고가, 저가의 ‘투트랙(Two track)’ 전략 구사
3D 기반 틈새시장 개척 노력 여전

검사기 업체들은 올해 3D AOI 고속 성장이 한풀 꺾였다고 말하고 있다. 지난해 하반기부터 대량의 설비투자 건이 없어지고, 소량의 증설용과 교체수요가 주를 이루고 있는 현 상황을 언급하고 이 같이 진단했다. 한 발 더 나아가 3D AOI를 구입해야 하는 업체들은 모두 투자를 완료한 상황으로, 시장이 성숙했다고 관측하는 관계자도 있다. 그러나 기존 2D AOI의 교체가 여전히 남아있고, 신규 증설용으로 3D 검사기가 우선시 되고 있어서 성장세는 이어질 것으로 예상되고 있다. 기존 3D AOI 업체들은 시장점유율 확대와 수익성 창출을 위해 하이엔드 영역과 로엔드 영역을 동시에 공략하는 ‘투트랙(Two track)’ 전략를 펼치고 있다. 경제적인 가격대의 설비와 하이-레졸루션의 최첨단 설비가 경쟁하듯 등장하고 있다.

3D AOI 검사기 시장의 온도 자체가 조금씩 달라지고 있다. 검사기 업체들은 올해를 두고 온도 변화 조짐이 감지된 해였다고 평가하고 있다. 몇 년 동안 한 여름의 무더위를 연상할 정도로 3D AOI 수요가 뜨거웠지만, 올해는 가을로 넘어가는 간절기의 온도의 니즈가 나왔다. 자동차 전장, 반도체 후공정 업종에서는 기대에 못 미쳤지만 설비 투자가 꾸준하게 집행되었다. 반면 모바일, 백색 가전의 일반 SMT설비투자 건은 급격하게 사라졌다. 전통적으로 SMT설비시장에서 큰 영향을 미치고 있는 이들 업종의 투자 위축이 온도 하락에 결정적인 요인으로 꼽고 있다. (주)미르기술의 조용희 영업본부장은 “스마트폰 시장성숙에 따른 신규 라인증설 연기, 반도체 시장의 침제, 국내 완성차 업체들의 영업실적 저하 등의 전자산업계 이슈와 더불어 미중 무역전쟁 악화, 한일관계 경색국면 등의 외적인 요인이 겹치면서 경기 불확실성이 커졌고, 그 여파가 설비투자 시장에 그대로 미쳤다”면서 “올해 국내 지역에서 대규모 설비투자 건수를 찾아보기 어려웠다. 그래도 다행인 점은 3D AOI 시장에서는 비빌 언덕이 있었다. 기존 2D 검사기의 3D AOI 전환 시장이 꾸준한 편이어서 여타의 생산설비업체들보다 비교적 안정적으로 생산공장을 운영할 수 있었다”고 평했다. 휴먼텍의 신태양 상무는 “지난해와 비교해 일반 SMT용 설비시장은 20~30% 줄었든 것 같고, 3D AOI 시장은 확실하게 10~20% 감소한 느낌이다. 전반적인 투자 감소 상황에서도 3D AOI 시장의 하락폭이 비교적 적었던 이유는 교체 수요가 이어졌기 때문”이라고 분석했다. 이어 그는 “생산품질 제고와 라인직행율 증가 목적의 생산라인 업그레이드 추세가 이어지고 있으며, 보드의 고밀도화, 협피치화를 향한 기술 진화가 거듭되고 있어서 니즈는 해마다 커지고 있다. 지난해와 비슷하게 대형 투자건은 극소수에 불과한 반면, 라인보강 및 보완 목적의 중간급 규모의 수요, 다양한 업종에서의 소량 투자 건이 대부분이었다”고 말했다. SAKI코리아 김규섭 지사장은 “대량 투자보다는 소량의 투자가 집행되었다. 모바일, 전장 업종이 주를 이뤘다. 생산캐파 증대 목적보다는 기존 2D 검사기를 3D AOI로 교체하는 니즈가 높아졌다. 원청업체이 생산품질인증항목에 3D AOI 검사를 포함해 교체 시장이 점차 확산되고 있다”고 말했다.
일부 검사기 업체에서는 3D AOI 시장이 향후에도 올해와 같은 분위기로 흘러갈 것으로 예측하고 있다. 주장의 근거로 3D AOI 시장 안정화 단계 진입으로 꼽았다. 3D AOI를 구입해야 하는 업체들 대부분은 이미 구입을 완료했다. 그 동안 3D 시장이 급성장한 이유 중 하나는 2D 검사기 업체들의 3D 전환수요가 높았기 때문이다. 임가공 업체들의 3D 검사기 교체 붐이 일어서 고속 성장을 거듭해 왔다. 성장세가 다소 주춤한 올해에 시장의 온도차를 확연하게 느끼고 있다. A 업체 관계자는 “물론 3D 검사기 시장은 당분간 성장세가 예상된다. 그러나 지난 2~3년 전과 같은 폭발적인 성장을 기대하기 어려울 것”이라고 분석했다.
검사기 업체들은 전장 업종과 대형 EMS업체들을 3D AOI 시장의 핵심이라고 말하고 있다. 현재 3D AOI가 꼭 필요한 현재 가장 큰 업종으로는 전장이고, 업체로는 대형 EMS를 꼽는다. 특히, EMS업체들이 전장, 모바일, 가전, 통신네트워크 등을 생산하는 능력을 전방위적으로 키우면서 라인증설에 집중투자하고 있다. 글로벌 가전업체들은 EMS업체에 위탁생산하는 비중을 높이고 있다. EMS 업체들의 대형화가 예상되며, 3D AOI 시장에서 큰 손으로 작용할 것으로 보인다.

국내 시장에서는 통신네트워크 업종의 설비투자를 기대했었고, 최근 통신네트워크 관련 생산 물동이 돌아다니면서 구체적인 투자가 서서히 나오고 있다. 연초에 통신용으로 라인을 꾸몄던 업체들은 현재 가동율이 서서히 올라가고 있는 것으로 파악되고 있다. 통신네트워크 업종이 본격 기지개를 키고 있다고 판단하고 검사기 업체들도 바빠지고 있다. 통신네트워크 전용 검사기 설비 제작에 나서고 있다. 통신 업종에서 가장 큰 요구는 검사기의 보드 대응력이다. 검사업체들에게 문의 들어 온 크기는 대략 850~900mm의 대응력이다. 동일한 배열로 놓여서 분할해서 검사했던 LED BLU 보드와 달리 통신 업종에서는 완판 검사구조를 요구하고 있다. 검사기 자체 사이즈가 엄청 커져야 하고, 대형 보드의 휨 현상을 극복하는 솔루션이 들어가야 한다. 여기에 보드당 최소 20,000점 이상의 부품 점수를 빠르게 검사하는 강력한 알고리즘도 뒷받침 되어야 한다. 여러 측면이 고려되어야만 전용설비 제작이 가능하다. 검사기 업체들은 쉽지는 않겠지만, 활용 가능한 수준까지 검사기를 제공할 수 있다고 말하고 있다. 그런데 관련 업체들은 통신네트워크용 전용 검사기의 시장지속성에 의구심을 품고 있다. 전통적으로 통신네트워크 업종은 설비투자 사이클의 등락 폭이 매우 크다. 통신용 보드의 주요 제품은 기지국 용이다. 기지국 인프라 구축이 완료되면 전용설비의 수요는 급락한다. 통신 업종은 전용설비라는 특색이 짙다. 대형보드용으로 설계된 탓에 가용할 수 있는 유연성이 매우 떨어진다. 통신네트워크 업종이 검사기 업체에게는 ‘계륵’과 같은 존재이다. 하지만 설비투자를 집행하는 업종이 거의 없기 때문에 통신용 시장을 겨냥한 전용 모델 출시도 예측된다.

향후 4~5년간 10% 초반의 연평균 성장률 예상  

최근 4년간 광학검사기 시장은 해마다 20% 이상씩 성장세를 기록한 것으로 분석된다. 고성장을 거듭했다. 일각에서는 고속 성장이 꺾이기 시작했다고 관측하고 있지만, 글로벌 시장에서는 아직도 확실한 성장 모멘텀이 있다고 진단하고 있다. 여러 시장조사기관에서는 글로벌 3D AOI 시장 성장을 기정사실로 받아들이는 모습이다. Reports Intellect社에서는 향후 5년 동안 연평균 13.0%의 성장세를 기록할 것이며, 전 세계 시장 규모는 2019년 6억8천만 달러($)에서 2024년 11억2천만 달러(＄)로 커질 것으로 예상했다. 또 다른 시장조사기관인 MRS(Market Research Store)社에서는 전세계 3D AOI 시장이 2015년 4억2천만 달러($)에서 2018년 6억6천만 달러($)로 성장한 것으로 추정했고, 2023년에는 거의 2배에 달하는 11억6천만 달러($) 이상의 시장 규모를 예측했다. 글로벌 성장세의 큰 원인으로는 하이엔드 업종으로의 시장 확장이 꼽힌다. 2026년까지 연평균 12% 성장률을 예상한 시장조사기관인 QYReports社는, 현재 주로 자동차 및 가전제품 업종에서의 수요가 큰 비중을 차지하고 있지만, 향후 통신네트워크, 우주 항공 및 미래형 자동차와 같은 하이엔드 업종으로 시장의 무게가 이동됨에 따라 급성장이 예상된다고 밝혔다. TRI 코리아의 임정호 팀장은 “TRI 본사에서는 향후 몇 년 동안 3D AOI 시장을 긍정적으로 바라보고 있다. 자동차 자율주행 기능 및 전장화, 모바일의 5G 확대, 반도체의 IC 제작 수요 증가로 인한 추후 SMT산업의 경기 활성, AI산업 등의 미래형 아이템들이 예견되어 있으며, 고수준의 생산품질이 요구되기 때문에 고성능의 3D AOI 니즈가 커질 것이라고 전망했다”고 말했다.
장밋빛 시장이 전망되는 만큼 후발업체들의 등장이 눈에 띄게 두드려지고 있으며, 이로 인해 가격경쟁 심화가 빠르게 벌어지고 있다.

검사기 시장 양극화 가속
검사기 시장 자체의 양극화가 심화되고 있다. 검사기 업체들은 하이엔드 영역과 로엔드 영역을 확연하게 구분지어 동시에 공략하는 ‘투트랙(Two track)’ 전략을 구사하고 있는데, 그 대응 수준이 강해지고 있다. 대부분의 검사기 업체들은 高 기술력의 반도체 레벨의 검사기 모델과 가격 거품을 쫙 뺀 보급형 모델을 지속적으로 선보이고 있다.

3D 제조 기술력이 상향평준화되었을 뿐만 아니라 관련 기술력들이 보편화되고 있다. 약간의 소프트웨어 기술력과 설비제조 능력을 보유한 업체에서는 기존 검사기 업체들의 설비들을 참고하면 일정 수준의 저렴한 3D AOI 생산이 가능해졌다. 단순한 성능의 3D AOI 설비를 발표하는 후발업체들이 우후죽순처럼 등장하는 이유 중 하나이다. 여기에 다른 설비업체들도 생산라인 원스톱화를 외치면서 자사 브랜드의 검사기를 추가하는 사례도 늘어나고 있다. 이러한 움직임은 중국 지역에서 강하게 나오고 있으며, 최근에는 동남아시아 지역을 텃밭으로 둔 업체들도 동참하는 분위기이다. 저가의 3D AOI 등장은 지금까지보다 앞으로 더 많아질 것으로 관측되고 있다. 가격을 무기로 내세운 저가형 설비는 중국, 동남아시아 지역에서 확산이 빠르게 진행되고 있다. 선두 업체들은 보급형 모델을 출시하는 전략으로 맞서고 있다. 경제적인 가격과 안정적이고 신뢰성 높은 검사기라는 점을 내세우고 있다. 현재 대부분의 업체들은 보급형 모델을 출시했거나 출시를 계획하고 있다.
하이엔드 시장은 3D AOI 업체들이 여러 가지 의미를 부여할 수 있는 곳이다. 높은 수준의 3D 기술력이 요구되는 곳이기에 진화된 기술력을 뽐낼 수 있으며, 블루오션이기에 시장선점 효과를 누릴 수 있으며, 최첨단 기술에 대한 정보를 빠르게 획득할 수 있어 대응 설비를 한 발 앞서 출시할 수 있다는 이익을 누릴 수 있다.
3D AOI 선두 업체들은 카메라 레졸루션을 높일수록 검사시간이 늘어나는 반비례 특성을 극복하는 고해상도의 양산형 설비를 발표하고 있다. 소형부품 검사용으로 7~10㎛급 레졸루션 버전의 3D AOI를 선보였고, 검사신뢰성과 안정성을 구축하였다. 지금은 이 보다 더욱 정밀한 3~5㎛ 레졸루션 설비의 양산성 확보에 집중하고 있다. 이 수준의 검사기는 마이크로범프 검사, 초소형 부품 검사, SiP 검사, 웨이퍼레벨 스택 검사용으로 활용될 것으로 예상되고 있다. 하이-레졸루션의 모델을 양산형으로 진화시키기 위해서는 강력한 검사알고리즘 기술력과 축적된 3D 기술 노하우가 필수적이다. 이러한 높은 기술력을 후발업체와의 차별화 포인트로 삼고 있다. 3D AOI 업체들은 반도체 전공정의 검사를 겨냥해 1㎛급 레졸루션 검사기를 안정적으로 운영할 수 있는 수준까지 끌어올리는 작업을 진행하고 있다. 비단 한 업체의 모습이 아니라 대부분의 업체들은 보다 더 높은 레졸루션으로 안정적이면서 빠르게 검사하는 3D AOI 개발에 매진하고 있다. 휴먼텍의 신태양 상무는 “하이엔드 시장에도 여러 업체들이 공격적으로 뛰어들고 있다. 향후 레드오션을 예상할 수 있다. 그러나 아직까지 시장규모가 한정적이고, 필요한 기술 난이도도 매우 높아서 후발업체의 접근을 쉽게 허락하지 않는 영역이다”고 말했다.

특화 설비 출시 붐 ‘여전’
저가 시장에서 탈피하고자 선두 업체들은 3D 원천기술을 활용한 애플리케이션 확장에 집중하고 있다. 특화 설비를 통한 틈새시장 찾기에 나서고 있다. 기존에 없었던 새로운 개념의 검사기를 만들고 있다. AOI/SPI 겸용 설비, 반도체 전용검사기, 외관검사기, 하면검사기, 핀검사 등이 요즘에 나오고 있다. 새로운 블루오션을 개척하기 위해 모든 업체들이 다양한 검사기들을 만들고 있다. 3D AOI의 최근 추세는 애플리케이션 최적화된 특화설비 증가이다. 3D AOI 기술을 활용한 다른 아이템을 검사하는 설비 라인업이 다양해지고 있다. 3D 원천기술은 대부분 동일하다. 알고리즘이 약간 다르거나 기구적인 부품에서 추가된다는 것만 다르다. D 업체 관계자는 “특화된 3D AOI 요구는 이전부터 계속 존재해 있었다. 그런데 그 당시 3D 기술력으로 대응하기에 힘들었다. 기구 사이즈, 카메라 및 프로젝트 성능, 빛 반사 억제 기술 등 기술 전반에 걸쳐 대응하기에 역부족이었다. 그리고 3D AOI 시장 초기단계이었기 때문에 시장성장폭이 큰 SMT 시장을 우선순위로 두는 전략을 펼치기도 했다”면서, “3D AOI 레드오션화가 빠르게 진행되고 있다. 기술상향평준화로 가격경쟁이 치열해져서 특화 시장으로 눈을 돌렸다. 다년간의 노력으로 3D 기술력도 올렸을 뿐만 아니라 안정적인 매출을 기록하여 다른 곳으로 눈을 돌릴 수 있는 여력이 생겼다. 그래서 기술력과 자금력을 보유한 검사기 업체들은 라인업이 늘려나가고 있다”고 이야기했다.
3D 검사기 업체들은 3D 기반의 컨포멀코팅 검사, 메탈케이스 검사, 웨이브솔더링 후단 검사 등의 시스템들을 발표하고 있다. (주)미르기술의 조용희 영업본부장은 “특화 검사기 등장 이유를 크게 2가지 꼽을 수 있다. 첫 번째는, 자동차 전장 시장의 확대이다. 컨포멀 코팅 검사기, 핀 검사기 등 최근 출시되는 특화 검사기는 자동차 전장 시장에서의 요구사항에 의한 부분이 크다. 자동차 전장은 SMT부품과는 다른 이형자재가 많고, 그만큼 다양한 항목에 대한 특별한 검사 요구사항이 존재한다. 두 번째는, 경쟁심화에 따른 수익 저하 회피 목적이다. 어느 쪽이든, 특화 검사기라고는 하지만 대부분 기존 3D AOI의 기술을 변용함으로써 개발 리스크를 줄일 수 있다는 점도 다양한 특화 검사기가 출시될 수 있는 배경이다”고 분석했다.

양면보드의 하면을 3D로 검사하는 설비는 여전히 큰 관심을 끌고 있다. 양면보드는 주로 전장 업종에서 사용되고 있으며, 다양한 이형부품이 삽입되고 웨이브솔더링 및 셀렉티브솔더링 공정을 거친다. 하면 검사는 그 동안 2D 검사기 영역으로 알려져 있었다. 2D 검사기를 활용해 딥핑 부품 핀의 유무, 핀의 휘어짐 그리고 브릿지, 캐파의 노출상태, 필렛형성, 과납/미납 등을 검사하였다. 그런데 전장업체가 생산품질 향상을 위해 필렛의 높이 검사를 강하게 요구하고 있다. 이를 위해 3D 검사기가 필요해 졌다.
검사기 업체들은 광학검사기의 특성과 생산타임을 고려해 솔더링 이후의 보드를 뒤짚어주는 반전기를 앞단에 배치하여 하면을 검사하는 솔루션을 제공해 왔다. 이러한 상황에서 하부에 3D 카메라를 부착한 하면 전용 검사기가 등장했다. A 업체 관계자는 “전장 업종에서의 하면 검사기는 요구는 확실히 나오고 있다. 문제는 상부 카메라 구조의 하면 검사기를 원하고 있다는 점이다”고 말했다. B 업체 관계자는 “하부 전용 검사기는 반전기가 불필요해 생산라인 레이아웃을 짧게 할 수 있다는 장점이 있다. 그런데 하면 검사기의 단점은 이물질들의 낙하이다. 이물질에 대한 가성을 낮추고, 장비 효율성을 높이려면 잦은 유지보수가 필수적이다. 이를 해결하는 솔루션이 전제되어 있어야 현실화시킬 수 있을 것”이라고 말했다. 그리고 이어 “전장 업종에서는 아직도 유연납을 많이 사용하고 있다. 그런데 유연납은 무연에 비해 상당히 반짝인다. 난반사가 심하다. 이를 해소하여 가성불량을 낮추는 작업도 병행되어야 한다”고 전했다.
3D AOI를 최종출하검사용으로 개량한 설비들이 눈에 띄고 있다. 현재 작업자에 의존하는 대표적인 검사공정으로 자동화·무인화를 구축하려는 업체들이 점점 늘어나고 있다. 현재 이 공정용 검사기는 범용성이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 업종별, 생산아이템별 커스터마이징 된 검사기들이 주를 이루고 있다. 해당 시장 확장을 위해 검사기 업체들은 범용성을 높인 설비 제작에 착수했다. 강력한 검사알고리즘을 적용하여 대응 범위를 넓히려는 노력을 기울이고 있다. 이를 위해 딥러닝, AI기술을 활용하는 모습도 포착되고 있다.
한편, 메인 카메라의 Z축 구동 시스템이 인라인 3D AOI에 장착되어 가고 있다. 높낮이가 다르고, 크기가 다른 부품들이 실장된 영역을 보다 안정적으로 검사하는 솔루션으로 오토포커싱(AF, Auto Focusing) 개념을 활용하는 시스템이다. 하나의 보드에 실장된 이종(異種) 부품간의 높낮이가 현격하게 차이 날 경우, 렌즈의 focal range 한계로 인해 신뢰성 있는 검사를 수행하기 어렵다. 높은 부품에 맞춰 포커싱하면, 낮은 부품의 이미지 형상이 선명하지 않고, 반대로 낮은 부품에 포커싱을 두면 높은 부품의 영상은 흐릿하게 나온다. 이러한 현상을 극복하는 솔루션으로 여겨지면서 Z축 구동 시스템이 큰 관심을 받고 있다. 기존 오프라인 광학검사기 장착된 기능으로 최근에는 인라인 설비에 넣으려는 움직임이 나오고 있다. 양산성에 지장을 주지 않는 고속 AF 성능 구현이 큰 관건으로 여겨지고 있다. B 업체 관계자는 “AF 성능은 하이-레졸루션 버전 3D AOI에 꼭 필요한 기능이 될 가능성이 높다. 고 레졸루션의 렌즈로 정밀한 검사를 수행하는 중에 이물을 놓칠 소지가 크기 때문”이라고 말했다.
높낮이, 크기가 다른 이종(異種) 부품이 주로 장착되는 전장, 백색가전 업종에서 큰 힘을 발휘할 것으로 기대하고 있다.