생산라인의 검사속도 ‘대응’, 가격은 ‘글쎄’           
3D CT 시장, 외산업체들 공격적

In-Line X-Ray 검사기 시장이 드디어 성장 조짐을 보이고 있다. 가장 걸림돌이었던 생산택타임을 충족시키는 2D AXI가 출시되었고, 임가공 업체에서 지난해 구매를 했기 때문이다. 실드 캔이 씌워지는 스마트폰, 태블릿PC 라인에서는 X-Ray 검사기가 필수적으로 여겨지고 있어서 AXI 요구가 더욱 충만해지고 있다. 몇 년간 기대했던 2D AXI 시장이 본격화될지가 올해의 가장 큰 이슈이다.

1사분기가 지난 현시점까지 X-Ray 업체들은 올 한해 시장을 은근히 기대하고 있는 눈치이다. 그 동안 기대하고 있던 In-Line 2D AXI 검사기 시장이 ‘드디어’ 구체화 조짐을 보이고 있기 때문이다. 지난해 대기업 1차벤더에서 2D AXI 설비를 구매하여 적용하기 시작했다. 사실 In-Line 2D X-Ray 검사기 시장은 이미 5~6년 전부터 확대될 것으로 기대되었던 분야이다. 몇 년 동안 연초에는 ‘혹시나’하는 설레게 하는 곳이었지만, 연말 결산 때는 언제나 ‘역시나’하는 실망을 주던 곳이 2D AXI 시장이다.
2D AXI 필요성은 누구나 알 정도로 커져 있다. 무선 휴대전화나 디지털 카메라와 같은 전자기기는 점차 소형화되어가는 추세이며, 이에 따라 각 전자기기에 적용되는 기판의 실장도 소형화 및 고밀도화되어 가고 있다. SMT 분야에서는 0603 부품, 0402 부품, BGA, CSP 등이 양면보드에 실장되는 추세가 가속화되고 있다. 이와 더불어 솔더 접합면적은 점점 작아지고, 무연 솔더화가 진행되면서 솔더 접합에 대한 접합강도 등을 제대로 검사하는 장비가 없어 신뢰성에 대한 불안감은 점점 커지게 되었다. 또한, BGA와 같이 패키지 배면의 솔더 접합부는 육안으로 볼 수가 없고, 인서킷(In-Circuit) 테스터도 고밀도이므로 핀 스페이스가 없어 사용할 수가 없다. 이로 인해 직접 육안으로 확인할 수 없는 부분에 대하여 X-Ray 검사기의 필요성이 고조되고 있다. 하지만 X-Ray 검사기의 검사속도가 느려서 SMT 생산라인용으로 사용하기에 부적합한 부분이 있었다. 이미지 처리 속도와 X-Ray 영상 이미지 구현을 위한 기구적인 문제가 복합적으로 작용했기 때문이다.
X-Ray 검사기 업체들은 검사속도 단축에 총력을 기울였으며, 올해 출시되는 모델들은 대부분 30초 이내 혹은 20초 대까지 검사속도를 줄였다. 검사속도가 빨라진 탓에 임가공 업체에서도 2D AXI에 대한 관심이 증대되었다. 특히, 스마트폰 관련 임가공 업체들이 큰 호기심을 보이고 있다. YK 코퍼레이션 박장규 이사는 “AXI 검사기 수요가 커질 가능성은 매우 높다. 최근 여러 업체들이 X-Ray 검사기의 최대 약점으로 지적되었던 검사시간을 줄인 상태이다. 초기 시장이기에 AXI 검사기의 가격이 높지만 이 부분만 조정된다면 SMT 제조업체들이 쉽게 접근할 수 있으리라 예상한다”면서, “현재 In-Line X-Ray 검사기 요구가 높은 곳은 정밀하고, 고부가가치의 모델을 생산하는 라인으로, 구체적으로 제품군으로 본다면, 자동차, 휴대전화 업종이 대표적이다”이라고 밝혔다.
2D AXI에 대한 인식이 고조되고 있지만, 시장 형성과 관련해서는 매우 현실적인 의견도 나왔다. 스마트폰 업체들의 2D AXI 검사요구는 지난해도 비슷하게 있었지만, 설비를 투자한 업체는 많지 않았다. 그래서 스마트기기 보드에 BGA, 실드캔 처리된 부분의 검사가 올해도 여전히 이슈이지만, 검사기 투자로 이어지지 않을 것이라는 예상이다. 전세계 수십억대의 스마트기기들이 유통되고 있는데, 현재까지 품질과 관련한 큰 문제가 대두되지 않은 상황에서, 임가공 업체들이 생산용 설비가 아닌 2D AXI 검사기를 추가로 투자하기란 쉽지 않을 것이라는 추측이다.
다만 변수는 있다. 현재 실드케이스를 씌우는 공정이 SMT 라인 앞단으로 이동한다면 In-Line 2D X-Ray 수요가 급증할 것으로 보인다. 지난해부터 SMT 공정 상에서 실드 케이스를 앞공정에서 삽입하는 방식으로 변경하고 2D AXI를 구입했었다. 일반적으로 리플로우 공정을 지난 후에 실드 케이스를 씌우고 있다. 실드 케이스를 씌우기 전에 광학검사기를 이용해 어느 정도 불량을 검출할 수 있기 때문에 X-Ray 검사기의 필요성이 낮았다. 그러나 실드 케이스를 리플로우 전단에서 삽입한다면, 리플로우 후단의 광학검사기는 무용지물이 되기에 납땜 검사를 대체하는 2D AXI가 필수적이다. 따라서 2D AXI의 급성장은 실드 케이스를 어느 위치에서 하느냐에 따라 결정될 것으로 예상된다. 하지만 실드 케이스 삽입공정을 앞으로 이동할 가능성은 현재로써는 매우 낮다.
전반적인 긍정적인 2D AXI 분위기로 인해 국내 업체들뿐만 아니라 외산 업체들도 2D AXI 공세를 강화하고 있다. 현재 2D AXI는 휴대전화 업종에서 큰 관심을 보이고 있다. 특히, BGA, 실드캔 처리된 보드가 적용되고 있는 스마트폰 관련 SMT 임가공 업체들의 관심이 고조되고 있다. ㈜쎄크 김태훈 전무는 “올해 X-Ray 시장을 명확하게 전망하기 어렵지만 확실한 트렌드는 있다. 바로 모바일 제품과 연계해서 2D AXI 수요가 구체화되고 있다는 점이다. 특히, 모바일용 메인보드 이외의 여러 개의 주변보드 생산라인을 중심으로 확산되고 있다”면서, “최근 2D AXI가 이들 생산라인에서 요구하는 생산사이클 타임에 대응하고 있어서이다. 품질확보 강화하고 있는 원청업체에서 주변보드의 전수검사를 요구하면 2D AXI 시장은 급증할 것 같다”고 전망했다.
2D AXI 시장에서 국내 업체들의 경쟁력이 높아 시장을 주도할 것이라는 의견이 지배적이다. NSI 곽동훈 한국지사장은 “전자산업계에서는 치명적이고, 마이크로 한 불량이 많기 때문에 모든 요구 조건을 모두 충족시키기가 쉽지 않다. 그리고 검사택타임이 매우 중요하다. 아울러, 단순히 검사를 하는 것이 아니라 불량에 대한 분석 데이터를 제공해 주길 원하고 있다. 이러한 측면에서 볼 때 국내 업체들의 대응력이 매우 우수하여 관련 시장을 주도할 것”이라고 예상했다.
한편, 올해도 SMT 2D AXI 시장이 평년 수준에 머물 것이라는 전망도 나왔다. ㈜자비스 김형철 대표는 “몇 년 동안 In-Line 2D X-Ray 검사기 시장은 아주 완만하게 성장하고 있다. 이러한 흐름이 올해도 이어질 것 같다. 지난해보다 수요가 늘어날 것 같긴 하지만, 급격한 성장세를 기대하기 어렵다”고 분석했다.
2D AXI 검사기 시장의 성장규모에 대해서는 여러 의견이 있지만 시장 성장가능성에는 모두 동의하고 있다. 그리고 시장확대를 가속화하기 위한 노력을 기울이고 있다. 국내 X-Ray 검사기 업체들은 휴대전화 생산라인에서 적용할 수 있도록 검사속도를 10초대까지 단축한 설비를 출시할 계획이 있음을 내비쳤다.

2D AXI 검사속도 빨라져 but 가격은 여전히...         
2D AXI 적용 어려움의 가장 큰 걸림돌은 검사 택 타임이다. 현재 휴대전화 라인의 생산 택 타임은 12초~15초 사이이고, 태블릿PC 라인은 20~25초이다. 이 처럼 빠른 택 타임을 AXI가 대응하지 못했었다. 그러나 최근 X-Ray 업체들이 경쟁적으로 20초대로 검사속도를 단축하였다. 이들 업체들은 X-Ray 검사기 내부의 기구적인 메커니즘과 소프트웨어 기술을 업그레이드 하여 일반 가전기기 생산라인에서의 생산사이클에 대응하는 수준으로 빠르게 했다.
그러나 높은 AXI 가격대는 아직까지 해결하지 못하고 있다. 물론 이전에 비해 가격대가 많이 하락하였지만, 아직까지 SMT 임가공 업체들이 쉽게 접근하지 못하는 수준이다. ㈜쎄크 김태훈 전무는 “2D AXI 가격적인 부분에서도 많은 노력을 기울여 가격하락을 이끌었다. 그럼에도 불구하고 아직까지 임가공 업체에서는 부담감을 내비치고 있다. AOI, SPI 등의 다른 검사기에 비해 높은 가격대로 형성되어 있는데, SMT 제조업체에서는 심리적으로 수용하지 못하고 있는 느낌이다”면서, “그런데 X-Ray 검사기 제조업체 입장에서 생산원가를 낮추는데 한계가 있다. X-Ray 검사기의 핵심요소인 X-선 튜브와 디텍터가 고가이기 때문이다”고 말했다. (주)자비스 김형철 대표는 “제조업체 입장에서 In-Line X-Ray 테크놀러지는 어느 정도 쫓아가고 있는데, 금액적인 부분에서 쫓아가지 못하고 있다. 생산원가에 대한 제조업체와 고객들간의 갭을 어떻게 해소하느냐가 관건”이라고 말했다.

AXI오프라인 자동화 라인으로          
2D AXI를 생산라인에 적용하고 있지만 독특한 구조로 구성하고 있다. X-Ray 검사기를 도입할 때 고려해야 하는 점은 라인이 계속 운영된다는 것이다. 생산이 계속 이뤄지고 있는데, X-Ray 검사기가 멈추면, 전체 라인이 멈추게 된다. 따라서 SMT 임가공 업체 대부분은 기존 생산라인 내에 2D AXI를 적용하지 않고 있다. 아무리 검사택타임이 빨라졌다고 하더라도, 생산택타임을 충족할지 여전히 의문스러워하고 있으며, 아울러, 불량검사에 따른 부하로 전체 라인이 멈출 수 있다는 불안감 때문이다. 그래서 최근 대부분의 임가공 업체들은 오프라인 형태와 자동화 개념이 접목한 시스템으로 2D AXI 검사공정을 실시하고 있다. 즉, 기존 생산라인에서 SMT 공정이 끝난 보드들을 메거진랙에 모아서 오프라인이지만 별도의 컨베이어를 연결하여 2D AXI 자동화시스템을 통해 전수검사하고 있다. 자동화 시스템이기에 이 같은 프로세스에서도 생산라인과 동일한 검사속도가 필요하다.

3D X-Ray 시장, 확대 中 

PoP, SoC 등의 사용 확대는 X-Ray 검사기에 또 다른 기술을 접목시키도록 부추기고 있다. 단순한 흑백 영상으로는 여러 개의 본딩과 납땜이 겹쳐 보이기 때문에 확실하게 볼 수 있는 기술이 추가되기를 원하고 있다. 이에 대한 솔루션은 바로 3D 기술이다.
반도체 및 SMT 업종에서는 2D X-Ray 기술로만은 한계가 있다. 단순한 예로, PCB의 한 쪽면에 부품들이 장착되어 있으면 2D 검사로도 잘 보이지만, 양면 보드만 되더라도 부품들이 서로 겹쳐진 모양으로 나타나 정확하게 구분하기 쉽지가 않다. 여러 가지 문제가 발생하고, 이로 인해 오판하기 쉽다.
X-Ray 업계에서는 현재 SMT 업계에서도 3D 검사까지 진행해야만 품질이 확보되는 공정에서 수요가 발생하고 있다고 말하고 있다. 대표적으로, 반도체 패키징, 메모리 모듈과 자동차 전장 업종을 꼽는다. 최근 반도체 패키징은 칩 위에 다층으로 핀이 적층되면서 제품화되고 있는 추세이다. 적층되는 웨이퍼와 웨이퍼 사이에도 IO가 서로 납땜이 된다. 이러한 구조는 2D X-Ray 기술로는 구분하기 쉽지 않다. 메모리 모듈도 비슷한 구조로 제작되기 시작했으며, 앞으로도 비메모리 모듈도 서로 특성이 다른 칩들이 붙은 상태에서 PCB 위에 올라갈 것으로 예상된다. 결국, 최종적으로 보고자 하는 부분은 PCB와 칩 사이의 연결상태로, 2D 기술을 적용해서는 칩간의 범핑된 IO와 PCB 사이에 있는 부분들이 한 장으로 나올 경우 판독하기 어렵다. 결국 칩 성능과 관련해서는 X-Ray 검사기가 검증해야 하는데, 여기에 3D 기술이 적용되고 있다.
자동차 전장업종에서는 대표적으로 쓰루홀 부품, ECU의 BGA 검사를 위해 3D 기술이 요구되고 있다. 쓰루홀 부품에는 솔더가 내부에 충진되어야 하는데 이 상태를 검사해야 한다. 보통 4개의 부품이 한 틀로 구성되어 In-Line으로 흘러가는데 검사 택 타임이 40초이다. 그런데 2D X-Ray 검사로는 간섭이 발생해 내부가 보이지 않는 부분도 있다. 그래서 부품을 3D가 필수적이다. ECU의 BGA 보드도 비슷하다.
예전에는 3D 기술과 X-Ray 검사기는 SMT 생산라인에서는 적용하기 힘든 기술들로 치부되었다. 20초 대내의 생산택타임을 충족하기 힘들다는 점 때문이다. 그 이유는 정밀도와 검사속도의 성능이 우수하지 못하고, 가격이 너무 비쌌기 때문이었다. 그래서 고부가가치의 하이엔드 업체가 아니면 투자를 하지 못했다. 검사기 한 대의 가격이 SMT 전체라인 비용과 거의 맞먹었다. 3D 기술 시장이 열리지 않은 이유도 이것 때문이었다.
3D In-Line X-Ray 검사기의 가장 큰 문제로 검사속도를 꼽는다. 고속으로 촬영해서 데이터를 빨리 만들고 고속으로 필요한 부위의 단면을 형상화해야 한다. 이를 위해 고속 스캔기술, 수백장의 화상을 컴퓨터로 실물과 똑같이 형상화하는 고속 리컨(recon) 기술, 고속 판독 기술 등의 삼박자가 적절하게 어울러져야 한다. 일반적으로 초당 300~400장을 찍어야만 전수검사 생산용에 적용할 수 있다. 보통은 400장 정도 촬영하는데, 이전에는 20~30분 걸렸지만 최근에는 2~3초 정도로 단축되어 있다. 이 시간을 더 단축하려고 X-Ray 업체들이 꾸준히 노력하고 있다.

3D CT 시장도 꿈틀           
최근 전자산업계에서도 3D CT의 중요성이 높아지고 있다. 비파괴검사분석 부문에서 할 수 있는 최상의 분석툴이라고 인정하고 있다. 마이크로 불량을 봐야 하는 부분에서는 일단 시료를 파괴하지 않고 봐야한다는 상황적인 제약이 있기 때문에 3D CT의 필요성에 대해서는 모두 인정하고 있다. NSI 곽동훈 한국지사장은 “미국에서는 이미 오래전에 CT 검사기 시장이 3~5년전의 차이가 난다. 다양한 요구수준이 한국 시장에서 나오고 있기 때문에 관련 시장이 클 것으로 본다”고 말했다. Xradia 윤혁진 영업총괄은 “전세계 반도체 메이저 업체들이 반도체 패키징 내의 솔더 범프, 각종 재질의 와이어 본딩 상태, TSV 내부 상태 등의 분석검사용도로 3D CT X-Ray를 이용하고 있다”면서 국내 시장확대에 큰 기대를 보였다.
전자산업계에서 3D CT X-Ray는 반도체 패키징 업체들이 주로 요구하고 있다. ㈜쎄크 김태훈 전무는 “TSV 테크놀러지 때문에 그렇다. 부품의 적층을 실현하는 여러 가지 기술이 있지만 최근 TSV 공정이 각광을 받고 있는데, TSV 내부의 상태를 검사하는 목적으로 3D CT X-Ray가 적용되기 시작했다”고 말했다. 이어 그는 “특히 TSV 공정에서는 전수검사가 필수적이다. 현재는 테스트하는 단계이지만 설비가 안정화된다면 향후 시장은 거대해질 것으로 예상한다”고 말했다. ㈜자비스 김형철 대표는 “분석용 3D X-Ray 시장도 5년전부터 이야기가 나왔지만 확연히 늘어나지 않았다. 관련 업계들의 매출을 보면, 10~15% 정도 증가한 것 같다. TSV 분석용 검사기 또한 이미 존재했던 시장으로 기존의 시장 추이대로 간다고 본다”고 전망했다.
한편, 최근 X-Ray 검사기에서 3D 기능을 넘어선 4D 기능이 탑재되고 있다. 외산 업체들이 차별성을 강조하기 위해 4D 개념을 알리고 있다. 일반 극장에서 의자의 움직임, 바람, 물방울 등을 구현하여 영화의 영상과 비슷하게 분위기를 조성하여 보다 현실감을 높이려는 목적으로 4D가 이용되고 있다. 이런 비슷한 목적으로 4D 기능이 적용되고 있다. NSI 곽동훈 한국지사장은 “4D는 기본 3D CT data에 모션+시간이 결합되어 다이내믹한 CT영상을 보여주는 기능이다. 이 결과물을 통해 사용자가 내부구조는 물론 기능구현, 동작과정, 제품의 품질 및 프로세스 향상 과정 등을 연구하는데 굉장한 효과를 준다”고 설명했다. Xradia 윤혁진 영업총괄은 “시간의 경과, 온습도의 변화 등에 따른 조건에 따라 시료의 진행상태를 4D 기능으로 확인할 수 있다. 최첨단 패키징 업체들의 연구에 아주 부합한 기능”이라고 말했다.
4D 기술은 다양한 애플리케이션에 적용되긴 하지만 모든 애플리케이션에 적용되는 것은 아니다. 4D를 구현하기 위해서는 사용자의 애플리케이션에 따라 촬영하는 조건, 방식 등 여러 가지 상황을 고려해야 하는 부분들이 있다. 아직까지 구현하기 매우 까다로운 기술이다. 그러나 연구 목적에 맞는 선택해야 하는 기술로, 획기적인 솔루션이 필요한 업종에서 찾고 있는 실정이다. 시장에서 자리 잡기까지 시간이 좀 더 필요할 것으로 예상된다. 현재는 TSV 내의 내부 상태를 관찰하는데 유용한 솔루션으로 여겨지고 있다.