틈새 및 전용 시장개척 노력 여전   

 

 

 

 

 

3D AOI 시장뿐만 아니라 전반적인 설비투자시장이 위축되었다. 전세계에 퍼진 코로나19 바이러스가 전자산업계에서도 맹위를 떨치고 있다. 어려운 상황이지만 국내 광학검사기 업체들은 상당히 선방하고 있다. 각 업체별로 지난해 대비 30~40% 정도의 매출하락이 예측되는데, 글로벌적인 강력한 사회적 거리두기에 따른 이동제한을 고려하면 나쁘지 않은 성과를 기록했다. 1사분기 후반 검사기 업체들은 최악의 매출실적을 각오하고 있다는 말을 전할 정도로 심각한 모습을 보였었다. 그런데 2사분기 후반부터 여기저기에서 3D AOI 투자건이 나오기 시작하면서 되살아나기 시작했다. 전자산업계 전반에 드리워진 위험요인은 여전히 존재해 있지만 3D AOI 업체들은 비교적 순탄하게 한 해를 마무리할 것으로 보인다. 

한편, 올해는 2D AOI를 찾는 요청도 늘었다고 검사기 업체에서는 말하고 있다. 코로나19에 의한 위기감 분위기가 형성되었고, 생산업체들이 솔루션을 찾는 사례가 많아졌다. 3D AOI가 오버스펙인 경우가 업체들이 이러한 투자를 진행했다. 3D 검사기 구입을 우선적으로 고려했던 중소형 업체들이 제조업이 힘들어지면서 검사 수요 때문에 투자는 하긴 해야겠는데, 3D가 부담스러운 고객들은 생산품종의 검사 스펙을 봐서 2D만으로도 되는 곳은 2D를 사고 있다. 그래서 2D AOI 수요가 늘어난 것으로 검사기 업체들은 분석하고 있다. 

 

 

코로나19의 영향으로 올해는 광학검사기 시장이 주춤했지만 장밋빛 시장에 예견되고 있다. KBVresearch에서 발표한 ‘Global Automated Optical Inspection Systems Market’ 자료에 따르면, 글로벌 AOI 시장은 연평균 20.4%의 시장 성장률을 기록, 2026년에 17억 달러의 규모 형성이 예상된다. marketandmarkets에서는, 글로벌 AOI 시스템 시장 규모가 2020년에 7억5,300만 달러로 추정했으며, 2025년에는 15억 달러를 초과할 것으로 전망했다. 산업의 성장을 이끄는 주요 요인으로는 소비재 제품군의 수요 증가, 고품질 전자 부품군의 수요 증가, EMS 기업의 효율성 향상과 관련한 수요, 자동차 전자 제품의 AOI 시스템에 대한 수요 증가 등을 꼽았다. 특히, 3D AOI 시스템 시장은 2020년부터 2025년까지 더 높은 연평균 성장률을 예측했다. 생산품질 제고 요구 강화로 자동차 전장, 대형 EMS 그리고 반도체 백엔드 업체들로부터 선택되는 비중이 높아질 것이라고 분석했다. 

 

 

산업계 측면에서는 자동차 산업은 예측 기간 동안 AOI 시스템 시장에서 가장 높은 성장을 보일 것이다. ADAS(Advanced Driver Assistance System), 에어백 및 제동 시스템과 같은 차량의 중요 안전 시스템을 위한 고성능 전자 부품에 대한 수요로 인해 자동차의 전자 장치 사용이 증가했다. 또한 M2M 및 커넥티드 차량과 같은 무선 통신 기술의 구현으로 인해 자동차의 전자 부품이 증가했다. 고가의 고품질 부품 적용 확장으로 자동차 제조업체에서의 3D AOI 선택사례 증가를 내다봤다. 

 

 

검사기 업체들은 올해 3D AOI 시장에 산업계 전반에 걸쳐 골고루 판매되었다고 말하고 있다. 반도체 패키징 업종은 큰 변화 없이 꾸준한 모습을 보였으며, 해당 시장을 이끌었던 모바일, 전장 업종은 조금 떨어진 반면, 통신네트워크, 가전 업종의 비중이 올라갔다. 2010년대 초반에는 모바일 업종이 시장의 중심에 있었고, 중반에는 자동차 전장 시장으로 쏠렸다가 현재는 세분화되고 있다. 올해 주춤세를 보인 모바일, 전장은 여전히 매력적인 곳이다. 대량 구매 잠재력이 여전히 매력적인 업종이다. 통신네트워크는 5G 특수가 예상된 업종이었다. 가전 업종의 3D AOI 비중 확대 현상에 의외라는 시선이 많다.

 

올해 패키징 후공정 업종은 SMT생산설비 입장에서 가장 중요하고, 고마운 곳이었다. 코로나19 확산방지를 위한 글로벌적인 생산공장 셧다운 현상이 나타나면서, 모든 전자산업계의 설비투자가 중지되었을 시기에도 패키징 후공정만은 나홀로 시설투자를 집행했다. 최소한의 꼭 필요한 설비만 투자했지만, 생산설비 제조 및 공급업체에게는 막혀 있던 숨통을 트이게 하는 유일한 곳이었다. 

SiP 생산물량확보 목적의 상반기 투자 이후 소극적인 자세를 취하고 있지만, 하반기 시설 확장용 투자가 점쳐지고 있다. 대부분의 시장분석자료에서는, 패키징 후공정 업체의 시설투자 지속을 예상하고 있다. 올해 5G 스마트폰 시장의 본격적인 개화로 인해 관련 칩셋 물량 증가에 대응하기 위해 글로벌 OSAT 업체들은 대대적인 설비투자를 감행했는데, 이러한 움직임이 2024년까지 이어질 것으로 예측되고 있다. 신영증권의 분석 자료에 따르면, 코로나19의 영향으로 상반기 스마트폰 출하량은 감소하였으나, 전체 스마트폰 내 5G 비중은 지속 증가 중이며 이를 지원하는 5G 관련 모바일 칩셋 시장의 또한 성장하고 있다. 5G 도입으로 AP, Baseband 및 SiP뿐만 아니라 RF 칩셋과 AiP(Antenna in Package) 패키징 신규 도입되며 반도체 후공정 외주 업체의 투자가 증가세를 보이고 있다. 보고서에서는, 2020년 상반기는 대만 OSAT 투자가 집중적으로 집행되었고, 하반기에는 국내 파운드리 물량 증가에 대응하기 위한 글로벌 OSAT의 국내 공장 대상의 투자를 예상했다. 

5G 스마트폰에는 4G 모델에 비해 30~40% 더 많은 칩셋이 채용되고 있다. 5G 스마트폰 시장확장에 따른 칩셋 수요증가가 예상되는 바 패키징 후공정 업체의 생산량 증대 목적은 당분간 유지될 것으로 보인다. 대만IT매체인 Digitimes Research는 5G 스마트폰의 전 세계 출하량은 2020년 2억대 이상이며, 2025년에는 12억2천만 대 이상으로 확대될 것으로 예상했다. 

스마트폰용 SiP 수요와 더불어 5G 인프라 구축용 수요증대도 전망되고 있다. 중국의 5G 기지국 구축은 공격적으로 진행되고 있다. Digitimes Research에서는 2020년 상반기에 400,000개 이상의 5G 기지국을 구축한 후 중국 통신 사업자 전체가 올해 하반기에 250,000~300,000개의 기지국을 추가로 설치할 것이라고 예상했다. 중국뿐만 아니라 5G 인프라 구축이 글로벌적으로 초기 단계이기에 향후 몇 년간 통신보드용 SiP 수요는 꾸준할 것으로 보인다. 무선이어폰에 SiP 모듈을 확대 적용이 점쳐지고 있다. 

 

가전 업종은 전통적인 2D AOI 시장으로 여겨지고 있다. 그런데 이러한 인식이 조금씩 깨지고 있다. 근래 최첨단 IoT 기술이 접목된 가전기기의 인기가 점차 높아지고 있으며, 고가의 제품들도 속속 등장하면서 3D AOI를 찾는 목소리가 강해지고 있다. 

일반적인 가전 기판은 넓은 PCB에 소수의 부품 및 칩/자재들이 띄엄띄엄 들어가 있었다. 고가의 가전기기용 보드에는 최근 패키징 모듈이 들어가기 시작했고, 부품 및 자재들이 오밀조밀하게 장착되고 있다. 고가의 부품, 칩을 적용하는 비중이 높아지면서 보드의 가격도 상승하였다. 생산불량이 나면 폐기했던 기존 방식을 고수하기에는 경제적인 부담이 커졌다. 아울러, 원청의 검사 공정 스펙 강화가 지속되었다. 원청의 검사 스펙 대응과 불량률 감소에 따른 생산단가 하락을 목적으로 3D AOI 검사기를 요청하는 목소리가 커지고 있다. (주)미르기술의 신중엽 이사는 “근래 고가 및 최첨단 IoT 기술이 접목된 가전용 기판은 전장 보드와 유사한 부분이 많아지고 있다. 넓은 보드에 고가의 패키징 모듈, 칩, 자재들이 밀집도 있게 장착되고 있다”면서, “가전 업종에서는 2D AOI가 여전히 시장 중심에 있겠지만, 생산품종에 따른 3D AOI 수요가 당분간 유지될 가능성이 높다”고 예상했다. 

검사기 업계에 따르면, 미니/마이크로LED 관련한 3D AOI 검사 요구가 강하게 나오고 있다. 특히, 올해는 미니LED에 대한 이야기가 많이 들리고 있다. 미니LED는 화면의 밝기를 개선하기 위해 백라이트 부위에 들어가고 있다. 미니LED는 기존 LED보다 얇고 가벼우면서 명암비가 크게 개선되는 효과가 있다는 점에서 TV, 스마트폰을 포함한 휴대용 기기에 들어가기 시작했고, 향후 적용 확산이 예측되고 있다. 미니LED TV 업계에서는 대형 보드에 수십만점의 미니LED가 제대로 색상을 구현하는지에 관한 검사를 3D AOI가 해결해 주기를 원하고 있다. LED 자체 발광으로 인한 2D 검사기의 적용 한계를 이유로 들어, LED 형광체의 체적, 미니LED 장착 정도와 틀어짐 위치를 계측하여 검사할 수 있는 대응 검사기를 찾고 있다. 대형이면서 얇은 재질 위에 수십~수백만점 장착된 미니LED를 신뢰성 및 반복성 있게 검사하는 솔루션을 요청하고 있다. 검사기 업체들은 미니LED 관련 업체의 요청사항을 맞추기 위한 노력을 집중하고 있다. 

 

 

 

고해상도 3D AOI에 대한 관심이 높았다. 업계에서는 해상도 별로 시장이 자연스럽게 구분되었다고 말하고 있다. 10㎛ 레졸루션급의 설비는 대량으로 소형부품을 생산하는 업종에 적합하고, 3~5㎛급은 반도체 후공정, 1㎛급은 반도체 전공정에 맞다고 말하고 있다. 올해 형성된 주요 시장 대부분에서 고해상도의 3D 광학검사기를 찾고 있는 까닭에 모든 업체들이 성능 개선에 집중하고 있다. 특히, SiP 공정에 필요한 3~5㎛급의 양산성과 검사 신뢰성에 향상에 노력하고 있다. 이 수준의 검사기는 마이크로범프 검사, 초소형 부품 검사, SiP 검사, 웨이퍼레벨 스택 검사, 미세 크랙 검사용 활용되고 있다. 휴먼텍의 신태양 상무는 “하이엔드 업종의 요구사항이 매우 까다롭다. 경면(鏡面) 및 빛 반사 자재 사용이 많은 곳이기에 확실한 빛 반사억제 기술이 요구되고 있다. 대응 컨셉트를 잘못 잡으면 상당히 고전할 수 있다”고 조언했다. 

 

틈새시장 창출 노력 ‘여전’
 

검사기 업체들은 일반 SMT용 3D AOI 시장은 포화상태에 이른 것으로 판단하고 있다. (주)미르기술의 신중엽 이사는 “그동안 급성장을 이어오던 해당 시장은 2018년말부터 성장세가 둔화되기 시작했다. 3D 광학검사기가 필요한 업체 대부분은 구매를 완료하였고, 최근 몇 년간은 소량의 추가구매에 힘을 입어 성장세를 유지했다. 현재 검사기 구매 여력이 남아 있는 업체는 EMS, 자동차 전장의 1차 협력사 정도인데, 그나마 규모면에서는 예전보다 대폭 줄어들었다”면서 “개인적으로, 3D AOI 성장동력이 여전히 존재해 지속 성장을 거듭하겠지만, 상승 곡선을 이전과 달리 완만한 모습을 보일 것”이라고 전망했다. 모든 검사기 업체들이 이 의견에 동조하고 있다. 

시장포화로 인해 검사기 업체들은 새로운 먹거리 창출에 나서고 있으며, 올해는 더욱 가속화되고 있다. 보유한 광학기술과 3D 검사기술을 응용하여 Press-Fit Pin 검사기, UV 코팅 검사기, 웨이퍼 범프, 와이어 본딩 검사기 등의 전용 검사기를 경쟁적으로 출시 및 개선해 나가고 있다. 시장 규모면에서는 SMT 업종에 비할 바 못 되지만, 하이엔드 업종용 설비인 만큼 제값을 받을 수 있어서 수익 창출면에서는 더 유리하다. 더불어 광학 기술의 제약을 극복해내야 하는 높은 기술력이 필요한 영역이기에 시장선점효과를 제대로 누릴 수 있다. TRI의 시흥등 부장은 “광학기술과 3D 원천기술을 활용한 새로운 응용시장을 찾아 나서는 움직임이 더욱 구체화되고 있다. 컨포멀코팅기, MOI, 반도체 와이어 본딩기 등과 같은 전용 3D AOI들이 파생되어 나오고 있다. 3D 광학검사기 업계 전반에 걸쳐 진행되고 있는 커다란 기류이다”고 설명했다. 

 

생산현장에서의 3D AOI에 대한 기술적 요청은 다양하게 나오고 있다. 하나는, 반복정밀도 개선이다. 2D AOI는 애초에 반복정밀도를 측정하기가 어렵다. 측정치에 대한 개념이 높지 않기 때문이다. 3D AOI로 넘어가면서 수치화되면서 정밀도, 반복도 이야기가 나오기 시작했다. 2~3년만해도 반복정밀도 측면에서 생산현장에서는 어느 정도의 오차를 인정해주는 분위기였다. 그런데 이제는 달라졌다. 눈이 높아졌다. 반복정밀도가 낮으면 구매대상에서 배제하기 일쑤이다. 원청에서 품질 제고를 목적으로 검사 스펙을 상당히 높은 수준까지 올렸다. 부품이 더 작아지고 더 비싸진 탓이다. 원청의 검사 압박에 대응하기 위해 협력사 및 EMS 업체들은 고 신뢰성의 높은 반복정밀도 검사기를 찾고 있다. 

다른 하나는, PCB 색상의 컬러화 대응이다. 예전의 PCB의 컬러화가 다시 고개를 들고 있다. 한때 파란색, 검정색, 빨간색 등의 다양한 PCB 제품이 나왔다. 그 당시 검사기 업체들은 골머리를 썩었다. 광학검사기가 이미지를 찍어서 데이터를 취득하는 구조이기에 PCB색상에 따라 부품, 자재의 이미지 획득률이 현저하게 떨어지는 경우가 발생한다. 프로젝션의 세기에 따라 밝은 PCB는 반사, 어두운 PCB는 흡수하는 현상이 나온다. 따라서 가장 일반적인 녹색계열의 PCB에 맞춰 설계된 검사기를 PCB색상에 최적화된 조명으로 조정해야 하고, 검사알고리즘도 개선도 필요하다. 검사 프로세스의 노하우가 크게 빛을 내고, 더불어 소프트웨어적으로도 받아들이는 이미지를 분리할 수 있는 기술이 요구된다. 

미세 크랙 이야기도 자주 들었다. 최근에는 SMT 공정에서도 고해상도 검사기의 필요성이 조금씩 부각되고 있다. 검사기 업계에서는 미세 크랙류를 검사에 필요한 필수 조건으로, 2D 검사 알고리즘과 설비 내의 최적화된 조명 기술을 꼽았다. SAKI코리아의 김규섭 지사장은 “전장, 모바일 업종에서 최근 미세 크랙을 검사 항목으로 추가하려는 움직임을 보이고 있다. 특히, 솔더링 크랙뿐만 아니라 MLCC/BGA 등의 칩 자체의 미세한 크랙 검사항목에 포함시키고 있다”면서, “특화된 조명기술과 내공 있는 2D 검사 알고리즘이 적절하게 조화를 이뤄야만 해당 요청에 대응할 수 있다. 2D 기술 노하우가 높은 업체가 유리할 것”이라고 말했다.

 

더불어 AI기술 적용 확대노력도 검사기 시장에서 놓칠 수 없는 화두 중 하나이다. AI이야기는 몇 년 전부터 나왔지만, 현 수준은. 검사기 업체에서 구현하는 영역과 사용자가 원하는 수준은 상당한 괴리가 있다. 생산현장에서는 검사기의 자동판독 영역에 AI기술이 활용되기를 원하고 있지만, 아직은 그 수준까지는 구현하지 못하고 있다. 대부분의 검사기는 AI 기술 활용한 자동티칭, 디버깅 그리고 데이터를 분석해서 피드백하는 순환하는 커뮤니케이션에 적용되어 있다. AI 딥러닝 기술을 현실화시키기 위해서는 빅데이터가 필수이다. 전자산업계에 사용되는 부품, 칩, 자재들의 조건이 상당히 방대하다. 적용 자재들의 형상, 모양, 크기, 문자 등이 천차만별인 탓에 빅데이터를 완성하기가 매우 어렵다. 그리고 검사기의 NG판독은 생산수율과 생산품질과 직결한다. 높은 신뢰성의 정확한 판독작업이 이뤄지지 않는다면, 생산업체가 떠안아야 하는 피해는 매우 크다. 이러한 이유 때문에 AI 기반의 자동판독 프로그램은 더 많은 시간이 필요할 것으로 예상된다. 검사기 업체에서는 AI 기반의 전자동 판독을 최종 목표로 삼고, 여전히 기술개선에 집중하고 있다.