전반적인 산업계가 코로나19 악재로 힘들어 하는 상황에서 솔더링 머신 업종에서는 희비가 엇갈렸다. 리플로우 업체들은 꾸준한 설비투자가 뒷받침되어 선방한 반면, 후공정 솔더링 머신 업체들은 설비투자 위축의 여파를 그대로 받았다. 상반기 솔더링 머신 시장에서는 반도체, 반도체 패키징 업체들이 견인하였고, 여기에 배터리 업체까지 뒤를 받쳐주는 모습이 나왔다. 특히, 후공정 솔더링 업체들은 배터리 업체에 생산라인 구축에 큰 관심을 보이고 있다. 열에 민감한 PCB 재질 특성으로 인해 셀렉티브 솔더링 머신, 레이저 리플로우의 특화 시장으로 성장 가능성이 높다고 보고 있다. 완성차 업체의 시황과 민감한 진공 리플로우 시장은 비교적 잠잠한 모습이었다. 자동차의 전장화, 친환경자동차의 구체화, 자율주행자동차 등장 임박 등 확실한 성장동력이 존재하지만 올해는 크게 힘을 발휘하지 못하고 있다. 

 

 

리플로우 입장에서 올해 상반기는 아주 나쁘지 않다. 코로나19 위기에서도 선방하였다. 전반적으로 설비투자가 위축되었는데, 리플로우 업체는 코로나 악재를 조금 비껴갈 수 있었다. 전장, 반도체, 반도체 패키징, SMT 등에서 골고루 수요가 나왔기 때문이다. 

올해 상반기 리플로우 시장은 반도체 업종이 견인했다. 지난해 말 반도체 경기 회복에 대한 의견이 지배적이었다. 바닥을 찍고 다시 상승한다는 긍정적인 예측이 많았다. 실제 설비투자에서도 예상과 비슷하게 흘러갔다. 생산설비 제조업체에서는 지난해 하반기부터 투자물량이 늘어났고, 1~2월까지 그 물량을 해소하기에 바빴다고 이야기했다. 그런 상황에서 코로나19 바이러스가 유행했다. 바이러스 확산을 막기 위한 사회적 거리두기, 생산공장 일시정지 등의 강력한 조치들이 나오면서 설비투자 흐름은 급정거했다. 전자산업계 대부분의 업종에서는 이러한 흐름을 보였다. 그러나 반도체, 반도체 패키징 업종은 조금 달랐다. 신형 바이러스라는 대형 악재 속에서도 꾸준히 생산성 증대에 힘을 기울였다. 화상통신이 가능한 비대면용 가전기기용, 최신 프리미엄 스마트폰 용 칩과 패키지 부품의 수요가 늘어났기 때문이다. 반도체 역시 생산라인을 바쁘게 돌렸다. 최근 국내 반도체 업체들의 2사분기 실적 발표를 종합해 보면, ‘비대면 효과’를 톡톡히 봤다. 코로나19 이후 비대면 시장이 커지면서 메모리반도체 수요가 견조했다고 분석되고 있다. 반도체 패키징 업체들도 특정 고객向 생산라인 증설에 힘을 기울였다. 국내의 모든 OSAT 업체들이 신규 라인구축에 동참했다. 특정 원청업체의 생산 오더 수주에 성공한 업체도 있었고, 향후 수주를 위해 선행적으로 투자하는 업체도 나왔다. 눈에 보이지 않았지만 경쟁적으로 라인을 늘렸다. 특히, 글로벌 OSAT 업체들 위주로, 첨단 패키지 모듈 라인 투자가 꾸준하게 이뤄졌고, 국내 IDM 업체들의 국내 협력사들도 대규모는 아니지만 라인증설에 나서는 모습이 있다. 카메라모듈과 관련된 공정 증설도 눈에 띄었다. 특정 고객 물량을 수주 및 대응하기 위한 투자가 진행되었다. 

전장 업종의 투자도 있었다. 하지만 예년에 비해 움직임이 크지 않았다. 코로나19 악재 직격탄을 제대로 맞은 완성차의 영업매출 하락이 영향을 미친 것을 분석된다. A 리플로우 업체 관계자는 “전장 업종은 전반적으로 설비투자 위축 분위기가 형성되어 있다. 인기를 끌고 있는 자동차 모델과 관련된 전장 협력사에서만 조심스럽게 설비를 교체하고 있다”면서, 한정된 업체의 투자만 나온다고 이야기했다. 

최근 EV 배터리 업체에서 라인증설에 나서고 있다. 글로벌 완성차용 EV배터리 제품을 양산하는 라인으로 알려져 있다. 이 업체는 EV배터리의 급격한 시장성장을 예상하고, 생산라인 증설을 계획하고 있다. 앞으로 1~2년 동안의 투자 계획이 잡혀 있다. 

SMT 업종에서는 설비투자 지갑을 열지 않고 있다. 생산물량 하락, 부품 수급 차질 등의 이유로 라인가동률이 현저하게 떨어졌다. 국내뿐만 아니라 베트남 현지에서도 비슷한 모습이 나오고 있다. 라인설비 교체를 생각할 겨를이 없다. 대부분 어려움을 겪고 있지만, 라인가동율을 유지하는 업체들도 있다. 비대면 가전기기 부상에 따른 카메라, 스마트폰 악세서리 관련 업체들은 비교적 어려움을 덜 겪고 있는 것으로 알려져 있다. 생산설비 업체에서는 국내 모바일 업체의 올해 투자를 기대하지 않는 눈치이다. SMT 생산설비 업체들은 올해 모바일 업종의 투자를 기대하지 않고 있다. 특히, 국내 대기업과 협력사의 라인증설은 없을 것이라고 보고 있다. 모바일 업종의 설비투자가 전혀 없지는 않겠지만, 소규모의 교체 수요만 대두될 것이라고 예측하고 있다. A 업체에서는 “신규 프리미엄 모델들이 글로벌적인 인기를 끌고 있지만, 당초 예상에 못미치는 수준이다. 코로나 19의 영향으로 스마트폰 시장이 정체되면서 프리미엄 시장도 크게 영향을 받은 것 같다”면서, “현재 구축한 생산라인으로도 충분히 대응 가능한 수준이며, 프리미엄 스마트폰에 들어가는 다양한 부품들을 이미 제고로 넉넉히 확보해 둔 것으로 알려져 있다. 따라서 국내 모바일 관련 업체들의 생산설비 투자는 올해 나오기 어려울 것 같다”고 예상했다. 

국내 모바일 업체와 협력사의 투자는 주춤할 것이라는 의견이 정석처럼 받아들여지는 가운데 글로벌 모바일 업체의 관련 설비투자는 꾸준하게 나오고 있다. 일반 SMD 협력사뿐만 아니라 IDM, OSAT 등 라인 증설에는 결국 글로벌 모바일 업체가 뒤에 있었다. 올해 상반기 진행되었던 투자 대부분은 이 업체의 물량을 대응하거나 겨냥한 움직임이었고 해도 과언이 아니다. 

 

셀렉티브 머신, 수요는 여전히 커진다    

 

글로벌 셀렉티브 솔더링 머신 시장은 2027년에 올해 대비 2배 가까운 규모로 성장할 것으로 보인다. Global Information의 최신 보고서에서는, 2020년 5,410만 달러(US$)의 글로벌 셀렉티브 솔더링 시장이 연평균 8.6%의 성장률을 기록하여 2027년 9,660만 달러(US$)의 규모를 형성할 것으로 전망했다. 2027년까지 네트워크 및 통신 업종을 셀렉티브 시장의 리딩 세그먼트로 내다봤다. 9.2% 연평균성장율을 보여 2027년에 3,360만 달러(US$)의 규모를 예측했다. 현재 글로벌 셀렉티브 솔더링 시장의 24.6%의 점유율을 차지하고 있는 소비재 가전업종은 최근의 경제 위기를 이유로 들면서 8%의 CAGR로 재조정했다. 

 

  

 

글로벌 완성차의 생산기지가 위치한 미국, 캐나다, 일본, 중국 및 유럽 지역의 10.1%의 연평균성장율을 예상했다. 2020년 800만 달러(US$) 시장의 이들 지역은 2027년 거의 2배로 커진 1,560만 달러(US$)가 예측된다. 중국 지역의 가장 빠른 성장세가 전망되는 가운데, 한국을 포함한 아시아 태평양 지역은 2027년 1,110만 달러의 시장규모가 예상된다. 

국내 셀렉티브 업체들 역시 시장성을 좋게 보고 있다. 전기자동차 업종과 관련해서 솔더링 머신이 바뀌는 추세에 있으며, 기존 웨이브에 보드를 태우고, 수납땜에 의존했던 작업들이 셀렉티브 솔더링 머신으로 전환하려는 모습이 구체적으로 나오고 있다는 이유를 들었다. 최대한 사람의 손길을 배제하려는 완성차 업체들의 제조전략이 시장 변화의 원동력으로 작용하고 있다. 휴먼텍 김진용 부장은 “전장용 특정 보드에서는 커넥터들이 커지고 있다. 웨이브로 태울 수 있는 영역이 아니다. 셀렉티브 머신이 갈수록 필요해질 것이다”면서, “전기자동차 배터리 보호회로 보드는 모터드라이브 혹은 케이블을 통해 연결되는데, 최근에는 이들을 빼내고 커넥터를 활용해 연결하는 구조로 많이 바뀌었다. 전장 업종에서는 양면보드를 많이 사용하고 있다. 그래서 커넥터 핀에 대해서만 포인트 솔더링이 필요하다. 이전 수납땜 작업을 해왔는데, 최근 셀렉티브로 전환하고 있다”고 구체적인 예를 들었다. 

성장 가능성이 높지만 현재 국내 셀렉티브 머신 시장은 조용하게 흘러가고 있다. 해당 설비는 주요 고객처가 전장 업종이기에 자동차 산업계의 시황에 민감하다. 완성차 업체의 판매실적이 하락하였고, 그 여파가 설비투자 시장까지 이어지고 있다. 설비 제조업체들은 자동차 전장 업종의 설비투자 움직임이 예년만 못하다고 말하고 있다. 셀렉티브 솔더링 머신 수요 역시 소소하게 나오고 있다고 덧붙였다. 특정 물종에 대한 라인투자는 극히 일부이며, 대부분의 업체들은 사용하고 있는 설비를 개량 및 개선하는 투자최소화에 집중하고 있다고 이야기하고 있다. 

 

  

 

현재 셀렉티브 솔더링 업체들의 시선은 배터리 업종에 집중되어 있다. 배터리 업체에서 후공정 라인에 셀렉티브 머신과 레이저 리플로우를 포함하여 라인을 구성하였다. 이들 설비들은 소수의 커넥터 납땜을 위해 선택되었다. PCB 재질을 고려한 장비 선정으로, 납땜 작업을 안정화시키기가 상당히 까다롭다고 알려져 있다. 예전에 전장 협력사에서도 해당 공정의 신뢰성을 높이는 작업을 오랫동안 진행했다. 휴먼텍의 김진용 부장은 “올해 셀렉티브 머신 시장에서 가장 큰 이슈는 배터리 업종이다. 이외의 업종은 상당히 주춤하고 있다. 배터리 관련 업체들로부터 기술적인 문의를 많이 받고 있다”고 말하면서, 현재의 시장 쏠림현상을 언급했다. 

 
3가지 타입의 셀렉티브, 전용 시장 형성할 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 맞춰 멀티 노즐을 장착한 설비와 DIP 방식을 활용한 타입의 머신은 솔더링 적용 방식에 따라 구분할 수 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. 관련 업계에서는 멀티 노즐 셀렉티브와 DIP 타입 머신이 각자의 장점이 뚜렷하게 부각되는 물종에 맞춰 시장을 차지할 것으로 예상하고 있다. 

 

 

진공리플로우 시장은 조용히 흘러가고 있다. 연초 국내 자동차 전장업체의 진공리플로우 투자건 이후 시장 활성화를 기대했지만 녹록치 않은 설비투자 여건이 발목을 잡았다. 진공 리플로우 업체는 고객으로부터 관심 및 테스트 요청 등은 지속적으로 증가하고 있으며, 그에 따라 판매 실적도 발생하고 있지만, 관심에 비하면 판매율은 높지 않은 편이라고 말하고 있다. 헬러코리아(주) 박대용 이사는 그 이유로, “전반적인 SMT 위축에 따른 영향이 크게 작용했다. 특히, 주 적용 대상 중 하나인 완성차 시장이 코로나19라는 악재 직격탄을 맞았다. 코로나19의 전 세계적 확산에 따른 해외부품 수급 차질, 생산공장 일시 셧다운 등으로 생산 차질이 지속되는 상황에서 최종소비심리마저 꽁꽁 얼어붙었다”면서, “완성차의 매출 하락은 결국 생산라인의 가동율 저하를 의미한다. 진공 리플로우 역시 이와 관련해서 수요가 저조한 것 같다”고 말했다. 

한편, TSM 박규봉 대표는 국내 진공 리플로우 시장이 한정적으로 형성될 것이라고 예상했다. 그는 “진공 리플로우의 주요 적용처는 반도체, 반도체 패키징, 방산, 의료, 전장 등이 있으며, 그 중 전장 업종이 차지하는 비중이 매우 크다. 그런데 전장 업종에서도 특정 생산 아이템에서만 보이드 최소화를 위해 진공 설비를 적용하고 있다. 제한된 활용처로 해당 시장은 급성장이 아닌 완만한 성장세를 이룰 가능성이 크다”고 말했다. 이어 그는 “자율주행차 시대 도래로 수요가 늘어나긴 하겠지만, 적용 생산 아이템이 크게 늘어날 것지 않아 보인다”고 전망했다. 

생산성, 듀얼 구조가 각광

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 진공 리플로우 겸용으로 사용할 수 있는 설비가 등장한 이유도 이 문제를 극복하기 위해서이다. 그리고 진공 리플로우 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.

 
레이저 솔더링, 생산성을 높여 시장확대 나서

EV배터리 업체에서 후공정 솔더링 머신으로 레이저 리플로우를 선택하면서 해당 설비에 대한 관심이 커지고 있다. 배터리 업체에서는 BMS 보드의 커넥터를 셀렉티브 솔더링으로 하고, SMD 공정을 통과한 소수의 부품을 레이저 리플로우로 납땜하는 방식을 구성한 것으로 알려져 있다. 이로 인해 레이저 리플로우 업체에서는 시장 확산의 기반이 될 것으로 예상하고 있다. 특히, 배터리 업체의 사례를 들면서 열에 민감한 아이템 생산 공정에 레이저 설비가 서서히 진입할 가능성이 높다고 보고 있다. 공정 안정화와 UPH 향상, 고가의 초기투자비용이라는 숙제가 남아 있지만, 기술 저변이 확대된다면 서서히 해결할 수 있을 것으로 보고 있다. 

레이저 업체들은 생산성 향상을 위해 레이저 젯팅 방법과 면적 단위의 빔을 형성하는 레이저 솔더링 방법을 내세우고 있다. (주)다원넥스뷰의 이동건 이사는 “레이저 젯팅 머신은 디스펜싱의 젯팅 기술과 비슷한 방식으로 솔더링하는 설비이다. 레이저 젯팅의 품질과 반복성에 있어서는 레이저 빔의 품질과 수직, 수평 얼라인 기술이 중요하다. 그리고 솔더볼 막힘과 솔더볼 미공급과 관련해서는 솔더볼 공급, 레이저 및 압력 컨트롤 등의 기술력이 필요하다”면서, “고수준의 기술력이 뒷받침되어야만 상용화할 수 있는 설비이다. 최근 생산성을 높이기 위해 초당 6포인트의 솔더링이 가능한 수준으로 작업속도를 높였다. 이는 기존 설비에 비해 3~5배 높은 수준의 생산성이다”고 자랑했다. 

 

 

 

 

대면적 레이저 리플로우도 생산성을 높이고 시장 확장에 나서고 있다. 해당 설비의 기술적인 큰 특징은 레이저 광학계에 있다. 빔 면적 전체가 동일한 Intensity를 가지는 Top Hat 타입의 빔 프로파일을 이용하는 방식이다. 빔 면적 또한 IC 크기에 상응하기 때문에 대면적 빔 또는 Area Beam이라고 부른다. 레이저 빔의 Uniformity와 실시간 온도 제어가 핵심 기술이며 전공정에서 서브스트레이트와 Ball Align이 품질에 대한 영향이 가장 크다. 지난해 대면적 레이저 리플로우 시스템인 LAB(Laser assisted boding)를 출시한 (주)프로텍의 박준상 부장은 성장가능성이 매우 높다고 말했다. 그는 “전자기기의 첨단화는 칩 및 기판 두께 박막화를 가속화시키고 있다. 다이의 두께는 기술진화에 따라 점차 얇아지고 있으며, 칩은 파인피치화되고 있다. 그리고 필름타입의 서브스트레이트이 적용되기 시작했으며, 2.5D/3D 패키지가 활용되기 시작했다. 이들 최첨단 공정에서는 Thermal Stress를 많이 받고 있다”면서 “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 설명한 뒤, “빔의 면적을 확장시킨 시스템을 안정화시켰다. 높은 UPH를 달성한 만큼 적용 애플리케이션이 더욱 넓어질 것”이라고 예상했다.