홈   >   Cover Story 이 기사의 입력시간 : 2019-12-01 (일) 8:25:31
2019년 SMT생산설비 시장 REVIEW (솔더링 머신 編)
‘진공, 셀렉티브, 레이저’ 솔더링, 시장성장 여력 높다!!!
2019-12  글 : 박성호 기자 / reporter@sgmedia.co.kr
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잔잔한 시장 분위기에서 경쟁력 구축 노력에 집중 
친환경자동차 시대에 꼭 필요한 설비로 여겨져 


솔더링 머신 업체들이 향후 시장을 겨냥해 기술개발에 집중하고 있다. 국내 전자산업 기반이 줄어들면서 웨이브, 리플로우 등으로 대변되었던 솔더링 시장규모가 급격하게 위축되었다. 그래서 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, 생산성 가미한 모델 출시 ‘러시’

솔더링 머신 업체들은 진공리플로우에 대한 인식은 보편화되었다고 말하고 있다. 친환경 HEV/EV 확대, 자율주행자동차 등으로 고품질의 납땜성 니즈가 강해지고 있다. 전장용 기판의 주요 사용처가 이전에는 ECU/Telematics/ABS/TCU 등에 한정되었으나, 친환경 자동차 시대에 접어들면서 전기모터의 전기를 공급하는 Inverter/Converter으로 확대 적용되고 있다. 기술트렌드에 민감한 전장 협력사 업체들은 원청업체의 요구를 신속하게 대응하기 위해 진공리플로우에 깊은 관심을 두고 있다. B 업체 관계자는 “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 설명했다.

듀얼레인 구조로 생산성 증대 꾀해
진공리플로우 업체에서는 점진적인 시장성장을 예측하고 있다. 높은 초기투자비용, 좁은 범용성, 낮은 생산성을 그 이유로 꼽고 있다.
진공리플로우는 일반 리플로우에 진공 챔버를 부착한 설비이다. 진공 챔버가 추가되는 만큼 설비의 단가가 올라간다. 그리고 진공 챔버 내에 들어가는 진공 펌프, 센서 등의 가격이 높은 편이다. 설비 가격이 내려가고 있지만 일반 리플로우 오븐에 비하면 아직도 3~4배의 높은 가격대를 형성하고 있으며, 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 필수적으로 적용해야하는 애플리케이션이 한정적이다. 최근 진공 모드를 부착하여 용도에 따라 일반 리플로우와 진공리플로우 겸용으로 사용할 수 있는 설비가 등장한 이유도 이 문제를 극복하기 위해서이다.
진공 리플로우의 낮은 생산성은 큰 부문을 차지하고 있다. D 업체 관계자는 “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 loss타임을 줄여야 하는데, 결코 만만한 작업이 아니다”고 말했다. 결과적으로 진공리플로우에는 절대적으로 건드릴 수 없는 시간이 존재하여 생산성 증대에 한계가 있다. 생산사이클 단축을 위해 진공화 시간을 빠르게 하면 될 것 같지만, 그러지 못하는 이유가 있다. 솔더볼 튐 현상과 같은 솔더링 품질 문제가 발생한다. 솔더링 문제를 최소화하는 진공화 시간이 현재의 수준이다. 진공화 시간은 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, 꾸준한 성장 전망

전반적인 셀렉티브 머신 시장은 잠잠하지만, 많은 업체들이 뛰어들어 경쟁을 벌이고 있는 격전지이다. 셀렉티브 머신의 주요 고객처가 전장 업종이기에 자동차 산업계의 시황에 민감하다. 아쉽게도 완성차 업체의 판매실적은 지속적인 하락을 보였으며, 그 여파가 설비투자 시장까지 이어지고 있다. 설비 제조업체들은 자동차 전장 업종의 설비투자 움직임이 예년만 못하다고 말하고 있다. 신규 모델용 라인증설 투자는 극히 일부이며, 대부분의 업체들은 사용하고 있는 설비를 개량 및 개선하는 투자 최소화에 집중하고 있다고 분위기를 전했다. A 업체 관계자는 “현재 국내 셀렉티브 시장은 소품종대량 생산 업종에서의 생산성 중점의 설비와 다품종소량 업종에서의 우수한 플렉서빌리티 설비 니즈가 혼재되어 있다. 아직까지 플렉서빌리티 중심으로 시장이 형성되어 있지만, 향후 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 웨이브 솔더링 머신에 보드를 태우고, 수납땜에 의존했던 작업들을 셀렉티브 솔더링 머신으로 전환하려는 모습이 나타나고 있다. 최대한 사람의 손길을 배제하려는 완성차 업체들의 제조전략이 솔더링 시장 변화의 원동력으로 작용하고 있다.
셀렉티브 솔더링 머신은 웨이브 솔더링을 대체하는 설비가 아니라 기술진화에 따라 포인트 솔더링 수요급증으로 형성된 시장이라고 보는 관점이 늘어나고 있다. 더 나아가 웨이브 솔더링 공정에서 셀렉티브 혹은 레이저 솔더링으로 세분화되고 있다는 주장도 큰 호응을 받고 있다. D 업체 관계자는 “전자산업 발전추이가 일반 노멀한 PCB에서 소형화, 슬림화, 고집적화로 진화하고 있다. 기존의 솔더링 방식으로 대응하기에는 명확한 한계가 있다. 그래서 자꾸 새로운 솔더링 공정이 요구되고 있으며, 최근에는 셀렉티브가 많이 이야기되고 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 요구 증가
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 있기에 작업량은 한계가 있다. 싱글 셀렉티브 머신은 다품종소량 생산에 최적화된 설비이다. 생산택타임보다는 품질을 우선시하는 업종 및 물종에서 주로 활용하고 있다. 일정한 납량 높이 유지, 안정된 질소 제공 시스템이 중요 핵심기능이다.
생산량 증대 목적에 맞춰 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 포인트 솔더링이 필요한 영역에 맞춰 구멍을 뚫어서 제작한 전용 지그를 웨이브 솔더 포트 위에 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 하에 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.

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. E 업체 관계자는 “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. E 업체 관계자는 “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.


레이저 전문 업체들은 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 주목받고 있다. F 업체 관계자는 “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.

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