일부 ‘표준화 공정 정립’ 이후 급성장 의견         

 

 

   

컨포멀 코팅 두께 측정(3D CCI, 이하동일) 검사기 업체들은 해당 시장이 잔잔한 물결이 일렁이는 호수의 수면과 같다고 말했다. 니즈가 많이 나오거나 현저히 줄어들지 않은 큰 변동 없이 흘러가고 있음을 에둘러 표현했다.

지난해 3D CCI 시장은 더해지는 관심에 비해 전체 움직임은 적었던 것으로 파악된다. 주요 사용처인 자동차 전장 업종에서 찾는 선택이 늘지 않아서이다. 지난해 완성차 시장은 각종 부정적인 요소들이 겹친 어려운 한 해였다. 미중 무역전쟁, 코로나19 팬데믹에 따른 생산공장 셧다운 및 글로벌 자동차 판매량 감소, 차량용 반도체 쇼트지 등 악재가 줄줄이 터졌다. 국내 완성차 업체는 친환경차 라인업 확대를 통해 힘든 시기를 보냈다. 생산설비투자도 이와 관련해 진행되었다. 생산설비 공급업계에 따르면, 전장 업체들은 대부분 전기차 관련 증설/이설, 해외 공장 확장 등의 투자에 적극적으로 나섰다. 일부 연기된 건이 나오기도 했던 연초에 계획되었던 주요 생산 필수 설비 투자는 정상적으로 진행되었다. 지난해 주요 거래처가 전장 업체들인 생산설비공급 업체는 어수선한 사회 분위기 속에서도 알찬 시간을 보냈다. 

지난해 3D CCI의 시장은 아쉽게도 전장 업종의 설비투자 흐름에 올라타지 못했다. 3~4년 전과 같은 대량의 물량 수요가 없었으며, 일정 수준에 벗어나지 않는 꾸준한 모습을 보였다. 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. 관련 업계에 따르면, 전기차 배터리 파워모듈용 보드에서는 칩 위에 거의 다 코팅한다. 해당 생산업체에서는 코팅 경화 후의 검사보다는 코팅 앞단의 솔더링 검사에 비중을 더 두고 있다. 두께 측정 설비의 기술적인 제약과 생산성 때문에 코팅 앞단의 검사를 강화하고 코팅 경화 후에는 비교적 단순한 코팅 유무를 검사하는 프로세스를 운영하는 것으로 알려져 있다. 

 

      

 

현재의 3D CCI 시장이 주춤하지만 시장성장성은 여전히 높다고 검사기 업체들은 말했다. 컨모멀 코팅의 적용이 늘어나고 있다는 이유를 들었다. 시장조사업체인 grandviewresearch에 따르면, 글로벌 컨포멀 코팅 시장 규모는 2021년 9억3089만 달러(USD)이었고, 2022년부터 2030년까지 연평균 5.9% 성장률이 기대된다. 컨포멀 코팅의 시장은 다양한 종류의 자동차 확대, 소비자 전자제품, 항공 우주 및 방산 그리고 의료 분야에서의 적용 증가에 따라 성장할 것이라고 내다봤다. 소형화된 전자 디바이스의 인기가 높아짐에 따라 최신 PCB 애플리케이션에서 컨포멀 코팅에 대한 수요가 급증했다. 컨포멀 코팅은 25~250μm의 두께로 기판 위에 얇은 폴리머 필름으로 퍼지고 덮인 부품의 형상에 따라 극한의 온도, 화학 물질, 염수 분무 및 습기로부터 보호한다. 

가솔린 차량에서 발생하는 환경 문제의 증가로 인해 전 세계적으로 탈탄소화에 대한 관심이 높아지고 있다. 이로 인해 각국의 정부와 완성차 업체는 연료 효율적인 하이브리드 및 전기 자동차 개발에 매진하고 있다. 지능형 차량의 출현은 자동차의 센서, 엔터테인먼트용 전자 디바이스 및 GPS와 같은 전자 부품에 대한 수요 증가가 예상된다. 이는 전장용 전자부품을 보호하기 위한 컨포멀 코팅의 성장에 더욱 이바지할 것으로 여겨지고 있다. 

 

 

3D CCI의 완만한 시장 움직임을 두고 검사기 업체 간 서로 다른 해석을 내놓고 있다. ‘시장 성숙단계 진입’이라는 의견과 아직도 ‘표준공정 미정립에 의한 전용 검사기 투자 지연’이라는 주장이 나왔다. AOI 기반 전문 검사기 업체들은 전자의 의견에 동조하는 분위기다. 해당 업체들이 내세우는 가장 큰 이유는 ‘시장의 한계성’이다. 일반 SMT용 광학검사기와 비교하면 컨포멀 코팅 두께 측정은 보편성이 떨어지는 설비이다. 업종에서는 비교적 단순한 코팅 유무 판별에 만족하고 있다. 

이와 달리 전장 업종은 생산품질 제고를 실현하기 위해 컨포멀 코팅 두께까지 관리하려고 노력하고 있다. 코팅의 확실한 이점을 이유로 전장 업종에서도 적용하는 물종이 많아졌고, 컨포멀 코팅 두께를 품질관리 기준에 포함하기 시작했다. (주)펨트론의 조현식 상무는 “3D CCI 설비가 출시된 직후에는 높은 관심을 표현하듯 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 규모 자체가 다르다. 국내 전장라인 수를 고려하면 해당 시장은 벌써 완성단계에 접어들고 있다는 느낌을 떨칠 수가 없다”고 말했다. 

한편, ‘코팅 검사 공정의 표준화 미정립’에 의한 시장형성 지연을 분석하는 업체도 있다. A 업체 영업팀장은 “완성차 업체별/생산물종별 업계 공통된 코팅 두께 관리지침서가 없어서 검사기 투입을 망설이고 있는 곳이 많다. 이 문제가 해결되면 해당 시장은 급격하게 활발해질 것”이라고 전망했다. 그는 “현재 코팅 두께 측정을 하는 업체별로 적용하는 사양이 저마다 다르다. 전장 업계의 표준화된 공정이 없다 보니 여러 원청사를 고객으로 두고 있는 협력사에서도 검사기 투자에 어려움을 호소하고 있다. 설비의 필요성이 높아졌지만, 실제 구매력이 낮은 이유이다”고 분석했다. 이어서 “또 하나는 원청사나 협력업체 모두 코팅 두께를 측정하지 않아도 기능상의 큰 문제를 없었다는 경험상의 인식이 아직도 크게 자리 잡고 있기 때문인 것 같다. 조그마한 불량 하나가 사람의 생명과 직결된다는 공감대가 형성되어 품질 제고에 힘쓰고 있지만, 코팅 두께가 불량의 원인으로 지목된 경우가 많지 않다. 이렇다 보니 원청업체에서도 코팅 두께 검사 데이터를 적극적으로 요청하지 않고 있다. 그 여파가 3D CCI 시장에 그대로 투영되고 있다”고 진단했다. B 업체 관계자는 “최근 국내 글로벌 광학검사기 업체들이 3D CCI 전용 검사기를 앞다퉈 출시하고 있다. 출시 설비를 들여다봤더니 상당히 고심했던 흔적이 엿보인다. 현재 시장흐름을 정확히 파악하고, 대응 솔루션을 담으려는 노력을 간접적으로 느낄 수 있었다”면서, “광학검사기 전문 업체들이 뛰어드는 것을 보면 무언가 확실한 시장성을 보고 있기 때문이라고 본다. 아마도 전장 업종이 강세를 띠고 있는 지역 중심의 시장을 겨냥한 전략이지 않나 예상한다”고 말했다. 

 

        

 

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 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 업계에서 빼놓지 않고 말하는 게 있다. ‘만약 가전 업종에서 3D CCI가 가전 업종까지 퍼진다면 시장규모는 AOI 검사기에 버금가는 규모로 커질 것이다’는 이야기가 그것이다. 가전 업종에 들어가지 못하는 아쉬움에 가득 찬 목소리이다. 가전 업종은 ‘인건비 따 먹기’식의 임가공 사업체가 대부분이기에 늘어나는 투자비용, 생산택타임 저하 등을 수긍하는 업체가 거의 없다고 봐도 무방하다. 원청업체에서도 굳이 코팅 두께를 관리하지 않고 있으며, 앞으로도 그 가능성이 희박하다고 보고 있다. 코팅 두께와 관련된 불량발생 이력이 거의 없고, 불량이 발생해도 수리 및 교체로 해결할 수 있다. 이러한 인식이 강한 업종이기에 검사기 업체에서는 3D CCI 영역이 아니라고 말하고 있다. 

 

 

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 업종에서 한 때 코팅 두께를 아주 얇게 하려고 시도했었는데, 코팅이 쉽게 떨어지는 현상이 대두되면서 코팅을 다시 두껍게 하는 방식으로 돌아섰다. 가전 업종에서는 거의 플라스틱 사출물에 PCB를 담구는 몰딩 개념과 흡사한 방식으로 코팅하고 있다. 

가전 업종은 전형적인 2D CI 시장이다. 일각에서는 코팅 검사기의 적용 증대를 예상하고 있다. 백색가전 생산라인의 코팅 프로세스는 여전히 한 자리를 차지하고 있다. 방진방습과 외부충격에 관한 안전성을 강점으로 내세우는 최신의 가전제품이 늘어나고 있다. 코팅 공정이 줄어들지 않을 것이라는 예상에 기반해 시장성을 좋게 보았다. C 업체 관계자는 “가전 업종의 고객들은 생산단가에 민감하다. 이들 업종에서 코팅 검사기를 확대하기 위해서는 현실성 있는 가격대의 설비가 필요하다. 실제 고객사에서는, 본인들이 생각하는 가격대의 설비가 있으면 구매를 검토해 보겠다는 이야기를 하고 있다. 따라서 해당 업종에 적합한 2D 코팅 검사기가 나오면 확장 가능성이 있다고 보고 있다”면서, “경제적인 가격대와 더불어 일정 수준의 검사기 성능이 추가된 설비는 큰 인기를 끌 것이라고 본다. 광학검사기 레벨의 사용 편의성, 추적이력 등의 시스템이 접목되면, 시장에서 돌풍을 일으킬 것”이라고 전망했다. 

 

 

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. 

 

  

 

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 이사는 “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.