인쇄회로기판(PCB) 표면에 반도체 칩 등 각종 부품을 장착하는 일련의 과정을 업계에선 표면실장기술(SMT)이라 부른다. SMT는 다양한 산업 분야에서 활용된다. 반도체 패키지는 물론, 각종 모듈과 스마트폰, TV, 자동차, 의료기기 등 다양한 전자제품 생산 현장에서 SMT가 쓰인다. SMT의 일반적 공정 흐름을 간단하게 설명하면 이렇다. PCB에 접착을 위한 페이스트를 도포한 뒤 마운트 장비를 활용해 그 위로 각종 소자를 올려놓는다. 이후 열을 가해 PCB와 소자를 결합시킨다. 이를 리플로(Reflow) 공정이라 부른다.
케이크를 만드는 과정과 흡사하다. 케이크는 동그란 빵 두세 개를 겹쳐 만든다. 빵 위로 빵을 올릴 때 크림을 바른다. 빵을 다 겹치면 사방으로 크림을 바르고 최상단 표면에는 딸기 등 과일 따위를 올려놓는다.
SMT 공정이 끝나면 소자가 PCB 위로 정확하게 올라갔는지 확인이 필요하다. 케이크는 잘 만들어졌는지는 육안으로 확인 가능하지만 전자제품은 미세하기 때문에 장비 도움을 받아야 한다. 이를 자동으로 정확하게 검사라는 것이 바로 AOI(Automated Optical Inspection) 장비다. AOI 장비는 이름 그대로 광학 기술을 활용해 부품 실장이 제대로 이뤄졌는지를 확인한다.
최근 부품 소형화, 고집적화, 생산 고속화가 이뤄지면서 SMT 라인의 검사 기술 역시 고도화되고 있다. AOI 장비도 2D에서 3D로 업그레이드됐다. 2D는 XY축 평면적 검사만 가능했으나 3D AOI는 Z축 높이 치수까지 잴 수 있다. 기존 2D AOI는 양품 사진과 테스트한 제품 사진을 비교해 불량 여부를 판별했다. 불량이 아닌데도 불량인 것처럼 잘못 판별하는 경우가 많았다. 3D는 사전에 입력된 치수 등의 정보를 토대로 이 범위를 벗어나면 불량품으로 판별한다. 측정 정보가 정확하기에 가능한 일이다.
3D AOI는 카메라 기술을 활용하는 것이 일반적이다. 물결무늬라는 뜻의 `모아레(Moire)` 방식을 활용한다. 빛의 간섭원리로 신호를 증폭키고 모아레를 겹쳐보면서 측정을 하는 식이다. PCB에 도포된 솔더(Soder)의 결합, 패턴, 눈에 보이지 않는 구멍(Hole), 기판 위의 이물질을 측정하고 장비에 부착된 디스플레이를 통해 값을 확인할 수 있다. 최근에는 카메라가 아닌 레이저 기술을 활용하는 제품도 나왔다.
3D AOI 장비가 가장 많이 도입되고 있는 시장은 반도체 패키징과 자동차 전장부품 라인이다. 최근 반도체는 패키지 하나에 다양한 칩이 실장되는 시스템인패키지(SiP) 등 복잡도가 높은 제품 수요가 늘어나고 있다. 이런 제품을 만들 때 3D AOI가 쓰인다. 자동차 전장부품은 안정성이 높아야 하기에 정밀 검사를 수행하는 3D AOI 장비 수요가 늘고 있다
시장조사업체 PRG리포트에 따르면 세계 3D AOI 검사장비 시장 규모는 2015년 3억4200만달러(약 4000억원) 수준이었다. 반도체 패키징과 전장업체가 신규 라인을 깔 때 3D AOI를 기본 도입하고 있으므로 이 시장 규모를 지속적으로 커질 것이란 전망이 우세하다.
국내에선 고영테크놀러지가 3D AOI를 최초로 상용화했다. 세계 시장에서 `고영`의 3D AOI는 알아주는 장비로 통한다. 굴지의 패키징, 자동차 전장 업체가 고영 제품을 사용하는 것으로 전해졌다.
업계 관계자는 “SMT 검사 시장 패러다임이 2D에서 3D로 빠르게 전환되고 있다”면서 “신규 장비 도입 속도가 큰 폭으로 증가하고, 기존 장비 역시 빠른 속도로 대체해 나갈 것으로 보인다”고 말했다.
한주엽 반도체 전문기자 powerusr@etnews.com