홈   >   Cover Story 이 기사의 입력시간 : 2019-07-01 (월) 10:04:05
2019년 X-Ray 검사기 시장동향
X-Ray 업계의 가장 큰 화두는 단연 ‘In-Line 3D AXI’
2019-07  글 : 박성호 기자 /reporter@sgmedia.co.kr
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연초 전장 업체의 3D AXI 선정으로 큰 관심 보여
전장 중심의 시장확대 가능성 높아져

지난해와 달리 올해 In-Line AXI 시장은 외관상으로는 잠잠한 모습이다. In-Line 2D AXI 시장을 이끌었던 모바일 업종의 수요가 줄어들면서 해당 시장이 조용해졌다. X-Ray 업계에서는 올해 모바일 업종의 In-Line 2D AXI 투자가 어느 정도 완성단계에 도달한 것으로 예측되지만, 양산형 X-Ray 설비는 품질강화 요구가 현재보다 더 높아질 것으로 예상되는 배터리, SMT 공정, 카메라모듈 중심의 시장은 앞으로도 유효하다고 보고 있다. 특히, X-Ray 업체들들은 In-Line 3D CT AXI에 집중하고 있다. 전장 업체에서 양산형 검사기로 선정하였고, 해당 설비에 대한 문의가 지속적으로 이어지고 있기 때문이다. 모든 검사기 업체들은 검사속도와 검사신뢰성을 끌어올린 양산형 3D AXI 개발에 집중하고 있으며, 시장성장에 한 축을 담당하고자 하는 의지를 내비치고 있다.


In-Line 2D AXI(Automated X-Ray Inspection) 시장은 올해도 조용한 분위기를 이어나가고 있다. 신규 설비투자 건을 찾아보기 어려워 X-Ray 검사기 업체들이 힘들어 하지만 상반기 대부분의 업체들은 동년대비 성장을 기록했다고 말하고 있다. 규모 있는 투자가 줄어들었지만 소량의 수요가 꾸준하게 나와서 나쁘지 않을 실적을 기록하고 있다. 전반적인 설비투자 위축이라는 커다란 파고를 만났지만, X-Ray 시장은 비교적 안정적으로 흘러가고 있는 모습을 보이고 있다.

휴대전화 협력업체 중심으로 활발하게 움직였던 In-Line 2D AXI 시장이 지난해부터 소강상태에 접어들었다. In-Line 3D AXI 시장이 조금씩 기지개를 펼치고 있어 2D AXI 시장위축을 상쇄하고 있다. 설비투자 위축에도 해당 검사기 업체들은 성장가능성을 점치고 있다. 생산품질 강화흐름이 여전해 AXI의 필요성이 더욱 높아지고 있기 때문이다. 휴대전화, 자동차뿐만 아니라 LED, 배터리 생산라인에서 각 요소부품들에 대한 품질 강화가 높아지고 있다. 이로 인해 다양한 애플리케이션에서 X-Ray 검사 수요가 나오고 있다.
Market Research Future(MRFR)이 최근 발표한 자료에 따르면, 글로벌 X-Ray 검사 시스템 시장은 2018~2023년까지 8%의 눈에 띄는 CAGR로 확대되어 약 8억1천만 달러의 시장규모가 예상된다. 식품 및 제약 산업, 항공 분야 및 첨단 기술 업종에서의 수요가 시장을 주도하고 있다고 분석했다. Market Study Report(MSR)는 산업용 X-Ray 검사 시스템 시장이 향후 4년간 CAGR 4.1%의 성장세를 보여 2019년에는 620만 달러(USD)에서 2024년 790만 달러(USD)에 이를 것으로 예상했다. 향후 수년간 북미 및 유럽 지역의 산업용 X-Ray 시스템에 대한 수요가 증가하고 있으며, 보다 발전된 산업용 X-Ray 장비가 시장을 주도할 것으로 내다봤다. 중국 시장의 수요 증대로 예측했다. 자동차 분야의 지출 증가, 치열한 경쟁, 신제품 출시, 일반 산업에 대한 지출 증가, 구형 기술의 개보수 및 수리, 산업용 X-Ray 검사 시스템의 채택이 늘어날 것으로 예측했다.
MSR는 시장 성장속도가 느려질 수도 있다고 지적했다. 산업용 X-Ray 검사기의 소비량이 전방 산업 및 세계 경제와 깊은 관련이 있고, 향후 몇 년 동안 세계 경제가 불투명하기 때문에 산업용 X-Ray 검사기 산업의 성장 속도가 그다지 빠르지 않을 수도 있다고 설명했다. 그러나 산업용 X-Ray 검사 시스템 시장은 여전히 유망한 영역이라고 마무리하였다.
산업용 검사기 시장의 성장과 함께 이미지 처리 소프트웨어 시장도 동반성장이 기대된다. Mordor Intelligence는 산업용 X-Ray 검사기 및 이미징 소프트웨어 시장이 2019~2024년까지 6.25%의 CAGR로 증가할 것으로 내다봤다. 높은 산업계 표준, 안전 규정, 테스트 의무 및 예방 유지보수의 준수 요구가 항공 산업 및 자동차 분야 중심으로 확산되어 검사기 및 이미징 솔루션의 채택을 촉진하고 있다고 설명했다. 지난 5년 동안 시장의 X-Ray 제조업체들은 사용의 편의성 및 자동 결함 인식 소프트웨어 향상을 위해 고성능의 GPU와 고급 검사알고리즘을 개선해 왔다. 그러나 초음파 시스템과의 치열한 경쟁, 높은 방사선 위험, 숙련된 인력 부족, 특히 디지털 방사선 촬영 및 상대적으로 높은 배치 비용이 성장의 저해요소라고 지적했다.

X-Ray 업계에서는 잠잠한 In-Line AXI 시장 이유를 설비투자 위축의 여파로 보고 있다. 국내 SMT 임가공 업체들이 몰려 있는 베트남 지역도 신규 투자를 거의 찾아보기 힘든 상황이다. 베트남 진출 협력사의 라인가동율이 50%에 미치지 못한 것으로 알려져 있다. 신규 라인증설을 기대하기 어려운 실정이다. 더불어 미중 무역전쟁에 따른 글로벌 경기둔화가 예측되어 임가공 업체들은 라인 증설을 미루고 있다. 
업계에서는 올해 모바일 업종의 In-Line 2D AXI 투자가 어느 정도 완성단계와 이르렀다고 이야기하고 있다. 지난해까지 투자를 해야 하는 업체들 상당수가 구매해서 올해는 크게 기대하기 힘들다고 여기고 있다. 휴대전화 생산량 증대, X-Ray 검사가 필수적인 신규 부품 및 기술 적용이라는 특별한 이슈가 없다면 기대하기 어렵다고 보고 있다. 하지만 모바일 업종의 In-Line 2D AXI 투자 주춤 현상이 오래가지 않을 것으로 X-Ray 업계에서는 예상하고 있다. (주)쎄크의 전승원 연구소장은 “올해의 분위기만 보고 In-Line 2D AXI 시장 포화를 언급하기에는 아직 이르다. 양산형 X-Ray 설비의 경우, 품질강화 요구가 현재보다 더 높아질 것으로 예상되는 배터리, SMT 공정, 카메라모듈 중심의 시장은 앞으로도 유효하다고 본다”면서, “모바일 업종을 포함한 SMT 업종의 공정 신뢰성을 확보하기 위한 In-Line 2D AXI 요구가 여전해 그 수요는 계속 이어져 갈 것”이라고 전망했다. (주)자비스 김형철 대표는 “많은 업체들이 구매를 했지만 아직도 투자해야 하는 업체들이 많이 남아 있다. 시간이 갈수록 X-Ray 품질확인 요구는 높아질 것이고, In-Line 2D AXI 설비의 검사속도, 신뢰성이 개선될 것으로 예상되어 향후 시장성장 가능성은 꽤 높다고 생각한다”고 말했다. 이어 그는 “기존 오프라인 X-Ray 검사기의 AXI 전환 니즈가 많아지고 있다. 최소한의 비용으로 원청업체의 품질강화 요구에 대응하려는 협력업체들이 많다는 것을 의미하며, 이들 업체들이 In-Line AXI 수요로 전환한 가능성도 존재해 있다. 물론 이러한 분위기를 조성하기 위해서는 높은 경제성의 검사기라는 인식이 전제가 되어야 할 것”이라고 덧붙였다.

In-Line 3D AXI 니즈 커져

전장 업종, 본격 구축
In-Line 3D CT AXI에 대한 관심이 매우 높아지고 있다. 올해 연초 전장 업체에서 In-Line 3D AXI를 선정하면서 성장 가능성에 대한 기대감이 커졌다. 글로벌 원청업체의 납땜품질 3D 검사를 충족하면서 생산성 증대를 이루기 위해 과감하게 In-Line 검사기를 선택한 것으로 알려져 있다.
양산형 3D CT AXI 공급업체에서는 전장과 배터리 업종을 초기 시장의 타깃을 잡고 있다. 특히, 자동차 전장의 3D AXI 수요가 급성장할 것으로 예상했다. 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. In-Line 3D AXI를 선정한 전장 업체는 상당히 까다로운 수준의 스펙을 요구하고 있는 것으로 알려져 있다. In-Line 2D AXI 급의 검사속도로 HiP 불량 검출을 신뢰성 있게 검출하기를 바라고 있다. 단순하게 계산하면 한 포인트당 3초 이하의 검사속도가 나와야 한다. 3D 영상 리컨을 감안하면 극한의 기술력이 필요하다. 동종 업체에서는 시장 개화를 단축하는 경우라고 보고 응원의 메시지를 보내고 있다. 

일부 X-Ray 업체들은 파워디바이스 모듈 공정이 In-Line 3D AXI 주요시장이 될 것으로 보고 있다. 파워디바이스 모듈은 안전하고 편리한 주행을 보조해주는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)에 사용되고 있다. 자율주행자동차에 주로 사용되는 핵심부품이다. 자율주행의 안정성은 사람 생명과 직결되기 때문에 파워디바이스 모듈의 3D CT 검사 의무화를 예상하고 있다. 특히, 대량의 생산구조에 적합한 양산형 3D CT AXI의 수요가 커질 것으로 내다보고 있다. A 업체 관계자는 “최근 일본계 파워디바이스 업체들은 자율주행용 파워모듈에 한하여 In-Line 3D AXI를 적극 검토하고 있는 분위기이다. 이들 업체는 2020년 라인 현실화를 목표로 하고 있다. In-Line 3D AXI의 본격적인 개화도 그 시기에 구체화될 것 같다”고 예상했다. B 업체 관계자는 “In-Line 3D AXI에서는 생산공정의 택타임을 맞추는 작업에 집중하고 있다. 그런데 실질적으로 일본에서는 사람 목숨과 직결된 부품 및 보드의 경우에는 전수검사를 실시하고 있다. 일본 자동차 주요부품에서는 이렇게 바뀌었다. 구체적인 시행시기는 아직 구체화되지 않았지만, 일본의 자동차전장용 주요부품들을 생산하는 업체들은 3D AXI 적용을 적극적으로 검토하고 적용하고 있다”고 전했다.
3D AXI 관련 업체들은 파워디바이스 모듈 시장을 보고 연구개발에 집중하고 있다. In-Line화에 집중하고 있는데, 검사택타임을 맞추는데 고민하고 있다. 하지만 지난해보다 빨라진 신규 버전을 연이어 선보면서 시장 개화에 만만의 준비를 다하고 있는 모습이다.
파워디바이스 모듈 공정에서는 생산 제품에 따라 크게 2개의 사양의 3D CT AXI가 요구될 것으로 보인다. 225Kv급의 고관전압 설비와 130~150Kv급의 일반 관전압 X-Ray 검사기 시장이 나뉠 것으로 예상된다. 파워디바이스의 적용 재질의 변화가 주요 이유이다. 신뢰성 및 내열성 향상을 위해 글로벌 선두 업체들은 자사만의 노하우를 접목한 최첨단 재질로 교체하고 있다. 산업용 애플리케이션과 달리, 차량에 반도체를 집적시키는 작업은 부분적으로 훨씬 까다로운 조건을 요구한다. 강한 진동, 높은 온도, 과도 부하, 높은 전력밀도 혹은 많은 부하 사이클 횟수와 같은 환경 및 시스템 조건들은 반도체 설계와 적용에 상당한 영향을 미친다. 기존 130~150Kv 관전압으로는 X-Ray을 투과하지 못하는 재질이 속속 등장하고 있다. A 업체 관계자는 “파워디바이스 모듈의 기술 진화에 따라 고관전압 3D AXI 수요가 커질 것”이라고 전망했다. B 업체 관계자는 “파워디바이스 업체들이 고관전압 설비가 필요한 공정으로 움직이고 있는 추세이기는 하지만 일반 관전압의 X-Ray 수요도 꽤 넓은 편이다”면서, “국내 전장용 파워디바이스 모듈 생산업체는 양산성이 확보된 제품을 주로 생산하고 있어서 일반 관전압의 검사 설비를 요구하고 있는 반면, 글로벌 전장용 업체에서는 색다른 재질을 적용하려는 움직임이 있어서 고관전압 니즈가 나오고 있다”고 말했다.

배터리 업종의 3D AXI 적용 가능성 높아져  
X-Ray 업체들은 배터리 업종에도 관심을 기울이고 있다. 배터리 셀 제조업체들은 안정성 강화를 위해 배터리 패키징 이후 내부 검사에 대해 필요성이 제기되었고, 국내 대표 셀 제조업체들은 2016년부터 본격적으로 차량용 이차전지에 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 이차전지 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 예상하고 있다.

빨라진 검사속도, 높아진 검사신뢰성의 신규 모델 등장 ‘임박’ 

검사기 업체들의 In-Line 3D CT AXI에 대한 ‘검사택타임 단축’과 ‘검사신뢰성 향상’ 노력은 여전히 진행되고 있다. 업계에서는, FOV당 검사를 완료하고 다음 영역으로 이동하는 한계시간을 10초 이하로 목표설정하고 있다. 생산현장의 눈높이가 광학검사기를 기준으로 보고 있어서 이를 충족시키기 위해 역량을 집중하고 있다. X-Ray 업체들은 하드웨어와 소프트웨어를 동시에 개선하여 3D CT AXI 양산형 설비로 진화시키고 있다. 하드웨어적으로는 고속 스캔 구조 변경하고 있으며, 소프트웨어적으로는 고속 영상재구성 및 검사알고리즘을 개선하고 있다. 핵심부품인 튜브, 디텍터를 고속검사에 걸 맞는 제품으로 선택하고 있으며, 최신의 GPU를 선택해 연산처리능력을 높이고 있다. 더불어 소프트웨어 개선에도 매진하고 있다. 선명한 이미지를 확보할 수 있는 필터링 기술과 재구성하는 기술 등을 끊임없이 개선하고 있다.
X-Ray 검사기 업체들은 올해 하반기 혹은 내년 상반기에 초고속 In-Line 3D AXI 출시를 목표로 잡고 있다. 여기에 가격적인 측면까지 고려하여 In-Line 3D AXI 시장을 키워나간다는 공통된 목표를 설정하고 있다. 

반도체 패키징, 양산형 AXI 수요 전망

반도체 업계에서는 CMOS 공정 축소 노드가 한계선에 가까워지면서 반도체 성능 간극을 메우는데 도움이 되는 패키징 기술이 필요해졌다. 보다 작고 빠르면서 전력소모도 적은 반도체 생산을 지속하기 위해 반도체 업계에서는 칩을 3D로 적층하는 방식이나 그 밖에 다른 혁신적인 방식의 패키징 기법으로 전환하는 추세다. 이는 패키지 구조를 점점 더 복잡하게 만들고 제조상의 새로운 과제들을 배출할 뿐만 아니라 패키지 불량의 가능성도 높인다. 게다가 불량이 발생하는 물리적 위치가 이처럼 복잡한 3D 구조 안에 묻혀 있는 경우도 많기 때문에 불량의 위치를 시각화하기 위한 기존의 기법들은 점점 더 효과가 떨어지는 추세다. 따라서 이러한 첨단 패키징에서 불량의 근원을 효과적으로 차단하고 확인할 수 있는 X-Ray 검사기의 수요가 늘어나고 있다.
반도체 패키징 업체들은 패키징 내의 BGA 범프 검사 목적으로 오프라인 X-Ray 검사기를 주로 사용하고 있다. BGA의 일반적인 검사 항목들 냉납, 소납, 과납, 쇼트, 오픈 등을 검사하고 있으며, 큰 변화 없이 시장이 안정적으로 흘러가고 있다. 최근에는 SiP 공정의 마이크로범프 검사용 X-Ray 수요도 늘어나고 있다. 그 동안은 오프라인 X-Ray 검사기로 생산공정개선을 위한 QA/QC 측면의 샘플링 검사용도로 사용하였다.
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.
3~4년에 대두되었던 방사능에 의한 칩 혹은 패턴 아웃 현상 이슈가 현재는 잠잠해졌다. 패키징 업체들은 기본적으로 장시간 방사능에 노출시키면 데미지를 입는다고 잠정 결론을 내렸다. 그리고 미세피치로 갈수록 이러한 이슈가 발생할 가능성이 높을 것이라고 예측했다. 그래서 피폭량을 일일이 확인하고 특정 파장의 방사선을 제거할 수 있는 콜리메타 혹은 필터 적용을 요구하고 있다. 더불어 관전압이 높으면 문제 발생소지가 있다고 판단하고 160kV 이하의 설비들이 선호하고 있다.
한편, 패키징 업체들의 X-Ray 검사기 활용도가 더 이상 확대되지 않을 것이라는 주장도 나왔다. F 업체 관계자는 “X-Ray 검사기 업체들이 반도체 패키징의 전수검사 시장 개화를 기대하고 있는데, 아직은 그 시기가 아닌 것 같다. 아직까지 X-Ray 검사기를 공정개선을 위한 용도로 주로 사용하고 있다”면서, “칩 혹은 패턴 아웃 이슈를 사전에 방지하기 위해 X-Ray 사용을 없앨 수 있는 방법을 강구하고 있다. 양산공정을 X-Ray 검사가 필요 없는 수준까지 끌어 올리고 양산으로 흘리는 게 기본 전략인 것 같다”고 이야기 했다.
모바일 업종에서의 양산형 3D CT AXI 니즈도 예상되지만, 실현 가능성이 극히 낮다는 의견이 많다. 철저하게 경제성을 측면을 강조하는 업종이기에 광학검사기 급의 가격대로 내려가지 않은 이상 모바일 업체들이 구입하기란 쉽지 않을 것으로 보고 있다. 


 

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