| 2023年 솔더링 머신 시장동향 |
| 극심한 설비투자 ‘침체기’, 친환경차 관련 전장용 ‘수요만’ |
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| 2023-08 글 : 박성호 기자 /reporter@sgmedia.co.kr |
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반도체·모바일·가전 등 라인투자 동반 ‘멈춤’
위축된 시황, 내년 상반기까지 이어질 듯
솔더링 머신 관련 업체가 힘든 시간을 보내고 있다. 생산설비 제작 및 공급업체 입장에서 비수기인 7~8월에도 솔더링 머신 업체들은 연일 땀 방울을 흘렸다. 납기 일정을 맞추기 위해 여름 휴가를 못 가는 경우가 태반이었다. 하지만 올해는 다르다. 예년과 달리 많은 업체들이 하계 휴가를 보장하고 있다. 솔더링 머신 업체들은 하반기 시장은 거의 포기한 상태이고, 내년 상반기를 걱정하고 있다. 진공리플로우 시장은 생산현장의 높은 관심과 달리 올해도 수요가 많지 않은 것으로 파악된다. 생산업체에서 설비 개선을 통해 소비심리를 자극하고 있지만, 쉽게 먹히지 않고 있다. 셀렉티브 머신은 전기차ㆍ자율주행차의 확대에 따라 상대적으로 안정적인 수요가 나오고 있다. 싱글 노즐 타입은 여전히 큰 인기를 끌고 있으며, 생산성 증대에 기여하는 복수의 솔더 포트 구조의 멀티 노즐 타입 설비 니즈도 높아지고 있다. 레이저 기반 솔더링 업체는 설비의 대중화를 위해 경제적인 초기투자비용과 저렴한 유지보수 비용으로 무장한 SMT 向 설비를 본격 내세우는 전략을 공표했다.
생산설비투자 시장이 급냉했다. 따뜻한 훈풍이 불기를 기대하고 있지만, 딱히 보이는 곳도 없다. SMT생산설비 업계에서는 최악의 업황을 기록한 한 해가 될 것이라고 서슴없이 말하고 있다. 20여년이 넘는 업력을 지닌 글로벌급의 생산설비 업체에서도 올해 같은 매출 하락은 경험해 본 적이 없다고 하소연했다. 문제는 하반기 시장이다. 상반기까지의 분위기로 유추해 보면, 하반기 역시 설비투자를 기대하기 어려울 것으로 예측하고 있다. 국내 메모리 반도체 업황의 바닥론을 주장하면서 하반기부터 상승 사이클에 올라설 것이라는 전망이 나오고 있지만, 생산현장에서는 이러한 예측이 크게 와 닿지 않고 있다.
리플로우를 포함한 솔더링 입장에서 보면, 올해 생산설비투자 시장은 지난해의 투자 연장선상에 있는 1분기까지는 활성화되었다. 헬러코리아(주)의 시장분석 자료에 의하면, 모바일의 경우, 카메라 모듈 및 센서모듈의 고급화 및 고기능화 등에 따른 신장비 투자가 2022년까지 계속되었으나, 투자 효율이 생산 능력을 초과하는 수준에 이르면서 신규 투자 수요가 대폭 감소하였다. 전반적인 경기침체로 인해 임가공 업체는 설비투자 최소화 자세를 취하고 있다. 가능한 현재 사용 중인 장비들을 약간 개조하여 사용하려는 경향이 확연히 늘어났다. 이와 관련해 생산설비업체에 문의하는 경우가 늘었다. 경기 위축은 중고 시장의 분위기도 바꿨다. 일반적으로 경기가 나빠지면 중고 시장이 활황이어야 하는데, 2023년은 중고장비 시장조차도 거래가 둔화한 것으로 보인다.
자동차 전장 업종은 2022년에 이어서 전기자동차 관련 투자가 꾸준히 이어졌다. 자율주행 및 안전/보조주행 관련 장치의 제조, 특히 모바일의 카메라 모듈, 차량용 디스플레이의 대형화 그리고 IVI(In Vehicle Infortainment) 관련 디바이스의 생산 증가가 홀로 시장을 이끌고 있다. 헬러코리아(주)의 전정희 부장은 “이들 물종의 투자 증가세는 큰 흔들림 없이 2024년 상반기에도 계속될 것”이라고 예측하면서, “생산성 향상 측면에서는 260mm 폭 이상의 제품에 대한 듀얼 레인 요구가 전년도 대비 급증하고 있어서, 장비의 플랫폼의 광폭화가 요구되고 있다. 리플로우 시장에서는 듀얼 레인과 더불어 이종생산이 가능한 트윈형 장비의 수요가 늘었는데, 자동차 전장 중심의 요구가 늘어나고 있어서 증가세는 당분간 지속할 것으로 보인다. 아울러, 300mm가 대응 가능한 듀얼 레인 장비의 개발도 요구되고 있다”고 말했다.
반도체 패키지의 경우, 전체적으로 전년대비 솔더링 장비의 수요가 큰 폭으로 감소했으나, SiP 공정과 TSV 공정 등에서는 예외적으로 선전했다.
하반기 시장에 대해서는 모든 솔더링 업체들이 설비투자 경색국면 지속을 예측했다. 전장의 친환경차, 자율주행차 관련 생산물종을 제외한 전자산업계 전반에 짙은 먹구름이 걸쳐 있고, 내년 상반기까지 쉬이 가시지 않을 것으로 보는 견해가 압도했다. (주)TSM의 심원석 부장은 “글로벌 경제위기가 지속되면서 모바일·가전기기·IT디바이스 등의 소비심리가 위축되었고, 그 여파로 SMT임가공 업체들의 생산움직임이 급격하게 둔화되고 있다”면서, “일부 노후 장비 교체건 이외에는 대규모의 신규 투자 수요를 기대하기 어려울 것 같다”고 말했다. 신명기전 어재우 부사장은 전자산업계가 근래에 심각한 수준에 빠져 있다고 걱정했다. 그는 “백색가전 업종은 현재 재고가 쌓여서 협력사들 일을 못하고 공장 셧다운하는 상황이 연출되고 있다. 특정 아이템을 제외하고는 물동량이 현저하게 줄었다. 보편적으로 소화할 수 있는 일 자체가 없다”고 심각하게 쪼그라든 국내 SMD 현황을 전했다.
현재 SMT용 셀렉티브 솔더링 머신의 시장은 서서히 시장규모가 커지고 있다. 주요 시장이 자동차 전장 업종에 치중되어 있어서 성장의 제약이 있었지만, 친환경차 관련 설비투자 붐이 나오면서 설비의 수요가 높아지고 있다. 순수 국내의 셀렉티브 머신 수요가 당분간 꾸준하게 나올 것으로 예상된다. 현대기아차는 전기차 사업 강화를 대외적으로 발표했다. 현대차는 중장기 전동화 전략인 ‘현대 모터 웨이’ 발표장에서, 2026년에 94만대, 2030년에는 200만대의 전기차 판매 계획을 밝혔다. 전기차 판매 확대를 통해 내연기관차 노하우를 기반으로 전기차 전환을 가속화해 글로벌 톱티어 완성차 업체로서의 입지를 굳힌다는 계획이다. 이를 위해 약 2조원을 투자해 국내 전기차 생산 능력 확충에 나서고 있다. 언론 자료에 따르면, 울산공장을 2025년까지 전기차 전용으로 전환한다. 전기차 전용 신공장에서는 빅데이터 기반의 지능형 스마트 시스템, 자동화, 친환경 생산 시설을 기반으로 다양한 차세대 미래차가 생산될 계획이다. 앞서 현대차그룹은 다른 거점의 공장을 전기차 전용 라인으로 변경하는 작업에 돌입했다. 공격적인 투자를 바탕으로 글로벌 전기차 시장의 패권에 나서고 있다. 이와 관련한 생산설비 니즈가 나올 것으로 기대하고 있다. 솔더링 업계에서는 대기업의 적극적인 행보로 전기차 생태계가 활발해져서 생산설비투자 활성화까지 이어지기를 기대하고 있다.
한편, 셀렉티브 수요가 생각보다 저조해질 것이라는 의견도 나왔다. A 업체 관계자는 “전체적으로 셀렉티브 설비는 싱글 노즐 타입고, 멀티 노즐 타입으로 나눌 수 있다. 이들 설비는 일장일단을 가지고 있다. 싱글 노즐 설비는 낮은 UPH가 큰 단점이다. 멀티 노즐 타입의 장비들은 멀티 노즐의 관리, Job 변경에 따른 노즐 설계 비용, 제조위치, 발주에서 납품까지의 리드타임 등 관리해야 할 요소가 너무나 많고 또한 비용도 만만치가 않다. 여기에 더하여 멀티 노즐 방식은 기판과 부품의 열손상을 근본적으로 해소할 수가 없어서, 이 단점을 피하기 위해서 기판의 설계적인 부분과 부품의 장착 방법적인 부분에서 크게 변화가 생기고 있다”고 설명한 후, “전통적인 웨이브 솔더링과 멀티 노즐 방식의 셀렉티브 솔더링 장비는 적용대상 제품의 설계적인 기술의 변화를 통해서 점차 줄어 들 것이라고 본다. 따라서 최소한의 셀렉티브 솔더링 포인트를 남겨서 싱글 노즐 방식으로 대응하여도 UPH에 크게 지장이 없도록 하는 추세로 PCB 설계 단계부터 점차 변해갈 것으로 보인다. 만약 생산을 추가로 개선해야 한다면 싱글 노즐 포트를 2중 / 3중으로 배치하는 방식으로 대응하지 않을까 예상한다. 따라서 이러한 부분에서 기술적으로 크게 발전하면서 다중배치 포트의 단가가 상대적으로 저렴한 설비가 선호될 것”이라고 전망했다.
지난 몇 년간 생산성 향상을 이루기 위해 멀티 노즐 머신 혹은 웨이브 기반의 셀렉티브 머신 수요가 많았었다. 그런데 근래에 들어 이들 수요가 줄어드는 대신 다시 싱글 노즐 머신을 찾는 고객들이 많아지고 있다. 그 이유에 대해 생산품질 강화 목적의 수요가 다시 늘었다는 예측이 많다. 셀렉티브 솔더링 머신은 전장 업종에서 주로 사용하고 있는데, 이 업종은 대표적으로 생산품질 제고에 집중하고 있는 곳이다. 따라서 용융된 납을 일정하게 분출하여 납땜하는 싱글 노즐의 수요가 여전히 높다고 분석했다. 싱글 타입 설비 요구 증대 이유를 국내 임가공 업체의 생산시스템 구조 특성에서 찾는 목소리도 있다. 신명기전의 어재우 부사장은 “순수 국내 임가공 업체들은 대부분 다품종소량 생산시스템을 가용하고 있다. 고부가 물종을 소량으로 처리한다. 모델변경에 따른 잡체인지가 잦다. 이러한 생산구조에서는 싱글 노즐 타입의 설비가 더 유리한 측면이 많다”고 이유를 덧붙었다.
진공리플로우 시장은 서서히 성장하고 있다. 헬러코리아(주) 전정희 부장은 “진공장비에 대한 관심은 예전보다 훨씬 뜨겁다. 하지만 그 관심이 구매로 전부 이어지지는 않고 있어서 안타깝다. 그래도 전반적인 진공장비의 판매는 증가 추세다”면서, “전장, OAST 업종의 보이드 비율에 대한 원청의 관리 기준이 더욱 엄격해지고 있다. 더불어 보이드 관리 대상의 제품도 확장하고 있다. 규모면에서 리플로우에 비견할 수 없지만, 소량으로 조금씩 늘어나고 있다”고 말했다.
진공리플로우 업체에서는 시장확산을 위한 필수조건으로 ‘생산성 향상’을 여전히 최우선으로 꼽고 있다. 진공리플로우는 일반 리플로우 오븐대비 낮은 생산성, 높은 가격대라는 명확한 약점을 지니고 있다. 리플로우 내에서 진공을 형성하고 배출하는 시간, 보이드를 배출하는 절대시간이 존재하기 때문에 생산사이클 단축에 한계가 있다. 진공리플로우 업체들이 생산택타임 단축에 매진하여 상당한 성과를 이뤄냈지만, 생산현장에서는 2% 부족을 말하고 있다. B 업체 관계자는 “생산현장에서 요구하는 가격선에서 진공 시간을 줄이기란 결코 쉽지 않다. 개인적으로, 진공리플로우 공정 적용 물종 확대가 이러한 약점을 극복하는 길이 될 수도 있다고 생각한다. 생산품의 양산량 증대에 따른 긍정적인 연쇄반응을 가져와 해당 시장의 생태계를 키울 것이라고 본다. 생산량이 늘어나면 설비 투자가 높아져 보편성을 띨 것이고, 자연스럽게 설비 가격하락까지 이어질 것이다. 물론, 보이드에 대한 산업계 트렌드 변화가 있어야 하는 조건이지만, 진공 리플로우 시장을 단기간에 활성화시키는 지름길은 이 길 밖에 없는 것 같다”고 개인적인 의견을 피력했다.
올해의 진공리플로우의 생산성은 올해도 핫이슈이다.
진공리플로우 업체에서는 낮은 생산성을 극복하기 위해 ‘Dual’ 구조로 설계하고 있다. 일반 듀얼레인 구조와 비슷하게 1개의 진공 챔버 내의 듀얼레인 혹은 2개의 진공 챔버 내의 싱글레인 구조를 염두에 두고 있다. 비용 상승은 불가피하지만 최고의 생산성을 확보할 수 있는 구조라고 여기고 있다.
최근 급증하고 있는 최첨단 고성능 반도체의 수요증가에 따라 레이저 기반 솔더링 솔루션에 관심이 높아지고 있다. 자율주행, IoT, IDC(Internet Data Center) 산업의 급성장으로 고성능 AI칩, 그래픽처리장치(GPU) 등 첨단 반도체의 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 레이저쎌(주)의 김병록 전무는 “최첨단 반도체 제조를 위해 시장에서는 대면적 이종접합 반도체와 30um 수준의 극슬림화된 칩 본딩을 휨 없이 구현해 내는 기술을 원하고 있다”면서 “여러 분야에서 레이저 기반 솔더링 기술로 이 문제를 해결하는 작업을 수행하고 있다”고 전했다. 이어 그는 “레이저 솔더링은 기존 리플로우 공정과 동등 이상의 신뢰성을 보장하고, 짧은 TAL(Time Above Liquidous) 시간과 Cooling down 시간으로 인해 얇은 IMC층을 형성하며, 그 결과 기존 리플로우 공정 대비 더 높은 shear force를 구현하는 등 장점이 검증되었다”면서, “그래서 서로 다른 리플로우 조건으로 동일 기판에 다른 소자를 접합할 때 이미 리플로우 되어 접합된 소자에 열적 피해 없이 또 다른 소자를 접하기 위한 셀렉티브 솔더링 또는 ESG(환경·사회·지배구조) 관점에서 웨이브 솔더 공정 등 기존 산업분야에서의 환경 문제와 연관된 공법의 대체 기술로 적용 검토되고 있다. 아울러, AR/VR글래스, 웨어러블 등 Flexible 소재의 기판, 열에 취약한 생체 Sensor류, PET/PI/PPI 등의 폴리머 계열의 소자 접합 등의 기존 기술로 구현하지 못하는 영역에서 고객의 요구가 많아지고 있다”면 최첨단 업종에서의 기술적 협의 문의가 늘어나고 있다고 밝혔다.
전자산업계에서 레이저 솔더링 머신에 관심은 여전히 높아지고 있다. 전자기기의 첨단화는 칩 및 기판 두께 박막화를 가속화시키고 있다. 다이의 두께는 기술진화에 따라 점차 얇아지고 있으며, 칩은 파인피치화되고 있다. 그리고 필름 타입의 서브스트레이트이 적용되기 시작했으며, 2.5D/3D 패키지가 활용되고 있다. 이들 최첨단 공정에서는 열적 스트레스를 많이 받는다.
일반 컨벡션 리플로우 공정에서는 각기 다른 열팽창계수를 갖는 기판과 소자가 접합하는 중 열에 의해 팽창과 수축하는 사이클을 거치면서 접합이 제대로 이뤄지지 않거나 손상되는 현상이 발생하고 있다. 특히, 열에 노출되면서 휘어짐과 냉납 문제가 발생하고 있다. 반도체가 미세화, 고정밀화 됨에 따라 이러한 열응력에 의한 스트레스를 최소화 할 필요성이 대두되고 있다.
레이저 기반 솔더링 머신은 이러한 문제를 해결하는 대체 기술로 여겨지고 있다. 원하는 영역에 균일하게 1~2초의 짧은 시간 동안 레이저로 열을 가하여 접합을 가능하게 하므로, 5~7분 동안 대류 열에 노출되는 기존 리플로우 공정에 비해 회로에 가해지는 열응력이 낮아지는 장점이 있으며, 이는 결과적으로 부품과 제품 전반의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있어 향후 반도체 SMT 분야에서 미세 공정을 중심으로 확대 가능성이 기대되고 있다.
레이저쎌(주)의 김병록 전무는 “레이저 기반 솔더링의 일반적인 구조는 레이저를 렌즈와 같은 광학 모듈에 투과시켜 면광원을 생성하는 것으로, 각종 반도체, LED소자, 기타 전자 부품을 솔더링 및 접합하는 기술이다. 현재 구현 가능한 빔의 종류를 최소 수백마이크로미터에서 수백미리미터까지의 빔 크기 구현이 가능하며, 95% 이상의 빔 균일도를 구현할 수 있다”고 소개했다.
현재 레이저 솔더링은 한정된 영역에서만 활용되고 있는 것으로 알려져 있다. 업계에 따르면, 접합되어야 하는 포인트 외에 열이 가해지면 안 되는 민감한 칩을 대상으로만 사용하고 있다. 기존 mass 리플로우로 대부분의 솔더링을 실시한 후 일부 특정 포인트만 레이저 솔더링으로 작업하는 셀렉티브 솔더링의 한 방식으로 활용하고 있다.
레이저 솔더링 업체는 저변확대를 통한 시장성장을 위해 빔 면적 대형화 기술개발에 매진하고 있다. 현재 Flip Chip Bonding, Micro-LED Reflow, Battery Pack용의 설비를 공급하고 있다.
한편, 레이저 기반 본딩 업체는 기존 mass 리플로우와 경쟁 가능한 SMT 向 설비 출시를 예고하고 있다. 레이저 솔더링의 대중화를 통해 인지도를 높이기 위해서는 시장 파급력이 큰 SMT 업종이 적격이라는 판단에 따른 것이다. 그 동안 mass 리플로우 대비 높은 가격대, 낮은 생산성이라는 단점을 해소하는 신규 설비를 계획하고 있다. 초기투자비용이 mass 리플로우에 비해 높겠지만, 상대적으로 낮은 전기소모량 및 유지보수비용, 단위면적당 높은 UPH 등을 감안하면 더 유리할 것이라는 게 해당 업체들의 주장이다. SMT 向 레이저 솔더링 출시에 대해 리플로우 업체는 큰 반응이 없다. B 업체 관계자는 “레이저 기반 솔더링 머신은 특정한 반도체패키징 관련 공정에 꾸준히 수요가 있을 것”이라고 전망하면서도, “하지만, 그 수요가 리플로우 장비의 시장을 위협할 것이라는 예측과는 달리 시장성이 아직까지는 리플로우 장비처럼 확대되지는 못할 것”이라고 예측했다.
시장 확산 저조로 꼽는 이유는 ‘높은 설비 가격’과 ‘대면적 솔더링의 경험’이다. 리플로우 A 업체 관계자는 “레이저 모듈이 원가비중이 전체 원가의 60%를 상회하여 초기 판가가 높게 형성 될 수 밖에 없다. 초기투자비용에 민감한 SMT 임가공 업체들이 쉽게 수긍하기 어려울 것”이라고 설명했으며, 이어 “아울러, 이론적으로 대면적 솔더링이 가능하다고 말하고 있지만, 실제 양산에서의 데이터는 아직 부족한 상황으로 알고 있다. 생산현장에서의 레이저 조사 기능 및 성능 그리고 솔더링 신뢰성 구축이 해소되어야 할 것”이라고 말했다.
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