두께 측정솔루션 연이어 상품화
전장을 벗어난 가전, 모바일 업종으로의 확대가 전제조건 

컨포멀 코팅 검사기(CI) 시장에 새바람이 불고 있다. 2D 검사성능에 머물러 있던 해당 시장에 3D 기술이 가미된 전용 설비가 등장하면서 성장가능성을 높이고 있다. AOI 설비 전문업체들은 그동안의 2D / 3D 비전솔루션 노하우를 내세워 CI시장에 본격 진출하고 있다. 특히, 이들은 코팅 검사기 주 고객군의 요구인 코팅 두께 측정솔루션을 내세워 관심을 자극하고 있다. 검사기 업체들은 코팅 검사기 시장이 AOI 급의 시장파급력을 기대하기는 어렵지만, 신규 시장개척과 시장선점효과를 톡톡히 누릴 수 있다는 점에서 큰 기대를 걸고 있다. 양산형 두께 측정 검사기를 안정화시키기 위해 AOI 업체들은 기술력을 총동원하고 있다.
 

검사기 업체들이 컨포멀 코팅 시장에 눈을 돌리고 있다. 그동안 2D 기술의 코팅 유무에 그쳤던 고객 요구가 두께 측정의 3D 기술로 높아지면서 해당 기술을 보유한 검사기 업체들이 본격적으로 전용 검사기를 선보이고 있다.
컨포멀 코팅은 高 신뢰성이 요구되는 제품에 주로 적용되고 있다. 대표적인 대상으로는 무기체계에 들어가는 전자조립체, 군용 통신장비, 전장품 등이 있다. Transcend 홈페이지에서는 컨포멀 코팅 방식을 잘 설명하고 있다. 이 회사의 자료에 따르면, 컨포멀 코팅은 수동 브러싱(manual brushing), 수동 스프레이(manual spraying), 디핑(dipping) 또는 자동화된 스프레이 설비(automated spraying machine)를 포함한 다양한 방법으로 적용되고 있다. 방식에 따라 일장일단이 있으며, 최근에는 생산성과 작업의 편의성이 우수한 자동 스프레이 방식이 주로 사용되고 있다. MYCRONICS의 홈페이지에서는 코팅 시장에서의 요구는 점점 복잡하고 다양해지고 있는데, 대응성, 범용성, 고정밀도가 핵심이 되었다고 밝혔다. 그리고 국부 코팅 기술과 얇고 일정한 코팅 표면의 형성하면서 친환경적이며 낮은 유지비용의 솔루션이 점점 더 요구되고 있다고 설명했다.

Technavio의 ‘세계의 컨포멀 코팅 시장(2019-2023년)’ 시장분석보고서에 따르면, 글로벌 컨포멀 코팅 시장 규모는 2019년부터 6% 이상의 연평균 성장률을 기록하여 2023년까지 3억2,800만 달러(USD)에 이를 것으로 예상했다. 스마트 웨어러블 및 IoT 장치의 수요 증가가 시장을 주도하고 있는 가운데, 산업계에서 자동화 설비의 채택 증가라는 이슈가 더해져 지속성장을 전망했다.
Technavio에서는 가전 ​​제품 및 통신 장치가 컨포멀 코팅의 주요 애플리케이션으로 꼽았다. 지난 20년간 휴대전화 시장은 기술 혁신과 전자 부품의 가격 하락에 힘입어 기하급수적으로 성장했다. 이들 디바이스의 장수명을 보장하기 위해 원청업체에서는 코팅 기술 솔루션을 조금씩 늘려나가고 있다. 따라서 스마트폰, 웨어러블 및 IoT 장치의 기하급수적인 증가로 예측되는 기간 동안 글로벌 컨포멀 코팅 시장 역시 성장을 거듭할 것으로 분석했다. 특히, 보고서에서는 생산라인의 자동화 전환이 글로벌 컨포멀 코팅 시장의 원동력이라고 꼽았다. 일부 국가의 제조 과잉과 함께 인건비 증가로 인해 여러 회사의 마진이 줄어들고 있다. 장기적인 경제성을 감안하면, 자동화 로봇과 자동 코팅설비가 유리하기 때문에 제조업체의 자동화 채택이 늘어날 것이며, 이러한 트렌드가 컨포멀 코팅의 사용 증가를 부채질할 것으로 분석했다.

 컨포멀 코팅은 습기, 화학물질 및 부스러기 등과 같은 열악한 외부환경으로부터 민감한 전자 부품을 보호하는 역할을 담당한다. 산화 및 부식을 방지하고, 열적/기계적 충격으로부터 주요 부품을 보호한다. 코팅 품질을 확인하는 검사는 오래전부터 실시되어 왔다. 이전에는 작업자에 의존한 육안검사가 주를 이뤘다. 작업자의 숙련도 및 피로도에 따라 최종 결과가 달라지고, 제품의 추적성 및 데이터 스토리지를 구축할 수 없었다. 육안검사의 단점에도 많은 업체들이 고수했던 이유 중 하나는 코팅 오류를 심각한 불량으로 여기지 않는 경향이 짙었기 때문이다. 단순하게 코팅의 유무, 버블만을 주로 확인하는 수준에 머물렀다. 컨포멀 코팅 검사기 시장은 전장 업종에 한정되어 있다. 전기차, 자율주행차 시대 도래로 생산품질의 강화와 신뢰성 제고를 목적으로 코팅 작업을 하고 있지만, 전장에서 벗어나지 못하고 있다. 휴먼텍 신태양 상무는 “AOI 시장과 코팅 시장을 비교해 보면, 1/10 정도의 수준일 것으로 예상한다. 철저한 틈새시장이다. 검사기 업체들은 정체된 시장을 벗어나 신규 시장 발굴을 위해 뛰어들었다. 오래전부터 CI 요구가 있었는데, 이제야 조금씩 움직이고 있다”고 말했다.

전장 중심의 CI 시장     

현재는 컨포멀 코팅이 전장 중심으로 형성되어 있고, 가전 업종에서도 실시되고 있지만 검사기 수요는 전장에서 주로 나오고 있다. 필수사항이다. 가전은 해도 그만 안 해도 그만으로 받아들여지고 있다. 가전에서 두께 측정요구는 전무하다고 검사기 업체들은 말하고 있다.
그동안 컨포멀 코팅 검사기 시장은 전문 검사기 업체의 설비보다는 FA업체의 장비들이 주를 이뤘다. 단순 코팅 유무 검사 고객의 요청에 FA업체는 적극 대응했다. UV조명계와 검사 소프트웨어를 결합한 경제적인 가격대의 설비를 공급했다. 가격과 성능면에서 현장에서도 불만이 없었다. 전문 검사기 업체에서는 낮은 시장성과 더불어 SPI, AOI 시장에 집중하는 게 더 유리하다는 판단으로 코팅 검사기 시장에 소극적인 자세를 취했다. 그러나 최근 코팅 두께 측정과 관련한 성장 가능성을 예견하고 예전 자세를 버리고 있다. 특히, 높은 수준의 비전솔루션이 필요한 두께 검사이기에 진입장벽이 높아서 시장선점효과를 기대하고 있다.
코팅 두께 측정 솔루션을 상품화한 검사기 업체에서는 코팅 두께 측정의 안정화를 구축하는 게 결코 쉽지 않다고 말하고 있다. 펨트론의 양영진 전무는 “형광 UV물질이 사용되기 때문에 재료 특성을 잘 알고 있어야 할 뿐만 아니라 고객사에서 사용하고 있는 재질도 파악하고 있어야 한다. 일부 업체는 무-형광 재질을 사용하고 있기도 하다. 최적의 두께 측정 조건 맞추기가 어렵다. UV형광 물질에 따라 조건이 달라지는 특성을 잘 알고 있어야 한다. 여기에 인라인 상에서 측정 조건을 잡기 위해서는 고도의 검사 기술력과 현장 노하우가 필요하다”고 경험을 전했다.

컨포멀 코팅 두께 이슈, 시장 새바람이 될까?

컨포멀 코팅 두께 측정이라는 새로운 이슈가 대두되고 있지만, 아직 시장에서 미치는 파급력은 약한 편이다. 컨포멀 코팅 시장의 확산의 조건으로 검사기 업체들은 가전, 모바일 업종에서의 본격적인 적용을 꼽았다. 하지만 실현 가능성은 그리 높아 보이지 않는다.
세탁기, 비데, 도어락 등의 대부분의 일반 가전기기에서도 컨포멀 코팅 작업을 하고 있다. 방수, 방진 그리고 외부충격에 의한 부품을 보호하여 완성품의 수명을 늘리는 목적에서 진행하고 있다. 가전 업종의 코팅 작업이 서서히 늘어나고 있지만 아직까지 검사기 수요을 기대하기 어렵다.
코팅 두께에 대한 전장과 가전 업종에서 받아들이는 인식이 다르다. 전장 업종에서는 엔진룸, 전기차의 배터리 보드를 비롯한 내부의 인포테인먼트용 보드 등 거의 모든 기판에 코팅이 가해지고 있다. 자동차의 오작동은 사람의 목숨과 직결되어 있다. 조그마한 불량으로 인한 오작동은 곧바로 사용자의 안전을 직접적으로 위협할 수 있다. 그래서 원청업체의 요구에 따라 의무적으로 작업하고 있다.
인포테인먼트 보드에는 특정 부품에 한해서 코팅하고 있다. 아직 2D 개념의 코팅 검사를 실시하고 있다. 아직 두께 측정을 하지 않고 있다.

반면, 일반 가전기기 업종에서는 업체별로 선택적으로 적용되고 있다. 일반 가전기기의 경우에는 오작동은 고장을 의미한다. 수리하거나 교체하면 된다. 그래서 컨포멀 코팅은 여러 업종에서 실시하고 있지만, 코팅 품질을 검사항목으로 지정하여 수행하고 있는 곳은 전장 업종밖에 없다. 향후에는 완성품의 신뢰성 제고와 맞물려 코팅 검사가 접목될 것이라고 예상되지만, 실현 가능성이 낮다는 게 검사기 업체들의 공통된 목소리다. 펨트론의 양영진 전무는 “가전 업종에서 한 때 코팅 두께를 아주 얇게 하려고 시도했었다. 그런데 코팅이 쉽게 떨어지는 현상이 나와서 두껍게 코팅하는 방식으로 다시 선회했다. 가전은 거의 플라스틱 사출물에 PCB를 담구는 몰딩 개념과 흡사한 방식으로 코팅하고 있다. 현재 가전은 전혀 수요가 없다”고 이야기했다.
글로벌 휴대전화, 노트북 등의 모바일 기기 업체에서는 주요 부품을 대상으로 코팅을 하고 있는 것으로 파악된다. 모바일 기기는 방수와 외부충격으로부터 보호성을 강화하기 위해 적용되고 있다. 휴대성이 하나의 경쟁력인 모바일 기기는 점점 작아지고 있다. 기판도 작아지고 있으며, 초소형 부품들이 대거 실장되고 있다. 코팅의 두께가 조립 단계에서 문제될 소지가 있다. 완성 제품의 얇은 두께가 하나의 경쟁력인 최신 스마트폰의 경우, 코팅의 두께도 까다롭게 관리할 것으로 예상된다. 그래서 코팅 검사의 수요가 늘어날 것으로 AOI 업체에서는 관측하고 있다. TRI의 시등흥 부장은 “휴대전화, 노트북 업종에서 컨포멀 코팅을 적용한 지 2년이 조금 넘었다. 조금씩 코팅 공정을 늘려나가고 있는 상황이다”면서, “휴대전화 및 웨어러블 기기는 코팅의 두께에 민감하다. 그렇다고 너무 얇아서도 안 된다. 코팅의 이점을 잃어버릴 수 있다. 따라서 고객사에서 요청하는 스펙에 맞춰 관리하는 게 중요하고, 그 기준을 검사기가 잡아나갈 것 같다. 모바일 업종에서의 컨포멀 코팅 검사기 시장성장이 기대되는 이유”라고 말했다. 향후 성장가능성을 기대하는 목소리가 나오고 있지만 현실은 크지 않을 것으로 보인다. 펨트론의 양영진 전무는 “모바일 업종에서 수요가 약간 나오고 있다. 그런데 모바일 기판의 코팅 영역검사도 쉽지가 않다. 형광물질이 안 들어간 재질을 디스펜서로 특정 영역만 코팅하고 있다. 스마트폰 모델에 따라 코팅 공정이 조금씩 늘어나고 있는 것으로 알고 있는데, 아직까지 구체적으로 이야기되지 않고 있다”고 이야기했다. 이어 그는 “모바일 업종에서 코팅 공정이 보편화 된다면, 완성품의 두께를 고려해 나노 기술이 접목될 수도 있다. 양산형 검사기를 그 수준까지 끌어올리려면 획기적인 솔루션이 필요할 것”이라고 예상했다.

자동화 전환에 따른 수요 전망
검사기 업체들은 컨포멀 코팅의 자동화 전환에 따라 인라인형 코팅 검사기의 수요 증대를 기대하고 있다. 현재 컨포멀 코팅 자동화라인을 구축한 전장 업종에서는, 셀렉티브/웨이브 솔더링 이후에 UV코팅하고 경화하여 검사하는 구조의 배치 타입의 전용라인을 구성하여 가공하고 있다. SMT후공정의 작업들을 하나로 묶은 라인이다. 이로 인해 검사기 업체들은 SMT후공정용 검사기 토털솔루션을 한목소리로 강조하고 있다. SAKI코리아 김규섭 지사장은 “최근 산업계 추세는 Industry 4.0 전자동화를 고려하면, AOI, CI 검사기가 동시에 필요할 가능성이 높다. SMT공정에서는 검사공정 자동화를 구축하고 안정적으로 사용한 지 오래됐다. 후공정의 자동화는 이제 시작단계라고 본다. 이와 관련한 수요도 많아질 것”이라고 전망했다.
한편, 컨포멀 코팅 시장이 예상보다 커지질 않을 것이라는 현실적인 의견도 많았다. 인라인형 코팅 설비는 노즐 분사 방식을 채택하고 있다. 국부적인 작업, 재료 절감 그리고 생산성 증대에 이점이 있지만, 부품의 가장자리 혹은 부품의 상부에 비균일한 두께로 코팅될 경우가 있다. 이러한 코팅 작업을 진행해도 원청업체에서는 불량으로 간주하지 않을 수도 있다. 그리고 코팅의 두께가 치명적인 불량발생의 원인으로 지목되지 않고 있다. CI 시장이 커지지 않는 틈새시장으로 머물 수 있는 이유이다. 특히 전수검사가 안 된다면 현장에서 쉽게 움직이지 않을 것으로 이야기했다.


코팅 두께 측정, 변위 센서 채용이 주류

코팅 두께 측정 검사기는 스펙트럼 간섭 레이저 변위 센서 기술을 이용하고 있다. 광학계에서 빛을 조사하고 코팅 매질을 투과하여 하단면과 표면에서 반사되는 주파수를 취합하여 그 차이를 연산하여 산출한다. 연산속도를 높이는 검사알고리즘 기술이 뒷받침되어야 한다.

인라인 두께 측정 CI는 이동 중인 컨베이어 상에서 이뤄진다. 레이저 센서는 짧은 사이클 시간으로 부품을 스캔하여 대상체의 높이를 측정한다. 스캔 시간이 길수록 보다 정확한 높이를 산출한다. 인라인의 생산사이클을 떨어뜨릴 수 있는 요소이다. 스캔 시간과 검사성능은 반비례 관계이다. 보드 전체의 전수 코팅 두께 검사는 생산택타임을 맞출 수가 없다. 고객사에서도 이 같은 기술적 한계를 인정하고, 중요한 영역 혹은 부품의 두께만 측정하는 검사방식을 선호하고 있다.
코팅 두께 측정이 안되는 대표적인 영역은 칩/IC 바디 위, 리드 위, 구부러진 리드 위, 필렛 위 등을 꼽을 수 있다. 변위 센서에서 조사된 빛 혹은 레이저의 반사가 예상치 못한 각도로 튀는 기술적인 한계성이 원인이다. 여러 개의 센서를 부착하면 측정할 수 있지만 그렇다면 인라인 개념에서 거리가 있는 계측형 설비가 된다.
인라인 CI에서의 변위 센서가 시간과 관계없이 PCB 위는 검출할 수 있는 반면, 부품의 몸체 위나 다른 곳은 측정하지 못하는 경우가 있다. 변위 센서와 대상체가 일정 거리를 유지해야 센서가 작동해 높이 정보를 받아들인다. 그런데 이형부품이 많이 장착된 보드에서는 그 거리를 유지하기 어려운 경우가 있다. 큰 부품의 간섭을 받는다. 일정 부품이나 지정 부품을 검사할 수 없을 수도 있다. 두께를 측정하기 위한 높이 제한 때문에 측정하지 못할 수도 있다. 이 점도 하나의 제약사항으로 여겨지고 있다.


2D 버블 검사성능, 조명기술로 잡아가 

2D 컨포멀 코팅 검사항목에서 최근 버블 항목에 관심이 높아지고 있다. 이와 관련해 검사기 업체들은 2D 검사성능을 강화하고 있다. SAKI코리아 김규섭 지사장은 “코팅 내의 버블이 쇼트의 원인 중 하나로 여겨지고 있다. 특히, 부품의 리드와 리드 사이에 버블이 존재할 경우, 트러블로 간주하는 원청업체가 다수이다. 버블 내에 무엇이 들어있는지 모른다는 이유에서이다. 그리고 부품의 바디 위에 생성된 버블이 지속적인 진동, 충격을 받으면 코팅 자체를 떼어내는 원인으로 지목되고 있다. 떨어진 코팅이 커넥터 내부로 들어갈 경우, 전기적 회로적 비접속 현상을 유발한다. 그래서 전장 업종에서는 버블 검사를 필수로 지정하고 있다”고 설명했다. 완성차 업체에서는 버블을 검출 항목으로 지정하여 관리하고 있다. 아쉽게도 코팅 검사기에서는 버블을 완벽하게 극복하지 못하고 있다. 검사기에서 획득한 2D 영상만 가지고는 버블인지 아니면 부품의 필렛인지를 명확하기 구분하지 못하고 있다. 가성불량이 많이 발생한다. 이러한 이유로 버블 검사성능이 검사기의 능력을 좌우하는 하나의 잣대가 되기 시작했다. 대부분의 검사기 업체들은 버블 검출성 향상의 출발점을 좀 더 정확한 이미지 정보를 습득에 두고 있으며, 빅데이터를 활용한 검사알고리즘 강화라는 뒷심을 키우고 있다. 보다 선명하고 정밀한 빛 반사 정보를 얻을 수 있는 광학기술 개선과 더불어 검사알고리즘을 개선하고 있다.
한편, SMT생산설비 제조업체들은 2사분기 이후를 걱정하고 있다. 대부분의 업체들은 1사분기 나쁘지 않았다고 말하고 있다. 반도체 업황개선, 기저효과에 힘입은 반등 조짐이 지난해 연말경에 조금씩 나왔다. 실제 SMT업종도 설비투자가 서서히 기지개를 켜는 분위기였다. 그 시기에 코로나19 펜더믹 상황이 연출되었다. 사회적거리두기 운동이 본격화되었고, 아무리 친한 관계라고 하더라도 방문자제가 미덕이 되었다. 고객사를 향해야만 하는 영업사원들의 발길이 본사에서 벗어나지 못했다. 2사분기 이후를 걱정할 수밖에 없다. 영업활동 제한뿐만 아니라 설비투자가 급속도로 사라졌다. 부품수급이나 물량이 줄어들어서 투자를 잠정 보유한 임가공 업체들이 늘어났다. 베트남도 코로나19 여파를 크게 받고 있다. 베트남은 강력한 지역이동제한정책을 시행하였고, 방문객들을 무조건 2주간 자가격리시켰다. 그 결과 베트남 현지에 설비, 제고, 부품 등을 수급하기가 상당히 까다로워졌다.