로 접합이 되었는지, 멜팅이 되었는지, 오픈되었는지, 범프의 미싱 상태) 등에 관한 요구가 있다. 이 중에서 특히 보이드와 크랙의 불량 유무 판별이 핵심이다. 그런데 문제는 이들을 불량으로 판단할 수 있는 기준이 표준화 및 정형화되어 있지 않다는 것이다. 즉, 정확한 검사기준이 표준화되지 않았다는 이야기이다. 업종마다 그리고 업체들마다 판단하는 기준이 다르기 때문에 X-Ray 제조업체에서는 개발 기준을 설정하기가 어렵다고 토로하고 있다. 특히, 크랙의 경우 크랙의 사이즈에 대한 양불을 정의하기가 상당히 어렵다고 제조업체에서는 말하고 있다. 몇 미크론 이상의 크기가 검출하면 불량이라는 정의가 없다. 단지 생산라인에서는 크랙의 사이즈에 상관없이 모두 검출하기를 생산현장에서 바라고 있다. 크로스섹션을 통한 고배율의 SEM 급의 성능을 바라고 있다.
제3자의 관점에서 보면 X-Ray 검사기의 진화가 지지부분한 것처럼 느껴지지만, 최근 5년 사이 급격하게 발전해 왔다. 특히, 3D X-Ray 설비의 버전업은 두드러지게 나타나고 있다. 우선 핵심부품인 튜브, 디텍터가 상위 버전으로 지속적으로 업그레이드 되고 있으며, PC의 하드웨어를 강화하여 연산처리능력을 빠르게 해서 검사속도가 상당히 단축되었다. 여기에 소프트웨어들도 향상되고 있다. 선명한 이미지를 확보할 수 있는 필터링 기술과 재구성하는 기술 등이 나날이 좋아지고 있다. ㈜쓰리디산업영상 이석원 팀장은 “X-선 투과영상을 다루다 보니 아무래도 검사 영역의 중첩영상 극복과 중첩 영상에 대해 정확한 검사 알고리즘 개발이 가장 어렵다”면서 “효과적인 Masking 기술과 다양한 기법의 영상재구성 기술로 영상 Layer를 분리하고, 검사 이미지간의 위치 정렬 기술, 일정하지 않은 밝기값의 영상을 보정하는 기술이 중요하다”고 말했다.