현재 컨포멀 코팅 두께 측정(3D CCI, 이하동일) 시장은 소강상태 국면을 보이고 있다. 벌써 시장 완성단계에 접어들었기 때문이라는 견해와 설비투자 지연에 따른 일시적인 모습이라는 의견이 나오고 있다. 전문 검사기 업체들은 전자의 관측에 힘을 실고 있는 분위기다. 해당 업체들이 내세우는 가장 큰 이유는 ‘시장의 한계성’이다. 일반 SMT용 광학검사기와 비교하면 컨포멀 코팅 두께 측정은 보편성이 낮은 편이다. 현재는 자동차 전장 업종밖에 없다. 전자기기의 방진/방수의 중요성이 커지면서 적용처가 넓어지고 있는 것은 사실이다. 가전기기에 컨포멀 코팅 공정이 늘어나고 있으며, 공정이 조금 다르지만 휴대전화에도 코팅과 유사한 작업이 필수적으로 들어가고 있다. 그런데 이들 업종에서는 비교적 단순한 코팅 유무 판별에 만족하고 있다. 코팅 두께 측정은 여전히 오버 스펙으로 여기고 있다. 3D CCI 필요성이 현저하게 낮은 업종들이다. 

전장 업종에서는 보드 전체가 아닌 특정 영역에 대한 선택적인 코팅 구조의 공정을 수행하고 있다. 보드의 불량이 사람의 생명과 직결된 업종이기에 생산품질 향상에 집중하고 있으며, 지난해 하반기부터 컨포멀 코팅 두께를 품질관리 기준에 포함하기 시작했다. 이로 인해 3D CCI에 대한 관심이 높아졌고 투자도 늘어났다. (주)펨트론의 조현식 상무는 “3D CCI 설비가 출시된 직후에는 높은 관심이 투영되어 수요가 많았다. 그러나 최근에는 수요가 눈에 띄게 줄었다”면서, “자동차 전장에 국한된 시장, 전장 협력사의 보수적인 설비 구축 그리고 경쟁사 유입 등의 이유로 시장은 포화상태 초입에 진입한 것 같다”고 말했다. 휴먼텍의 신태양 상무는 “3D CCI 시장규모는 일반 광학 AOI 대비 1/10 정도의 수준일 것으로 예상한다. 철저한 틈새시장이다”면서, “지난 1~2년 동안 코팅 두께 검사기가 필요한 업체들은 대부분 구입했다. 물론, 추가적인 니즈도 예상된다. 하지만 일반 광학 검사기와는 규모가 다르다. 국내 전장라인 수를 감안하면 해당 시장은 벌써 완성단계에 접어들고 있다는 느낌을 떨칠 수가 없다”고 말했다. 

 

현재의 3D CCI 시장이 주춤하지만 시장성장성은 여전히 높다고 검사기 업체들은 말했다. 단지 공통적으로 사용하는 단어가 있었다. ‘점진적’, ‘완만한’ 성장이다. (주)펨트론의 조현식 상무는 “자동차 산업의 패러다임은 엔진 성능 위주에서 친환경, 커넥티드, 자율주행으로 빠르게 옮겨가고 있다. 미래형 패러다임은 IT기술력이 없다면 구현하기 어렵다. 자동차의 전자기기화에 부채질을 하고 있다”면서, “완성차 업체들은 최첨단화, 편의성 및 안정성 극대화에 맞춰 해마다 자동차를 업그레이드 시키고 있다. 전장용 보드의 생산품질이 더욱 중요해졌다. 그래서 완성차 업체들은 생산공정사양을 더욱 까다롭게 관리하고자 노력하고 있다. 그에 일환으로 컨포멀 코팅 두께 측정항목이 최근에 추가된 관리기준 중 하나이다. 코팅 두께 공정사양의 표준화가 목전에 두고 있어서 3D CCI 설비 수요는 꾸준하게 나올 것”이라고 전망했다. 이어 그는 “전장 업종의 설비투자 특성을 고려하면, 장시간에 걸친 점진적인 성장세를 이룰 것”이라고 덧붙였다. 휴먼텍의 신태양 상무도 비슷한 의견을 피력했다. 신 상무는 “자동차 원청업체의 코팅 두께에 대한 공정관리에 적극적인 나타낸다는 확실한 성장동력이 있다. 그러나 3D CCI의 한정된 적용 애플리케이션을 극복하지 못하면 급성장을 기대하기 어렵다”면서, “전장 업종의 설비투자 사이클의 변동 폭이 작다. 생산라인투자를 갑자기 늘어나거나 줄어들지 않는다. 철저하게 완성차 업체의 생산일정에 따라 움직이기 때문에 안정적이고, 보수적인 설비투자 경향이 짙다. 그리고 모든 전장용 보드가 코팅 두께 검사가 필요하지 않다. 코팅 생산품 중에서도 극히 한정된 생산품에서만 두께를 관리하고 있다. 한정된 업종에서 제한적으로 사용되는 검사기가 될 가능성이 크다. 3D CCI 필요성 증대로 확실히 수요가 높아지겠지만 전체 시장규모는 완만하게 커질 것 같다”고 말했다. 

 

 

한편, 일각에서는 3D CCI 급성장을 예견하는 의견도 나왔다. (주)유니아이의 조민철 부장은 “지난해부터 3D CCI 시장이 활발해질 것이라는 예상과 달리 해당 검사기에 대한 설비투자는 크게 이뤄지지 않았다. 코로나19 팬데믹, 글로벌 자동차 판매량 감소 등으로 라인투자가 연기된 경우가 많았기 때문”이라고 이유를 들면서, “그런데 지난해 하반기부터 설비투자 재개 흐름을 타기 시작하면서 다시 살아나는 모습이 나오고 있다. 지난해는 예상치 못한 상황으로 인해 잠시 주춤해졌다고 생각한다. 차량용 반도체 수급부족에 따른 라인가동 중지라는 변수가 있지만, 지난해 연기되었던 투자분이 올해에 집행되기 시작해서 올해에 시장이 본격화될 것”이라고 예측했다. 이어 그는 “최근 들어 전장 업종의 생산현장에서 코팅 두께 관련 검사항목 및 기준이 구체화되어 표준화되어 가고 있다는 느낌을 강하게 받고 있다. 전장 협력사 여러 업체를 방문해 본 결과, 거의 비슷한 검출 사양을 말하고 있다. 원하는 코팅의 두께, 버블 검출 사양이 거의 엇비슷해졌다. 천차만별이었던 지난해 초반과는 또 다른 분위기를 느낄 수 있었다. 3D CCI 시장성장은 올해를 기점으로 확대될 가능성이 농후하다”고 긍정적인 전망을 내놓았다. 

 

 

 

글로벌 자동차 컨포멀 코팅 시장은 연평균 8.7% 성장하여 2020년 18억 달러에서 2025년 27억 달러에 이를 것으로 예상된다. 시장조사업체인 MarketsandMarkets의 보고서에서 이 같이 예측하고, 이 시장의 성장은 자동차의 전자기기 증가와 컨포멀 코팅 적용 방법의 다양한 기술 발전이 주도할 것이라고 설명했다. 

자동차의 전자기기화는 가속 일변도를 보이고 있다. 개선된 라이프 스타일과 경제적 지위는 전 세계적으로 소비자 선호도의 변화를 가져 왔다. 자동차의 안전 및 편의 기능에 대한 수요는 최근 몇 년 동안 증가 추세를 보였다. 이러한 기능을 사용하려면 다양한 ECU, PCB 및 센서를 비롯한 여러 부품의 효율적인 작동이 필요하다. 

신차에는 센서를 사용하여 차량 실내로 유입되는 유해 가스를 감지하고 감지되면 흡입 공기 실을 자동으로 닫는 차량 내 공기질 시스템이 장착되어 있다. 센서는 또한 레인 센서, ABS, HVAC 제어, 자동 조광 미러 및 에어백 작동 분야의 애플리케이션을 통해 전체 자동차 시장에서 보급률이 높아졌다. 고객의 안전 및 고급 기능에 대한 수요가 증가함에 따라 OEM은 중간 세그먼트 자동차에서도 이러한 기능을 제공해야 했다. 이로 인해 수년 동안 차량의 센서 수가 증가했다. 전문가에 따르면 향후 센서 수는 차량당 250개 이상이 될 것으로 예상된다. 이러한 센서는 까다로운 온도에서 작동하기 위해 보호 목적의 컨포멀 코팅 실드가 필요하므로 자동차 컨포멀 코팅 시장 성장을 주도할 것으로 보인다. 

자동차 업종에서 ECU는 엔진 및 조수석의 전기적 움직임을 제어하는 ​​기본 ECU에서 다양한 센서의 입력을 기반으로 최적의 엔진 성능을 보장하는 것과 같은 복잡한 ECU에 이르기까지 다양한 기능을 가지고 있다. 오늘날의 ECU는 마이크로프로세서를 통합하고 전자 브레이크, 변속기, 밸브 타이밍, 도난 방지 시스템 등을 제어할 수 있다. 따라서 가혹한 작동 환경으로부터 부품들을 보호하기 위해 컨포멀 코팅되고 있다. 더욱이 EV용 ECU는 복잡성으로 인해 엔진 자동차보다 평균 판매 가격이 높기 때문에 EV에서 이러한 ECU를 보호하는 것이 더 중요해졌다. 이 또한 자동차 컨포멀 코팅 시장을 주도 할 것으로 예상된다. 

 

 

자동차 PCB는 엔진 시스템, 변속기 시스템, 조향 제어 시스템 및 안전 시스템의 적절한 기능을 위해 정확해야 한다. 자동차 산업에서는 고온, 습기 및 오일 및 윤활유와 같은 화학 물질을 견딜 수 있는 PCB가 필요하다. 컨포멀 코팅은 PCB에 균일한 컨포멀 코팅을 제공하여 다양한 온도에서 작동한다. 더 많은 전자 부품이 탑재되는 EV, 하이브리드 및 자율주행차량이 늘어남에 따라 PCB 사용의 증가도 예상된다. 따라서 더 많은 OEM이 전자 시스템을 채택하고 차량에 반도체 회로를 통합하기 시작했다. 자동차의 전자기기화는 차량의 주요 차별화 지표가 되었다. 

 

 

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 공정의 확장은 그만큼의 검사기 수요 증대를 의미한다고 할 수 있다. 코팅 품질을 확인하는 검사는 오래전부터 실시되어 왔다. 이전에는 작업자에 의존한 육안검사가 주를 이뤘다. 작업자의 숙련도 및 피로도에 따라 최종 결과가 달라지는 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. 그런데 현장에서는 최근 코팅 검사기에 서서히 투자를 하기 시작했다. 공정 자동화 구축이라는 확실한 이유가 생겼기 때문이다. 생산품의 이력/추적 및 데이터 스토리지를 축적할 수 있는 검사기를 선호하고 있다. 이러한 상황에서 코팅 두께와 관련한 공정관리기준이 포함되었고, 코팅 내 버블에 대한 관심이 높아지면서 3D CCI 수요가 높아졌다. 

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 기존 자세를 바꾸고 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. (주)펨트론의 조현식 상무는 “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. 

3D CCI 업체들은 최근 휴대전화 업체에서 코팅 두께 검사에 테스트를 진행했다고 밝히면서, 해당 업종의 진입을 위해 노력하고 있다. 아직까지 해결해야 할 부분들이 있지만, 극복한다면 시장이 급성장할 것으로 보고 있다. 휴대전화 업체에서 요구하는 미세한 코팅 두께를 반복성 및 신뢰성 있게 검사하기를 원하는데, 아직은 눈높이를 맞추지 못하고 있다. SAKI코리아의 김규섭 지사장은 “스마트폰의 서브보드 후공정에 방진/방수 목적의 코팅과 유사한 공정이 적용되고 있다. 스마트폰의 방수규격 강화가 하나의 영업 포인트로 자리 잡아서 이러한 공정은 더욱 늘어날 것이며, 이와 관련한 검사기 수요도 늘어날 것”으로 예상했다. 

 

 

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. CI의 측정 속도는 검사기 업체에서 해결해야 할 큰 숙제이다. CI에서는 일종의 레이저 혹은 스캔과 같은 동작으로 두께를 측정한다. 변위 센서에서 조사 되는 빛의 스팟 사이즈가 매우 적다. 부품 하나의 코팅 두께를 측정하는데도 상당한 시간이 소요된다. 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. 

 

 

 

컨포멀 코팅 검사항목에서 최근 버블 항목에 대한 이야기가 많이 나오고 있다. 이와 관련해 검사기 업체들은 신뢰성 있는 버블 검출성능 강화에 집중하고 있다. (주)유니아이의 조민철 부장은 “지난해 코팅 두께 측정에 대한 관심이 높았다면, 올해는 버블 이슈가 반드시 나올 것으로 예상한다. 실제 현장에서 버블 관련 이슈가 아직은 구체화되지 않았다. 버블이 쇼트를 유발한다는 명확한 근거나 데이터가 부족한 상황이다. 단지, 리드 영역에 형성된 버블이 진행성 불량성격을 띠고 있기에 일정 시간 경과 후에 치명적인 불량을 유발할 수도 있을 것이라고 예측하고, 올해부터 코팅 내 버블을 관리해야 된다는 분위기가 전장 업종에서는 형성되어 있다”면서, “당사와 전장 업체가 실시한 테스트에서는, 리드와 리드 사이에 100미크론 이상의 버블이 생성되면 치명적인 오류가 나올 수도 있다는 결과를 내렸다. 고객사의 최종 선택이 남아 있지만 아마도 이 수준으로 버블을 관리하는 사양이 표준화될 것 같다”고 말했다. 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 비접촉 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.