듀얼헤드 설비는 확산 탄력 받아  

 

 

 

 

전자산업계는 코로나19 팬데믹으로 힘든 2020년을 보냈다. 코로나19 팬데믹은 최종소비심리를 위축시켰고, 생산량 하락을 불러왔으며, 대규모의 신규 라인증설이 연기 및 중지로 연결되었고, 그로 인해 설비투자가 대폭 줄어들었다. 코로나19 팬데믹은 전자산업군의 희비를 엇갈리게 했다. 어떤 업종에게는 최악을 경험하게 했지만, 어떤 업종에서는 예상치 못한 반사이익을 누릴 수 있게 했다. 비대면 비즈니스 관련 산업군은 어려운 상황을 수월하게 헤쳐나갈 수 있었다. 재택 근무 및 온라인 교육 확대, 집콕 생활 장기화로 인해 비대면용 전자기기와 TV 수요가 늘어났다. 해당 가전제품과 필요한 카메라모듈, 통신칩, OLED/LED 디스플레이 업종에서는 설비투자에 인색하지 않았다.  

산업연구원의 ‘2021년 거시경제 전망’ 보고서에서는, 지난해 설비투자가 코로나19 사태로 인한 사회적 거리두기 조치, 비대면 거래 확대 등으로 자동차 등에서는 크게 줄었지만, 반도체를 중심으로 한 기계류 투자가 전년보다 증가하여 2017년 이후 3년 만에 증가세를 보였다고 전했다. 증가세 이유에 대해 산업연구원은, 코로나19로 인한 거시경제 충격에도 불구하고 설비투자가 반등한 것은 기저효과 측면도 있지만, 비대면 문화의 확산으로 인한 반도체 및 ICT산업의 투자수요 증가를 주요 요인으로 꼽았다. 보고서에서는, 2021년 설비투자는 코로나19로 인한 불확실성에도 불구하고 백신 및 치료제 개발에 대한 기대감과 반도체를 비롯한 ICT 부문의 선제적 투자수요 등을 중심으로 견조한 증가세를 예상하면서 전년보다 7.0% 증가할 것으로 전망했다. 반도체의 경우, 올해 업황 회복과 경쟁 가속화가 예상됨에 따라 메모리, 비메모리, 파운드리 등에서 설비투자를 더욱 확장할 것으로 예상했다. 디스플레이의 경우, 경쟁국들과의 기술격차를 벌리기 위해 OLED 설비투자를 늘릴 것으로 예측했으며, 스마트폰은 화웨이 제재와 5G 스마트폰 보급의 가속화가 설비투자에 호재로 작용할 것으로 분석했다. 자동차 전장의 경우, 세계경기 회복 예상으로 투자가 올해보다 증가하고, 미래형 자동차에 대한 투자 역시 꾸준하게 이루어질 것이라고 전했다. 

 

지난해 하반기 SMT설비제조업계에서는 코로나19 바이러스에 의해 막혀 있던 투자 연기분이 올해에 재개될 것이라고 예상하면서 20212년 설비투자 활성화 의견이 주류를 이뤘다. 주요 고객사 및 임가공 업체에서도 동조하는 듯한 뉘앙스를 풍겼기에, 기정사실처럼 받아들여졌다. 부푼 기대를 안고 2021년을 맞이했지만 아직까지 확실하게 눈에 들어오는 움직임이 없다. 

디스펜싱 시스템 제조 및 공급업체에서는 올해 시장을 비관적으로 바라보고 있다. SMT 설비 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 휴대전화 업종의 대규모 투자 건을 찾아보기 어려워졌기 때문이다. A 업체 관계자는 “올해 휴대전화 업종에서 예상한 대규모의 라인증설 계획은 극소수에 불과할 것 같다. 대형 업체조차도 현재까지 구체적인 계획이 잡히지 않았다”고 설명한 후, “디스펜서 입장에서 지난해보다 더 힘든 한 해가 될 수도 있다”고 예상했다. 디스펜서 시장 침체 의견은 다른 업체에서도 나왔다. B 업체 관계자는 “국내 스마트폰 대형 업체는 지난해의 프리미엄 모델 판매저조를 만회하기 위해 다음 버전의 모델을 빠르게 발표하는 전략을 취하고 있는 듯한 인상을 받고 있다. 그런데 라인증설 측면에서는 투입비용 최소화 전략을 펼치고 있다”면서, “생산성 증대 및 생산품질 제고 목적의 설비 수요가 있겠지만, 예전에 비해 수량은 대폭 줄어들 것이며, 그마저도 신규 설비구매가 아니라 노후 설비 교체 및 개선에 중점을 두고 이뤄질 것 같다”고 휴대전화 업종의 분위기를 전했다. 여기에 글로벌 스마트폰 업체를 원청으로 두고 있는 국내 업체들의 투자도 기대하기 어렵다는 게 디스펜서 업체들의 입장이다. 스마트폰 카메라 수가 경쟁적으로 늘어남에 따라 카메라모듈 협력업체에서는 지난 2~3년 동안 꾸준하게 신규 모델향 라인을 구축해왔다. 올해는 분위기가 달라졌다. 구체적인 계획이 없는 것으로 디스펜서 업체에서는 파악하고 있다. 최근에 나오고 있는 설비는 차세대 모델향 공정 안정화 및 품질 테스트용의 설비만 소량으로 요구하고 있다고 덧붙였다. 

 

 

지난해 SMT생산설비 시장은 휴대전화, 전장 업종이 주춤한 반면, 통신네트워크, 디스플레이/가전 업종의 비중이 올라갔으며, 반도체 패키징 업종은 꾸준한 모습을 보였다. 

패키징 후공정 업체들은 지난해 SMT생산설비의 관심을 한 몸에 받았다. SiP 생산량 증대 목적의 라인증설을 꾸준히 진행한 탓이다. 지난해 형성된 투자 기조에 변함이 없을 것으로 예상된다. 대부분의 시장분석자료에서는, 패키징 후공정 업체의 시설투자 지속을 점치고 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 예측된다. 신영증권의 분석 자료에 따르면, 코로나-19의 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 보였다. 보고서에서는, 2020년 상반기는 대만 OSAT 투자가 집중적으로 집행되었고, 하반기에는 국내 파운드리 물량 증가에 대응하기 위한 글로벌 OSAT의 국내 공장 대상의 투자를 예상했다. 디스펜서 업체들은 반도체 후공정의 분위기가 매력적이기는 하지만 설비수요 확대로 이어지지 않을 것으로 보고 있다. 해당 업체들의 특성상 생산 아이템에 승인된 설비만을 고수하고 있으며, 가능한 기존의 유휴 설비를 활용하는 경향이 짙다는 점을 이유로 들었다. C 업체 관계자는 “원청 업체에서 승인한 생산설비만 구매하는 특수성 때문에 일부 디스펜서 업체만 특수를 누렸다. 그런데 그 특수가 이번 년도로 이어질 지는 의문이 든다. 2020년이 예년에 비해 비교적 투자를 많이 해서 올해는 수요가 줄어들 가능성도 배제하지 못한다”고 전망했다. D 업체 관계자는 “디스펜서가 필요한 OSAT 업체는 지난해 다 구매했다. 글로벌 고객사로부터 확실한 물동량을 확보하지 못한다면, 올해 투자를 기대하기는 어려울 것”이라고 이야기했다. 

 

지난해 미니 LED 관련 라인투자가 이슈를 끌었다. 해당 라인에 양산형 설비와 함께 대량의 디스펜서도 포함되었다. 국내 가전 대기업에서 미니 LED TV 시장확대를 겨냥해 전용 생산라인 구축에 집중하고 있어서 몇 년간 주요 시장으로의 성장이 예상된다. 미니 LED는 마이크로 LED, OLED TV로 전환하는 중간자 역할을 담당할 것으로 여겨져 향후 3~5년 간 꾸준한 성장이 전망되고 있다. 여러 언론매체를 종합해 보면, 삼성전자는 베트남에 미니 LED TV 생산라인을 구축하고, 올해 200~300만대를 양산할 계획으로 알려져 있다. LG전자도 미니 LED TV를 출시해 초기 시장에 대응하려는 움직임이 나오고 있다고 이야기되고 있다. 

미니 LED는 TV 환경에서 슬림한 두께와 8K 해상도 구현이 유리하고, 로컬 디밍(Local Dimming)이 가능하며, 높은 색재현성과 낮은 전력소모 등의 다양한 장점을 지니고 있다. 더불어, 마이크로 LED에 비해 비교적 제조가 용이하고, 가격경쟁력이 우월하며, 수리 및 보수가 가능하다는 이점도 특색으로 꼽힌다. 

미니 LED의 경우, 마이크로 LED에 비하면 칩 사이즈가 100~200μm 정도로 크고, 광원의 제조 및 트랜스퍼, 불량검사, LED칩의 구분, 수리공정 등에서 기존 LED의 제조공정과 장비를 활용할 수 있어서 마이크로 LED와 비교하면 제조기술의 난이도가 낮고, 상용화가 용이하다. 기존 LCD 라인에 추가적인 투자만으로도 전용 라인을 꾸밀 수 있다. 디스플레이 업체에게는 저비용 고효율을 누릴 수 있다. 

디스펜서 업계에 따르면, 백라이트 기판에 0402m 사이즈의 LED 칩을 올려놓고, LED의 렌즈 역할을 하는 에폭시를 dotting하는 목적으로 디스펜싱 시스템을 활용하는 것으로 알려져 있다. LED 소자 적용 수의 급증에 따른 생산성 및 수율성이 중대한 성능이 되었다. 일반적으로 65인치 UHD 미니 LED BLU에는 10,000~15,000개 가량의 미니 LED 소자가 장착된다. 수만 점의 LED 소자에 dotting 만큼 빠른 생산성의 솔루션이 필요하다. 이를 대응하기 위해 듀얼헤드 혹은 멀티 노즐 구조의 모델이 우선시 되고 있다. 

한편, OLED 패널 모듈 납품업체들의 디스펜서 투자도 예상되고 있다. 모듈 내의 자재변경에 따른 보강 목적으로 대량의 설비들이 들어가는데, 동일한 FPCB에 많은 소형부품들을 올리고 방식으로 공정이 진행되고 있다. 대량 생산이 가능하며 협피치 부품의 언더필 공정에 적합한 디스펜서 성능이 선호되고 있다. OLED 패널 업체들의 추가투자가 예상되고 있어서 여러 디스펜서 업체들이 예의주시하고 있다.  

 

일반적으로 전기차 배터리는 여러 개의 배터리 모듈을 묶어서 배터리 팩으로 완성된다. 모듈을 병렬로 놓고, 이들을 잡아주는 시스템이 들어가 하나의 팩이 된다. 전기차 확산으로 배터리 수요가 늘어나면서 생산라인을 늘리고 있다. 배터리 팩 공정에서는 실링, 접착 등의 디스펜싱 작업이 들어간다. 더불어 방진, 방습 목적의 코팅 개념의 설비도 요구되고 있다. 이와 관련해서 디스펜서 수요가 늘어날 것으로 예측되고 있다. 아직 전자 업종처럼 수요가 높지 않지만, 전기차용 배터리 수요 급증이 전망되고 있어서 성장가능성이 높은 곳으로 여겨지고 있다. 

디스펜서 업체들에 의하면, 배터리 업종의 요구사항은 상당히 까다롭다고 이야기하고 있다. 사람의 생명과 직결된 전장 업종이라서 높은 기술난이도는 이해하고 대응하고 있다. 하지만 업계 표준의 스펙이 아니라는 점이 힘들다고 말하고 있다. 아직까지 해당 작업에 관한 표준화된 스펙이 없어서 업체별로 요구하는 사양이 다르다. 원청업체에서 승인하는 스펙으로 정해지고 있다. 원청업체별로 스펙이 다르다. 전기자동차의 경우 아직도 완성해 가는 단계로 파악되고 있다. 

배터리 관련 협력사들은 하이엔드 성능의 디스펜서를 구매하고 있다. 아주 작은 불량이 예상치 못한 치명적인 문제의 원인이 될 수 있기에 적용 초기부터 하이엔드 高 스펙의 최신 설비를 고려하고, 거기에 걸맞은 설비들을 우선적으로 선택하고 있다. 

전기차의 보급이 늘어나면서 자동차 업체들은 조금씩 양산성에 초점이 맞추고 있다. 생산품질을 안정화시키면서 양산성으로 눈을 돌리게 된다.

 

디스펜싱 시스템의 자동화 수요가 많은 비중을 차지했었다. 인건비 절감, 균등한 품질 확보의 이점 때문에 자동화 시스템으로 전환하는 업체들이 속속 등장했다. 코로나19 팬데믹으로 인해 잠시 막혀 있었던 투자가 되살아나기를 기대하고 있다. 디스펜서 업체들은 자동화 설비 교체가 필요적이라고 말하고 있다. 작업자가 구현하는 디스펜싱 선폭이 한계점에 왔다는 이유를 들었다. D 업체 관계자는 “사용 노즐과 용액의 특성에 따라 다르겠지만 보편적으로 작업자가 구현할 수 있는 한계는 400~500미크론의 갭이다. 현재 지문인식 공정에서 틈을 실링하는 한계 사양이 400~500미크론이다. 공교롭게도 수작업의 한계선과 일치한다. 탁상형 설비 활용의 마지막 단계라고 생각한다”면서 “탁상형 설비가 필요한 공정이 여전히 존재하겠지만 고속 고정밀 토출량의 요구가 높아지는 공정에서는 탁상형 자리를 시스템 설비가 대체할 것”이라고 예상했다. C 업체 관계자는 “디스펜싱 공정이 추가되고 있는 추세로 탁상용 설비의 수요가 엄청나다. 일반 자잘한 공정, 카메라, 스피커 공정라인에 들어가 보면, 작업자들이 탁상용 설비를 사용해 트레이에 절연체와 본드를 바르고 있다. 이러한 일련의 작업들이 진행되고 있다. 현재 임가공 업체들은 기로에 서 있는 것 같다. 수작업을 자동화로 전환하면 인건절감과 생산품질 균등화라는 이점을 누릴 수 있지만 ROI를 따지면 큰 차이가 없어서 고민하고 있다”고 실제 현장분위기를 전했다. 

 

시장확대를 목적으로 둔 피에조 젯팅 밸브의 진화가 이뤄지고 있다. 피에조 젯팅 밸브는 미량의 전기신호를 가함으로써 구동되는 피에조 방식의 제품이다. 그래서 고속으로 초정밀의 토출을 반복적으로 사용할 수 있고, 파라미터 정량과가 가능하고 조작이 용이해 응용범위가 넓다는 장점을 가지고 있다. 일반적인 피에조 젯팅 밸브의 성능은 200㎛급의 직경으로 디스펜싱할 수 있으며, 150㎛의 틈 사이에 디스펜싱이 가능하다. 이러한 장점 때문에 미세 도포가 필요한 공정에 피에조 젯팅 밸브가 큰 관심을 보이고 있다. 특히, 고정밀도의 토출이 필요한 업종 및 공정에서는 공압 밸브 사용을 지양하고 있다. 공압 밸브는 필연적으로 오차율을 가지고 있으며, 피에조 밸브 대비 생산성이 매우 낮다는 점을 확인했기 때문이다. 

피에조 밸브는 고밀도·협피치가 대세인 휴대전화 업체에서 많이 사용하고 있다. 한정된 공간에 더 많은 부품들이 실장되고 있는데, 최근에는 일부 부품들이 PCB의 끝단에 위치하는 보드도 등장했다. 언더필하기 위한 이들 부품의 공간이 150㎛이다. 토출양이 많으면 PCB로 흘러내릴 수도 있다. 정밀한 토출이 필요하다. 여기에 생산성까지 제공해야만 한다. 이와 관련해 스마트폰 업체에서는 피에조 밸브를 활용한 적정 솔루션 찾기를 모색하고 있다. 

 

정량토출의 미세화를 위한 디스펜서 업체들의 노력이 지속되고 있다. 웨이퍼레벨에서의 언더필 공정 확산세가 전망되면서, 해당 프로세스에 대응하는 수준까지 끌어올리는 작업을 실시하고 있다. A 업체는 100미크론까지 토출되는 air stream을 제어하고, 최대 300미크론의 면적까지 제어할 수 있는 기술을 확보했다고 밝혔다. 여기서 더 나아가 중장기적으로는 100미크론 이하까지 제어한다는 목표를 세우고 연구개발에 매진하고 있다.

디스펜서 업체들은 젯팅 밸브의 내구성 향상에도 힘을 기울이고 있다. 젯팅 밸브가 미세 정량토출에 매혹적이지만 생산라인에서 풀가동되는 탓에 자체 수명은 짧은 편이다. 젯팅 밸브 특성 때문에 그렇다. 에폭시 용액 자체에 미세한 파티클이 함유되어 있는데, 에폭시를 밀어낼 때 밸브 내 공이가 파티클을 계속 때리는 현상이 나타나게 되고, 일정 시간이 지나게 되면 깨진 파티클에 의해 밸브 내부가 마모되고, 밸브 내의 토출용적을 달라진다. 그 결과 토출되는 양은 초기보다 많아지는 현상이 자주 발생한다. 요악하면, 젯팅 밸브는 에폭시의 일정한 양이 내보내야 하는데, 에폭시 내의 파티클에 의해 내부가 마모되어서 니즐 구멍이 커지게 되고, 토출 양이 많아진다는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 디스펜서 업체들은 끊임없이 내마모성이 개선된 밸브개발에 매진하고 있다. 선두 업체들은 올해 하반기 경에 내마모성이 향상된 신규 밸브 출시를 계획하고 있다. 

젯트 밸브의 내마모성을 100% 해결하기 쉽지 않다고 판단하고, 해당 업체들은 토출 양 변화 전에 밸브를 교체하도록 알려주는 기능의 부가적인 프로그램을 강화하고 있다. 클로즈루프 시스템을 통해 토출되는 양/점도 변화를 설비 자체에서 실시간으로 모니터링하고 분석해 자체적으로 토출 양을 보정하기도 하고, 이상징후 발생시 작업자에게 알람을 주는 시스템이다. 이 시스템은 대량생산 업체들과 고품질의 하이엔드 업체들에게는 필수적으로 적용되고 있다. 

 

 

 

성 향상을 이루는 솔루션으로 여겨지고 있기 때문이다. 그동안 듀얼헤드 타입의 설비를 선보이는 업체가 많지 않았다. 듀얼헤드 구동에 필요한 정밀한 수준의 제어기술력과 구동 프로그램이 필요할 뿐만 아니라 시장에서의 수요가 많지 않았기 때문이다. 그런데 최근 분위기가 바뀌었다. 기술력을 보유하고 있는 디스펜서 업체들은 듀얼헤드 설비를 앞다퉈 선보이고 있다. 대형 고객사에서 찾기 시작했기 때문이다. 카메라모듈 업체에서 적극적으로 선택하였고, 반도체 업종에서도 듀얼헤드의 고정밀도 설비를 구매하고 있다. 최근 디스펜서 업체들은 업종 불문하고 생산성 증대를 원하는 고객들에게 듀얼헤드를 적극 제안하고 있다.