잔잔한 시장 분위기에서 경쟁력 구축 노력에 집중
친환경자동차 시대에 꼭 필요한 설비로 여겨져

솔더링 머신 업체들이 향후 시장을 겨냥해 활발한 기술개발을 거듭하고 있다. 국내 전자산업 기반이 줄어들면서 웨이브, 리플로우 등으로 대변되었던 솔더링 시장규모가 급격하게 줄어들었다. 진공리플로우, 셀렉티브 머신 그리고 레이저 솔더링을 차기 시장으로 여기고 집중하고 있다. 이들 설비들이 겨냥한 업종은 공통적으로 자동차 전장이다. 자동차의 전장화, 친환경자동차의 구체화, 자율주행자동차 등장 임박 등 전장관련 물동량 증가가 예상되기 때문이다. 특히 고품질의 납땜성, 대량의 생산성, 수작업 솔더링의 자동화 등 대규모의 특수 솔더링 수요가 예상되고 있어서 향후 시장을 대비해 기술개발이라는 기반을 다지고 있다. 이들 솔더링 업체들은 경제적인 가격대와 생산성 증대라는 공통된 숙제를 풀기 위해 역량을 집중하고 있다.

진공리플로우, 실제투자 바로 전 단계

진공리플로우 시장은 조용히 흘러가고 있다. 연초 국내 자동차 전장업체의 진공리플로우 투자건 이후 시장 활성화를 기대했지만 녹록치 않은 설비투자 여건이 발목을 잡았다. 헬러코리아(주) 박대용 부장은 “진공리플로우 시장 일반 SMT용 리플로우와 비슷한 시황을 보이고 있다. SMT 업종의 전반적인 투자위축이 크게 작용하고 있다. 당사 입장에서 진공리플로우는 지난해까지 빠른 성장세를 보였지만, 올해는 차분해진 인상을 받고 있다”고 시장분위기를 전했다.
솔더링 머신 업체들은 진공리플로우에 대한 인식은 확실히 보편화되었다고 말하고 있다. 친환경 HEV/EV 확대, 자율주행자동차 등으로 고품질의 납땜성 니즈가 예상되고 있다. 전장용 기판의 주요 사용처가 이전에는 ECU/Telematics/ABS/TCU 등에 한정되었으나, 친환경 자동차 시대에 접어들면서 전기모터의 전기를 공급하는 Inverter/Converter에도 적용이 증가하고 있다. 이러한 기술트렌드에 민감한 전장 협력사 업체들은 원청업체의 요구를 신속하게 대응하기 위해 진공리플로우에 깊은 관심을 보이고 있다. (주)TSM의 박종국 CS 팀장은 “원청사에서의 요구에 의해 협력업체들이 관심을 기울이고 있지만, 구체적인 투자로 이어지기 바로 전 단계에 있는 것 같다. 필요성을 많이 느끼고 있지만 실제로 투자하지는 않고 있다”면서, “반드시 진공리플로우가 필요한 공정과 업체에서만 구매하고 있다. 그리고 진공리플로우를 경험한 업체에서 재 구입하는 건수가 많아졌다. 월등한 납땜성을 느껴 본 업체에서는 거부감 없이 쉽게 접근하는 반면, 신규 업체에서는 상당히 신중한 모습을 보이고 있다는 점도 특색인 것 같다”고 덧붙였다.
진공리플로우가 현재는 전장 중심으로 형성되어 있지만 반도체 업종에서도 조금씩 수요가 나오고 있다. 미세피치 BGA, Flip Chip 및 파워디바이스 부품 등의 보이드 제거 기능에 대한 요구가 많은 편이다. 파워모듈 업종의 투자가 구체적이다. 파워모듈은 다수의 스위칭 소자(IGBT)와 다이오드(FRD), Pt 센서 등을 패키지화한 부품으로 가전제품뿐만 아니라 자동차, 산업용기기 등 모든 전자기기에 필수적으로 탑재되고 있다. 단순 전력 공급에서부터 변환, 안전성과 효율성 확보 등 다양한 역할을 하기 때문에 반도체의 신뢰성과 기능성 확보에 매우 중요한 소재다. 파워모듈은 높은 히팅 사이클이 필요하며 접합 면적이 넓다. 납땜 접합시 여러 문제가 발생하는데, 특히 보이드 발생에 취약하다. 진공리플로우가 Batch식 혹은 양산용으로 생산공정에 활용되고 있다.

듀얼레인 구조로 생산성 증대 꾀해
진공리플로우 업체들은 실제 구매가 늘어나긴 했지만 만족할만한 수준은 아니라고 말하고 있다. 고객사들의 반응을 종합해 보면, 해당 시장이 본격화되려면 약간의 시간이 더 필요할 것 같다고 입을 모으고 있다. 진공리플로우를 필수적으로 활용해야 하는 생산물종이 있기는 하지만, 아직 물종이 한정적이고, 생산량도 많은 편이 아니다. 그리고 원청업체에서 요구하는 보이드 %가 현재의 리플로우에서도 대응 가능한 수준이다. 리플로우 공정 잡기가 힘들어서 그렇지 불가능하지 않다. 이러한 이유로 진공리플로우의 확산세가 서서히 진행되고 있다. 여기에 초기투자비용이 높은 진공 설비라는 점도 협력업체의 마음을 열지 못하고 있다.

진공리플로우 업체들은 확산이 느린 이유로, 높은 초기투자비용, 좁은 범용성, 낮은 생산성을 이유로 꼽고 있다. 구조상으로 보면, 진공리플로우는 일반 리플로우에 진공 챔버를 부착한 설비이다. 진공 챔버가 추가 되는 만큼 설비의 단가가 높아질 수밖에 없다. 그리고 진공 챔버에 들어가는 진공 펌프, 센서 등의 가격이 높은 편이다. 계속 설비 가격이 내려가고 있지만 일반 리플로우 오븐에 비해 3~4배의 높은 가격은 임가공 업체에게 큰 부담으로 작용하고 있다.
진공 설비의 범용성이 좁다. 진공 설비의 탄생 목적이 보이드 해소이기 때문에 이와 관련된 제품에서만 사용되고 있다. 전장 일부, 방산 등 적용 애플리케이션이 매우 협소하다. 최근 진공 모드를 부착하여 용도에 따라 일반 리플로우와 진공리플로우 겸용으로 사용할 수 있는 설비가 등장한 이유도 이 문제를 극복하기 위해서이다. 그리고 진공리플로우 설비 및 공정 관련한 표준프로세스가 정립되지 않았다. 이로 인해 동일한 물종을 생산함에도 불구하고 업체마다 저마다 다른 사양을 요구하고 있다. 진공 리플로우 업체들은 전장 및 방산 원청업체들과 긴밀한 협력을 진공 관련 프로세스 표준화에 노력하면서 이를 극복하려는 노력을 기울이고 있다.
진공 리플로우의 낮은 생산성 요인은 큰 부문을 차지하고 있다. (주)민트테크놀로지의 이종득 대표는 “진공리플로우는 절대적으로 뺄 수 없는 시간이 존재한다. 목표 진공상태 조성에 필요한 10초, 진공상태에서 보이드 제거하는 5~10초, 진공상태에서 대기상태로 전환하는 10초 등 보통 25~30초가 필히 소요된다. 대량 생산시스템에 대응하기 위해서는 절대적인 진공시간 외의 다른 포인트에서 로스타임을 줄여야 하는데, 결코 만만한 작업이 아니다. 이와 더불어, 진공챔버 크기에 대형보드 대응력도 최근에 조금씩 이야기되고 있다”고 말했다.
단순하게 생산사이클을 단축하기 위해 진공화 시간을 빠르게 하면 될 것 같지만, 그러지 못하는 이유가 있다. 솔더볼 튐 현상과 같은 솔더링 품질 문제가 발생한다. 솔더링 문제를 최소화하는 진공화시간이 현재의 수준이다. 진공화시간은 건드릴 수 없는 절대 시간이다. 그래서 리플로우 업체들은 듀얼레인 구조로 눈을 돌리고 있다. 일반 듀얼레인 구조와 비슷하게 1개의 진공 챔버 내의 듀얼레인 혹은 2개의 진공 챔버 내의 싱글레인 구조를 염두에 두고 있다. 비용 상승은 불가피하지만 최고의 생산성을 확보할 수 있는 구조라고 여겨지고 있다.

셀렉티브 머신, 수요는 여전히 커진다

전반적인 셀렉티브 머신 시장은 조용하게 흘러가고 있지만, 많은 업체들이 뛰어들어 경쟁을 벌이기 시작했다. 모든 업체들이 성장가능성을 예상하고 적극적인 모습을 보이고 있다. 올해 셀렉티브 시장은 비교적 잠잠한 모습을 보이고 있다. 주요 고객처가 전장 업종인만큼 자동차 산업계의 시황에 민감하다. 완성차 업체의 판매실적이 지속적인 하락을 보이고 있다. 그 여파가 설비투자 시장까지 이어지고 있다. 설비 제조업체들은 자동차 전장 업종의 설비투자 움직임이 예년만 못하다고 말하고 있다. 특정 물종에 대한 라인투자는 극히 일부이며, 대부분의 업체들은 사용하고 있는 설비를 개량 및 개선하는 투자최소화에 집중하고 있다고 이야기하고 있다. 헬러코리아(주)의 박대용 부장은 “현재 국내 셀렉티브 시장은 소품종대량 생산 업종에서의 생산성 중점의 설비와 다품종소량 업종에서의 우수한 플렉서빌리티 설비 니즈가 혼재 되어 있다. 아직까지 플렉서빌리티 중심으로 시장이 형성되어 있지만, 향후에는 생산성을 가미한 셀렉티브 머신이 영역을 확대할 것 같다”고 예상했다.
셀렉티브 업체들은 향후 시장성을 좋게 보고 있다. 전기자동차 업종과 관련해서 솔더링 머신이 바뀌는 추세이다. 기존 웨이브에 보드를 태우고, 수납땜에 의존했던 작업들이 셀렉티브 솔더링 머신으로 전환하려는 모습이 보이고 있다. 최대한 사람의 손길을 배제하려는 완성차 업체들의 제조전략이 시장 변화의 원동력으로 작용하고 있다.
셀렉티브 솔더링 머신은 웨이브 솔더링을 대체하는 설비가 아니라 기술진화에 따른 포인트 솔더링 수요급증으로 형성된 시장이라고 보는 관점이 늘어나고 있다. 웨이브 솔더링 공정에서 셀렉티브 혹은 레이저 솔더링으로 세분화되고 있다는 주장을 시장에서 수긍하고 있다. 신명기전 어재우 전무는 “전자산업 발전추이가 일반 노멀한 PCB에서 소형화, 슬림화, 고집적화로 변화하고 있다. 기존의 솔더링 방식으로 대응하기에는 한계가 있다. 그래서 자꾸 새로운 솔더링 공정이 요구되고 있으며, 최근에는 셀렉티브가 많이 이야기 되고 있다. 그러면서 자동적으로 장비의 용도가 세분화되고 있다”고 말했다. “셀렉티브 머신은 만능이 아니다. 설비 사용에 필요한 비가공시간, 투자비, 생산효율을 봤을 때, 모든 업체들이 쉽게 살 수 있는 장비가 아니다. 범용성이 떨어져 접근의 한계가 있다”고 덧붙였다.

멀티형 셀렉티브 시장이 커질 듯
셀렉티브 머신은 크게 싱글 노즐 타입, 멀티 노즐 타입, DIP 셀렉티브 머신 3가지로 구분할 수 있다. 싱글 노즐 설비는 하나의 노즐이 프로그램된 위치에 맞춰 XY 이동하면서 특정 포인트만 납땜한다. 납땜에 필요한 노즐 이동시간이 추가되어서 작업량이 제한적이다.
싱글 셀렉티브 머신은 다품종소량 생산에 최적화된 설비이다. 생산택타임보다는 품질을 우선시하는 업종 및 물종에서 주로 활용하고 있다. 일정한 납량 높이 유지, 안정된 질소제공 시스템들이 대부분 비슷하다.
생산량 증대 목적에 맞춘 멀티 노즐을 장착한 설비와 DIP 방식을 활용한 머신이 등장했다. 근본적인 차이는 솔더링 적용 방식에 있다. 전자는 보드의 납땜 부위에 맞게 여러 개의 웨이브 노즐을 장착하여 노즐을 통해 동시에 솔더를 위로 분출하여 부품의 리드를 납땜한다. 반면 후자는 웨이브 솔더 포트 위해 포인트 솔더링이 필요한 영역에 구멍을 뚫어서 제작한 전용 지그를 덮은 후 보드를 내려 부품의 리드를 충진한다. 멀티 노즐 타입은 싱글 노즐 셀렉티브 기술에서 변형된 장비이고, DIP 셀렉티브 머신은 웨이브 기술을 응용한 설비이다. 현재 시장에서는 멀티형 타입 셀렉티브 솔더링 머신군에 이들 2장비를 하나의 카테고리로 묶어서 지칭하고 있다.
멀티 노즐 셀렉티브와 DIP 타입 머신은 일장일단이 있다. 생산성 측면에서 DIP 타입 장비가 조금 앞선다고 여겨지고 있다. 반면 전용 지그 제작비용에서는 멀티 노즐 셀렉티브가 유리하다. DIP 설비의 경우, 생산물종별 전용 지그를 사용해야 하기 때문에 여러 개의 지그를 확보해 두어야 한다. 모델체인지가 잦은 생산라인에서는 그 비용이 상당히 부담스럽다. 그리고 물종 변경에 따른 지그 교체 시간도 길다. 반면, 멀티 노즐 설비는 여러 개의 노즐만 준비되어 있으면 상대적으로 수월하게 납땜 포인트를 변경할 수 있다. A 업체 관계자는 “생산성 증대를 위해 셀렉티브 노즐 모듈을 늘려서 대응하고 있지만 만족할 수 없는 수준이며, 구성하는 투자비용도 만만치 않다. 싱글 노즐 설비의 대안으로 전용 지그를 활용한 DIP 셀렉티브 시장이 몇 년 전부터 주요 고객사의 요청으로 국내 시장에서 자리를 잡아가고 있다”면서, “DIP 셀렉티브 장비의 경우, 지그의 수명 증대, Non-Stop 지그 교체 그리고 공정 중 발생하는 솔더 브릿지 현상을 막을 수 있는 안정적인 기술 보유 여부가 큰 핵심이다”고 말했다.

관련 업계에서는 멀티 노즐 셀렉티브와 DIP 타입 머신이 각자의 장점이 뚜렷하게 부각되는 물종에 맞춰 시장을 차지할 것으로 예상하고 있다.
한편, 양산용 멀티 셀렉티브 시장은 진입장벽이 높은 편이다. 안정화시켜서 사용하고 있는 설비를 타 설비로 교체하는 비중이 높지 않다. 생산공정용으로 한 번 정해지면 바꾸기가 쉽지 않다. 교체를 위해서는 설비의 성능 테스트를 해야 하고, 이를 통과하면 물종에 맞는 전용 지그 혹은 노즐을 제작해야 한다. 전용 제품 제작 작업이 오래 걸린다. 한 번에 성공하지 못한다. 여러 번의 지그 및 노즐을 제작해야 한다. 이들 제품의 제조가격이 결코 낮지 않다. 장비 업체 및 제조업체 양쪽에 시간 및 비용이 급격하게 늘어나게 된다. 전용 지그 및 노즐을 완성했다고 끝이 아니다. 기술력이 가장 필요하다는 공정안정화가 남아 있다. 셀렉티브 머신은 커스터마이징 설비이다. 테스트에서부터 최종 공정안정화까지 많은 시간과 비용이 필요하다. 이로 인해 사용하는 설비가 아주 큰 문제가 없으면 기존 브랜드를 유지하려는 게 임가공 업체들의 마음이다. 휴먼텍의 김진용 부장은 “셀렉티브 납품은 계약서를 작성하고 장비를 납품했다고 끝나는 게 아니다. 오히려 납품 시점이 또 다른 작업이 시작이다. 최종 안정화를 구축하는데까지 번거롭고 지루한 작업의 연속이다”면서, “선(先) 진입 업체가 시장선점효과를 톡톡히 누릴 수 있는 시장이다. 전장 시장에서 해외 브랜드의 셀렉티브 머신이 강세를 보이는 이유 중 하나이다”고 분석했다. 탑솔루션(주) 이도형 대표는 “셀렉티브 솔더링 머신에 대한 고객들의 선호도에 따라 희비가 엇갈린다. 특정 업체가 시장을 장악하기는 어렵다. 엔지니어나 업체가 선호하는 브랜드가 있다. 첫째, 서비스 대응력을 체크하고, 둘째, 설비의 대응성을 본다. 앞으로도 이러한 추세가 이어질 것”이라고 이야기 했다.

레이저 솔더링, 패키징 업종이 ‘중심’  

레이저 응용 솔더링 머신에 대한 관심이 커지고 있다. 주로 자동차 전장, 휴대전화 부품 특히, 카메라모듈 공정에서 주로 활용되었던 레이저 솔더링 기술이 반도체 후공정에서부터 서서히 확장해 나가고 있다.
레이저 솔더링 공정이 하나의 솔루션으로 자리를 잡아가고 있다. (주)다원넥스뷰의 이동건 이사는 “레이저 솔더링은 솔더 와이어, 솔더페이스트, 솔더볼 3가지 형태에 대한 납땜이 가능한 유일한 열원 방식이다. 원조 레이저 솔더링 공법인 와이어의 경우, 늘어나고 있는 초소형 센서류 등에 0.2mm~0.5mm 직경으로 정량 납땜이 필요한 미세 Through Hole 공정에서 솔루션으로 자리 잡았고, 솔더페이스트를 사용하는 레이저 리플로우의 경우, 열가소성 수지 기반의 서브스트레이트 상 SMT 부품 실장공정과 반도체 서브스트레이트 상 BAG 타입의 IC 부품 패키징 분야에서, 그리고 솔더볼을 이용하는 레이저 젯팅의 경우에는 카메라 모듈, 지문 인식 모듈 등의 제조라인에서 표준 공정으로 자리 잡았다”고 말했다.
레이저 솔더링 업계에서는 올해부터 순차적으로 양산형 설비 수요가 나올 것으로 기대하고 있다. 그 동안 자동차 전장 업체에서 레이저 납땜품질의 내구성 및 성능을 검증하는 시간을 지난해까지 가졌다. 실제 제품 단위로 사용상의 평가가 나쁘지 않아 적용 범위를 늘리고 있다.
지난 3년간 카메라모듈 공정은 레이저 솔더링 머신의 최대 수요처였다. 카메라 모듈이 AF, OIS, 듀얼/트리플/쿼터블 카메라 등으로 진화를 거듭하면서 납땜 포인트가 많아져 생산량이 많아졌고, 고해상도로 가면서 파티클 문제에 더욱 민감해졌기 때문이다. (주)다원넥스뷰의 이동건 이사는 “생산량 증가에 대한 해결책으로 레이저 젯팅이 기존 포인트 솔더링 장비에 비해 최소 3~5배 빠른 택타임으로 생산성을 높였고, 솔더볼 공정이 Fluxless 공정으로 바꿔 Flux 분진 등 파티클 문제를 해결할 수 있었다. 전체 스마트폰 생산량이 정체기에 접어들었지만, 스마트폰당 카메라 모듈 수는 지속적으로 증가하고 있어서 앞으로도 당분간 수요가 지속 증가할 것”이라고 예상했다.
한정되어 있던 레이저 기술 응용처를 패키징 업종으로 확장해 나가고 있다. 국내 업체가 LAB(Laser assisted boding) 머신을 발표하면서 첫 포문을 열었다. LAB는 몇 해 전부터 특히 반도체 패키징 공정에서 혁신적인 기술로 각광을 받아오고 있다.
개발을 주도한 (주)프로텍 고윤성 상무는 LAB 성장가능성이 매우 높다고 말했다. 그는 “일반 컨벡션 리플로우에서는 6~7분 정도 열이 가해진다. 열이 가해지는 그 시간 동안 Thermal Stress를 받아서 본딩 및 솔더링의 품질이 달라질 수 있다. 이를 극복하는 LAB이 차세대 기술로 간주되고 있다”고 설명했다.
한편, 리플로우 업계에서는 LAB 확산이 되려면 시간이 필요할 것이라는 의견을 내비쳤다. B 업체 관계자는 “LAB는 반도체 패키징 공정의 매스 리플로우와 적용 애플리케이션이 조금 다르다. 현재 패키징 업체들은 특정 디바이스 때문에 적용하고 있는 것으로 알고 있다. 접합되는 포인트들 외에 열이 가해지면 안 되는 민감한 칩을 대상으로만 사용하고 있다”면서 “매스 리플로우 대비 가격대가 높고 생산성이 낮다. 이들 문제를 극복하지 못하면 특정 디바이스용으로만 존재할 가능성도 배제할 수 없다”고 말했다.
레이저 설비업체에서는 솔더링 머신의 성장 가능성이 높은 업종에 집중하고 있다. (주)다원넥스뷰 이동건 이사는 “시장을 세분화하면 단일 시장으로는 카메라 모듈, VCM, 지문인식센서, 3D Laser Module  등 수량이 많고 성장률이 높은 스마트폰 부품 시장이다. 5G 시대로 접어들면서 추가로 적용 애플리케이션이 늘어나고 있다. 두 번째로 보는 곳은 레이저 리플로우의 면적 빔을 이용한 IC 패키징 공정이다. 공정의 완성도 면에서 스마트폰 부품 시장에서 레이저 젯팅 시장이 시차상 먼저일 것이고, 레이저 리플로우의 경우, 현재 초기 양산 공정에서 발견된 문제점 등을 극복한 이후 급속한 성장이 이루어질 것”이라고 예상했다.
여러 업체에서 대면적 빔을 활용한 레이저 리플로우를 올해 하반기 출시를 예고하고 있어서 향후 시장이 조금씩 뜨거워질 것으로 보인다.