전장 업종의 수요 지속, 버블 두께 검사
코팅 버블, 두께 등의 검출력 개선 요구 높아져
많은 광학 검사기 업체에서는 컨포멀 코팅 검사기(이하, CCI) 시장이 큰 변화 없이 흘러가고 있다고 말하고 있다. 설비수요의 급등이나 급락 없는 완만한 상승한 곡선을 그리고 있다고 설명했다. CCI는 현재 필요로 하는 후공정 라인에서 정해진 일부 물량에 들어가고 있다. CCI는 전장 중에서도 특정 생산품 공정에만 적용되고 있는 것으로 알려져 있다. 이미 구축된 내연기관용 보드 생산라인에 일부 들어가기 시작했지만, 그 수요가 미미한 반면, 전기차, 자율주행차 관련 라인에 주로 투입되고 있다. 시장이 한정적이다. 더군다나 이들 생산라인이 가전, 휴대전화 라인처럼 대규모로 늘어나지 않기에 대규모 수주는 없을 것이라는 의견이 주를 이루고 있다. 검사기 업체들은 CCI 개선 노력을 기울이고 있다. 버블 검출력 강화와 두께 측정의 신뢰성 향상에 집중하고 있다. 아울러, 센서와의 작업거리를 늘려 생산성과 검출력 제고도 이뤄냈다.
성장 가능성이 풍부하지만 코팅 검사기 시장은 큰 확산세를 보이지 않고 있다. 3D CCI를 발표한 초기 2~3년 동안은 수요가 눈에 띄게 늘어난 이후에는 큰 부침 없이 흘러가고 있다. (주)펨트론의 조현식 상무는 3D CCI 시장을 잔잔한 호수의 물결에 빗대어 말했다. 그는 “당사의 근 몇 년 동안 CCI 판매 대수를 분석해 보면, 큰 변동이 없었다. 급격하게 늘어나거나 줄어들지 않았다. 꾸준히 일정 수준으로 판매되고 있다. 이를 토대로 보자면, 국내 CCI 시장은 완성 단계에 들어간 것 같다”고 생각을 전했다. 이와 반대로 성장성을 예측하는 전망도 나왔다. (주)미르기술의 신중엽 상무는 “CCI 수요는 점차 늘어날 것으로 본다. 아직까지 코팅 공정 확산세에 비해 검사 공정의 적용 속도는 상대적으로 느리다. 글로벌적으로 아직도 단순 육안검사에 의존하는 중소형 임가공 업체들이 많다. 생산원가 압박이 가중되고 있는 상황이기에 이들 업체의 코팅 검사 공정 자동화 전환은 필연적인 선택이 될 수밖에 없다. 충분한 성장 여력이 있다”고 말했다.
컨포멀 코팅 공정의 확산으로 인해 CCI 수요가 늘었다. 자동차 원청업체는 생산품질 제고 목적으로 코팅을 확장 적용하고 있으며, 이와 더불어 코팅 검사를 담당하는 공정도 추가하고 있다. 전장 관련 업체들은 SMT 생산라인 설비투자를 진행할 때, 스탠드얼론 구조의 코팅-경화-검사기의 코팅 라인 투자도 병행하고 있다. 전장 업종의 투자가 있으면, 당연히 들어가는 분위기이다. 그래서 3D CCI 시장은 꾸준한 편이다.
올해 3D CCI 시장을 두고는 비슷한 의견을 내놨다. 주요 사용처인 자동차 산업계의 설비투자 움직임 주춤이 예상된다는 점을 큰 이유로 들었다. (주)펨트론의 조현식 상무는 “CCI 시장은 전장용 보드, EV배터리 등과 관련이 깊은 자동차 업종 중심으로 형성되어 있다. 결국, 자동차 산업계의 경기동향과 궤를 같이한다. 많은 시장분석가들은 美 트럼프 정부의 車 관세정책으로 글로벌 자동차 최종시장의 악화를 전망하고 있다. 불확실성이 높아진 자동차 산업계는 3D CCI 시장에도 그대로 투영될 것으로 보인다”고 의견을 제시했다.
올해 시장 부정론 대세에 긍정론을 전하는 목소리도 있었다. C 업체 관계자는 “글로벌 완성차 업체들이 전기차 캐즘(chasm) 단계 진입의 돌파구로 하이브리드 비즈니스를 강화하고 있다. 신규 모델 및 확대는 결국 신규 라인증설을 의미하는 것으로, CCI 수요는 일반 전장 산업계의 분위기와 다른 길을 걸어갈 가능성도 있다”고 조심스럽게 말했다.
글로벌 CCI 성장 가능성은 ‘굿’
글로벌 CCI 시장성장을 예견하는 보고서는 쉽게 찾아볼 수 있다. QYResearch 분석 결과, 컨포멀코팅 검사기의 글로벌 시장규모는 2023년 4억3천만달러($, USD)를 기록하였고 2030년 7억3천만달러($, USD) 규모에 도달할 것으로 예상된다. 컨포멀코팅 검사기 시장에 있어서 전제 조건이라고 할 수 있는 컨포멀 코팅 공정의 적용 확대를 이유로 들었다. 시장연구업체인 Fortune Business에서는 세계 컨포멀 코팅 시장 규모를 2023년 9억9,210만달러($, USD)로 평가했으며, 2024년 10억4,710만달러($, USD)에서 2032년 16억4,790만달러($, USD)로 성장한다고 전망했다.
일반적으로 컨포멀 코팅은 전자부품이 실장된 PCB에 아크릴, 실리콘, 우레탄, 파틸렌 등의 용액을 사용하여 25~250㎛ 두께의 얇은 막을 도포하는 작업을 말한다. 자동차, 항공, 조선 등과 같이 외부환경을 통제하지 못하는 산업에서 사용되는 PCB는 컨포멀 코팅을 필수적으로 적용해야 한다. 컨포멀 코팅은 습도, 온도 변화, 먼지 및 기타 공기 중 오염 물질과 같은 외부 요인으로부터 PCB 상의 노출된 부품을 보호한다. 외부 요인으로부터 보호하는 것은 전자 부품의 부식을 제한하는 데 매우 중요하며 전자 장치의 서비스 수명을 크게 향상시킬 수 있다. 컨포멀 코팅은 외부환경으로부터의 보호 이외에도 전기 고장을 방지하고, 절연 특성을 유지하는데 도움을 준다. 또한, 접합부를 코팅하면 불순물이 들어오지 못하게 하는 장벽을 구축하여 부식, 단락 및 기타 유형의 손상 가능성을 낮춘다.
Fortune Business는 친환경 차량 시장 증대에 따른 성장을 예측했다. 세계 자동차 산업은 지난 몇 년간 자동차의 전기화를 향해 나아가고 있다. 자동차의 전동화 추세가 이어지고 있다. 완성차 업체들은 캐즘에 빠진 전기차 시장 돌파구로 하이브리드 차량에 집중하고 있다. 최근에는 하이브리드차와 전기차의 중간 단계 모델인 주행거리 연장형 전기차(EREV)를 선보이기 시작했다.
친환경차에 사용되는 전자 시스템의 양은 이전보다 몇 배 더 많다. 기본적으로 자동차의 다른 모든 기능은 여러 마이크로컨트롤러와 프로세서에 의해 제어된다. 자동차의 주요 전자 시스템에는 새시(chassis) 장치, 첨단운전자보조장치(ADAS), 엔진 전자 장치(ECU), 엔터테인먼트 시스템(IVI), 변속기 전자 장치(TCU) 등이 있으며, 이들 시스템 보호가 자동차의 수명 그리고 최종적으로 운전자의 안전과 밀접한 관계가 있다고 여겨지고 있다. 따라서 친환경차 수요 증가가 시장 성장을 주도할 것이라고 예상했다.
또한 소비자 가전 산업의 수요 증가가 시장성장을 촉진할 것이라고 분석했다. 최근 백색 가전을 포함한 전자 기기, 휴대전화, 태블릿, 웨어러블 전자 장치와 같은 모바일 기기에서 널리 채택되고 있다. 스마트 가전은 인공지능, 머신러닝 등 신기술을 접목해 더욱 스마트해지고 있다. 이러한 전자 장치는 서로 연결할 수 있을 뿐만 아니라 내부적으로 효과적으로 통신할 수 있어 독특하고 고도로 개인화된 사용자 경험을 제공할 수 있다.
CCI 확산 느린 이유, 수요 한정 & 저가 선호 등
성장 가능성이 높은 CCI이지만, 아직까지는 검사기 확산 속도가 당초 예상보다 느리다. 이에 대해 검사기 업계서는 이견이 나왔다. A 업체 관계자는 “까다로운 코팅 검사기 설비 제조에 투입되는 비용을 인정하지 않는 시장분위기가 크다고 본다. 코팅 두께 측정이 일견 단순해 보이지만, 현장에서 원하는 수준의 퍼포먼스를 구현해 내기 위해서는 하이엔드급의 핵심부품과 고도의 현장 노하우가 필요하다. 여기에 끝없는 기술 개발노력도 더해져야 한다. 이러한 노력이 설비의 가격에 투영되어야 되는데, 그렇게 하면 가격이 높아질 수밖에 없다. 아쉽게도 이러한 설비들은 현장에서 외면 받을 가능성이 크다”면서 “따라서 전문 검사기 업체들도 성능 업그레이드와 개선에 있어서 소극적인 모습을 보이는 경우가 많은 것 같다. 신규 모델이 경쟁적으로 출시되면서 시장분위기를 달궈야 하는데, 그러한 역동적인 모습이 보이지 않아 확대가 느린 것 같다”고 말했다. 이어 그는 “코팅 검사 공정은 아직 필수 공정에 포함되지 않았다. 그래서 고객들이 비싸게 살 필요성을 크게 느끼지 못하고 있다. 그냥 고객들이 안전에 노력을 기울이는 하나의 방편으로 여기고 있는 수준이다. 높은 가격대를 인정하지 않는 이유”고 분석했다.
또 다른 업체의 관계자는 코팅 검사기 시장 특성을 이유로 들었다. B 업체 관계자는 “현재 컨포멀 코팅 검사는 SMT후공정에 속하고 비주류(?) 공정으로 여겨진다. 불과 몇 년 전만 해도 손전등을 이용하여 육안으로 검사를 했던 작업으로, 단순 2D 광학계를 장착한 자동화 설비가 적용하기만 해도 자동화 전환에 앞선 곳이라고 이야기가 돌던 시장이다. 이러한 상황에서 원청사의 정확한 검사 스펙이 표준화되지 않아 협력사 업체들도 체계화된 투자를 꺼리고 있는 것 같다”면서, “코팅 검사와 관련된 검사항목 표준화, 프로세스의 확립이 선결되어야지만 시장은 본격 확장될 것 같다”고 개인적인 의견을 전했다.
C 업체 관계자는 한정된 설비수요를 언급했다. 그는 “현재 CCI는 자동차 전장 중심으로 형성되어 있다. 전장 업종의 SMT 설비투자는 큰 변동 없이 진행된다. 친환경차 증대에 따른 캐파 증설 목적의 투자가 나오고 있지만 SMD 생산물량으로 보면 많은 편은 아니다. 가전, 모바일 중심으로 급격하게 성장했던 2D AOI 혹은 3D AOI와 같은 증대를 기대하기는 어렵다”면서, “CCI 설비가 소개된 지 얼마 지나지 않았음에도 벌써 완성형 시장 느낌이 들고 있다. 전장 이외의 수요처 발굴이 필요할 것 같다”고 말했다.
코팅 두께 측정 요구 서서히 커져
코팅이 두꺼울수록 커버리지와 절연성이 향상되어 외부 오염 물질로부터 회로를 효과적으로 밀봉할 수 있다. 하지만, 코팅이 두꺼워지면 전자기기 이동 혹은 사용 중에 진동이나 휘어짐과 같은 기계적 응력에 대한 저항력이 커진다. 코팅이 두꺼울수록 보호 기능이 향상될 수 있지만, 적용 중에 문제가 발생할 수 있으며 전자 장치의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수도 있다. 과도한 두께는 고르지 못한 코팅, 무게 증가, 구성 요소 기능이나 열 방출 방해 등의 문제를 일으킬 수 있다. 또한 두꺼운 코팅은 경화하는 데 시간이 더 오래 걸리고 생산 시간이 길어지며 비용이 증가할 수 있다.
또한 컨포멀 코팅의 열전도율은 두께에 따라 영향을 받을 수 있다. 코팅이 두꺼워지면 전자 부품의 열 발산이 방해되어 과열되고 성능이나 신뢰성이 저하될 수 있다. (주)미르기술의 신중엽 상무는 “두께 측정과 관련해 시장의 분위기가 약간 바뀌기 시작했다. 이전에는 두께 측정에 수동적인 모습을 보였는데, 이제는 능동적인 자세를 취하고 있다. 어떻게든 두께 측정 성능을 확인해 보려고 하고, 어떠한 부문에서 검사한계가 있는지를 알려고 한다. 두께 측정을 하려는 움직임이 강해지고 있다는 것을 간접적으로 느끼고 있다. 특히, 코팅된 모든 영역의 두께 검사가 어렵다면, 원하는 영역의 두께는 봐야겠다는 요구가 커지고 있다”고 말했다. SAKI코리아 김규섭 지사장은 “최근 가전기기는 AI 기술에 기반을 두고 IoT를 활용하여 지능화되고 있다. 가전제품의 스마트화를 구현하기 위해 AI 구현에 필요한 GPU가 들어가고 있으며, 더불어 RF 모듈 칩 장착도 늘었다. 이들 핵심 부품의 방수/방진/방습을 위해 컨포멀 코팅을 하고 있으며, 핵심 부품의 코팅 상태, 경우에 따라서는 두께까지 검사를 요구하기 시작했다”고 전했다.
인라인 3D CCI, 기술적 한계 극복 노력
현재 컨포멀 코팅 두께 측정 검사 시스템에 주로 채용되는 센서는 변위(Displacement) 센서, 컨포컬(Confocal), 간섭계 등이 있다. 형태는 조금씩 다르지만 구동 원리는 유사하다. 광학계에서 빛을 조사하고 코팅 매질을 투과하여 하단면과 표면에서 반사되는 주파수를 취합하여 그 차이를 연산하여 산출한다.
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 ‘버블’ 검출력 커져
검사기 업계에서는 두께 측정 기준이 최근 완화되고 있는 것 같다고 말하고 있다. 이전에는 상당한 엄격한 측정 조건을 설정하고 진행해 왔는데, 요즘에는 다소 누그러진 모양새이다. 기술적인 한계로 인해 측정이 매우 어렵다는 것을 원청사에서도 받아들였기 때문으로 분석된다. 두께 측정에서 다소 한 발 물러난 현장에서는 다른 검사항목 강화를 유도하고 있다. 대표적으로, 코팅 내 버블 검출에 주력하고 있다. 해당 검사의 신뢰성 구축은 예전부터 나왔지만, 최근에 더욱 커졌다는 게 검사기 업계의 이야기이다. 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 업체는 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.
검사기 업계에서는 버블과 더불어 코팅 유무(표면의 일정 부문의 코팅 혹은 코팅이 안 되어야 하는 영역의 코팅 등을 검사) 기능에도 집중하고 있다. 실제 현장에서 이와 관련한 요구가 많이 나오고 있기 때문이다.
한편, 코팅 두께가 얇아지면 생성되는 버블의 사이즈도 동반해서 줄어들 소지가 크기에 이를 대응하는 솔루션이 중요할 것이라는 주장이 나왔다. (주)미르기술의 신중엽 상무는 “초소형 버블이 어떠한 불량으로 이어질지는 아직 구체화되지 않았지만, 향후 중요 검사 포인트가 될 수도 있다”면서, “초소형 버블을 안정으로 검출하기 위해서는 고성능의 광학계가 필요하고, 소형 버블의 검사 신뢰성을 높이는 강력한 AI 검사 알고리즘이 뒷받침되어야 한다”고 전했다.
이번년도 CCI 버전은 대부분 높이 부품 대응력이 커졌다. 검사기 업체의 설비 소개자료를 취합해 보면, 포인트 센서와 보드의 작업거리가 20mm로 늘어났다. 미르기술의 신중엽 상무는 SAKI코리아 김규섭 지사장은 “센서의 작업거리 확대를 통해 높이 부품에 따른 이동제약을 해소하여 검사시간 단축과 검출력 증대라는 2가지 효과를 동시에 제공한다”고 자랑했다.
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