신개념의 전천후 리플로우 시장 확대 기대
PCB 진행 방향 손쉽게 변경할 수 있는 설비 등장
애플리케이션별 전용 맞춤형 리플로우 강세

리플로우는 PCB에 솔더 페이스트를 인쇄하고, 그 위에 부품을 올리고 나서 열을 가해 땜납을 녹이는 설비다. 부품의 소형화·고밀도 실장화의 진전에 따라, 이 방식이 주류를 이루고 있다. 가열 방법은 적외선식, 열풍식 등이 있다. 지난해 리플로우 시황은 기대에 크게 미치지 못 했다. 기대했던 LED 및 3D TV 시장이 예상외로 고전했기 때문이다. 그러나 그 와중에도 리플로우 설비는 꾸준히 진화했다. 기본 솔더링 품질을 기반으로 다양한 애플리케이션에 적합한 전용 맞춤형 모델들이 선보인 것이다.

지난 한 해 리플로우 업계는 상당히 위축돼 있었다. 기대했던 디스플레이 업체들이 설비투자를 거의 중단했기 때문이다. 4·4분기에는 가히 충격적이었다. 더욱이 고성장을 기대했던 중국 LCD/LED TV 시장이 기대만큼 성장하지 못하면서 고통을 가중시켰다. 2010년 말까지만 해도 LED TV가 LCD TV를 뛰어넘을 것이며, 설비투자가 증가할 것으로 예상했다. 그러나, 오히려 디스플레이 시장은 끝도 없는 나락으로 추락했다. 3D TV가 등판하긴 했지만, 전용 안경을 착용해야 하는 등 소비자들을 유혹하기엔 역부족이었다. 다행스러운 것은 반도체 업체들의 설비투자가 살아났다는 것이다. 전자산업계 만큼의 대량 물량은 아니었지만 해외공장 증설 목적으로 투자가 이뤄졌다.
올해는 작년에 이어 스마트폰, 태블릿PC 시장이 성장의 주요 모멘텀을 제공할 것으로 기대된다. 모바일 스마트 기기에 다양한 기능과 성능을 제공하기 위해서는 한정된 보드 사이즈에 최첨단 패키지의 부품을 실장해야 한다. 이로 인해 BGA도 MCP라는 멀티칩 패키지 형태로 적용되고 있으며, 한꺼번에 몰딩으로부터 잘라서 사용하는 CSP 등의 생산이 늘고 있다. 이러한 추세는 리플로우의 수요에 그대로 반영되고 있다.

리플로우 개발 추세
리플로우 머신은 두 가지 측면이 강조되어 개발되고 있다. 하나는 생산성 향상 측면이고, 다른 하나는 설비의 업그레이드를 통해 친환경성을 높이는 측면이다. 기존 리플로우는 생산성을 높이기 위해서 히팅 존을 키워 컨베이어 속도를 빠르게 하거나 혹은 레인의 수를 두세 개로 늘리는 방법을 채택하고 있다. 이런 리플로우를 시장에서 흔히 볼 수 있다. 친환경 리플로우는 저전력과 낮은 N2 소모량을 특징으로 한다.
친환경 리플로우는 주로 일본 업체들이 주도하고 있다. 국내 리플로우 업체들도 친환경 리플로우를 선보이고 있기는 하지만, 생산성에 초점을 맞춘 설비 개발에 조금 더 비중을 두는 분위기다. 이러한 현상은 국내 대기업의 요청이 큰 영향을 미치고 있다. 이들은 생산원가 절감을 최대 목표로 두고 있다. 따라서, 자연스럽게 리플로우 업체들에게 자신들의 목적에 맞는 설비를 주문하고 있다.
최근에는 눈에 띄는 신개념 리플로우가 등장해 이목을 집중시키고 있다. 리플로우 내에서 PCB의 진행 방향을 좌에서 우로, 혹은 우에서 좌로 손쉽게 변경할 수 있는 설비가 등장한 것이다. 일반적으로 SMT 라인은 좌에서 우로 혹은 우에서 좌로, 한 방향으로만 컨베이어를 구성해 PCB를 이송했다. 따라서, 하나의 라인이 좌에서 우로 진행하면, 마주보는 라인은 우에서 좌로 진행하도록 라인을 구성했다.
신개념의 리플로우는 PCB를 좌우로 진행하다가 작업자의 설정에 따라 다시 우좌로 진행시킬 수 있다. 현재 휴대전화 업체에 도입이 한정돼 있지만, 높은 공간 효율성의 이점을 제공해 향후 시장에 확산될 것으로 예상된다.

듀얼-히터 듀얼레인 등장
듀얼레인 리플로우는 3년 전부터 등장했다. 지난해에는 핫 이슈였다. 리플로우 업체들은 생산성 극대화를 추구하는 SMT 산업이 지속되는 한 듀얼레인 시장은 성장할 것으로 낙관하고 있다. 더 나아가 트리플, 쿼드레인으로의 진화까지 예상하고 있다.
리플로우 제작에 있어서 개선할 수 없는 부분 중 하나는 설비의 모듈화다. 칩마운터처럼 모듈을 추가해 장비 길이를 연장하거나 모듈을 빼서 줄이는 게 사실상 불가능하다. 현재는 생산 택타임(tact time)을 빠르게 하기 위해서 더 길게 하는 방법밖에 없다. 이보다 더 빠른 택타임을 실현하기 위해서는 듀얼 혹은 그 이상의 레인으로 구성해야 한다. 칩마운터는 모듈을 추가함으로써 빠른 택타임을 실현한다. 불과 4~5년 전만해도 30초대에 끝났던 작업이 지금은 10초대로 줄었다. 이렇다 보니 리플로우는 길어질 수밖에 없다. 그러나 한정된 작업 공간에서 리플로우를 한정 없이 늘릴 수만은 없는 형편이다. 일반적인 SMT 라인이 20 m 인데, 이중 절반을 리플로우가 차지한다. 그래서 리플로우의 해당 면적을 줄이면서 동시에 생산성을 높이는 듀얼레인을 주목하게 된 것이다. 그런데 문제는 이같은 라인 시스템에 합당한 애플리케이션이 극히 한정돼 있다는 점이다. 현재 생산성을 따지는 업종은 생산량이 많은 반도체, 휴대전화, 노트북 등의 업종이다. 이러한 상황이기에 리플로우 업체들은 듀얼레인과 트리플레인용 시장이 지속되기는 하지만 대량 물량을 생산하는 업체에 한정돼 형성될 것으로 예상하고 있다.
초창기 듀얼레인용 리플로우는 대부분 원-히터 듀얼레인 구조였다. 생산 장비의 원가상승을 임가공 업체에서 인정해 주지 않아서다. 그런데 적용 애플리케이션에 따라 하나의 히터를 이용해 두 개의 레인에 동일한 온도를 유지하는 공정이 까다로워 최근에는 듀얼-히터의 듀얼레인 리플로우로 진화하고 있다. 원-히터의 경우, 서로 다른 제품이 들어올 경우, 두 개의 레인 속도를 달리해 프로파일을 잡았었다. 그러나 하나의 히터에 레인 속도의 차이를 두기 때문에 프로파일을 제각각 설정하는데 한계가 있다. 일반 가전용 PCB의 경우에는 별무리 없이 프로파일을 설정할 수 있지만, 특정 보드 및 혼류생산에서는 큰 약점으로 지적됐다. 이로 인해 듀얼-히터의 설비가 등장하게 됐다. 이 구조는 두 개의 레인을 개별적으로 제어할 수 있으며, 레인 간의 온도 간섭을 최소화해 앞뒤의 품질에 영향을 주지 않는다는 장점이다.

보이드 억제 ‘진공-리플로우’
최근 SMT 시장에 진공-리플로우가 새롭게 등장해 관심을 집중시키고 있다. 진공-리플로우의 장점은 솔더링 접합부에 발생하는 보이드 함량을 줄일 수 있다는 것이다.
진공-리플로우는 일반적인 리플로우 머신에 진공 챔버가 하나 더 추가된 설비라고 생각하면 된다. 예열 존, 피크 존, 진공 모듈, 쿨링 존 순서로 구성된다. 다시 말해, 기존 리플로우에서 피크 존과 쿨링 존 사이에 진공 모듈이 들어가 있다. 일반적으로 진공-리플로우는 피크 존에서 솔더를 용융 상태로 만든 후 진공 챔버 내의 진공상태를 통과하게 함으로써 보이드 발생을 최소화한다. 진공 챔버는 실질적으로 진공화시키는 모듈이다. 챔버에 도어가 장착돼 있으며, PCB의 진행에 따라 전자동으로 열리고 닫히면서 진공화 혹은 대기화한다. 진공 펌프에 의해 진공화가 이뤄지고, 진공화되었을 때 보이드가 빠진 후, 설정된 값대로 원래의 대기상태로 되돌아가 뚜껑이 열린다. 그 후에 쿨링 존으로 들어간다.
독일 업체에서 나온 자료에 따르면, 일반적인 리플로우로 흘렸을 경우, 보이드 발생이 30% 이상으로 나오지만, 진공-리플로우의 경우 1% 미만이다. 국내 리플로우 업체의 테스트 자료에서도 비슷한 결과를 보여주고 있다. 이 회사에서 4개의 보드를 이용해 테스트한 결과, 통상적으로 일반 Air 혹은 N2 리플로우에서 솔더링 시 10~13% 보이드가 발생했다. 이러한 수준이 진공-리플로우를 통과한 후 평균 3%, 특정 보드에서는 1% 미만까지 감소했다.

셀렉티브 솔더링, 자동차 전장 중심으로 형성
보급 초기 단계인 국내 셀렉티브 솔더링(selective soldering) 머신 시장이 올해부터 본격적으로 열릴 전망이다. 셀렉티브 솔더링 머신에 대한 국내 SMT 임가공 업체들의 인식이 크게 높아졌으며, 장비 업체들도 신규 설비들을 속속 발표하고 있는 상황이다.
국내에서 셀렉티브 솔더링 머신을 적용하고 있는 대표적인 업종은 자동차 전장이다. 전장 업체들은 이미 오랜 테스트 단계를 거쳐 투자 단계로 접어들었다. 일본, 독일계 자동차 업체들은 이미 적용하고 있는 것으로 알려져 있으며, 지난해부터 국내 자동차 전장 관련 업체들도 하나 둘 셀렉티브 솔더링 머신으로 라인을 구성하고 있다. 아직까지 대기업에 한정돼 있지만, 협력업체들까지 여파가 미칠 것으로 보여 향후 시장규모가 확대될 것으로 예상된다.



자동차 전장업계에서 먼저 투자한 이유는 기존 로봇 납땜 공정을 대체하는 용도에서다. 특히, 로봇 납땜은 다층 기판일 때 무연(Pb-free)이 위쪽까지 차고 올라오지 못하는 경우가 발생했다. 이 문제를 셀렉티브 솔더링 머신은 말끔히 해소시켜준다.
셀렉티브 솔더링 머신이 SMT 업계로 확산될 가능성에 대해서는 의견이 둘로 나뉜다. 먼저 웨이브 솔더링에 비해 생산 단가를 혁신적으로 줄일 수 있기 때문에 확산 가능성이 높다는 의견이다. 실제로 전기세, 부자재 소모량 등의 유지비용이 일반적으로 1/5~1/10 수준으로 대폭 절감된다. 그리고 웨이브 솔더링에 필요한 전용 파레트를 제작할 필요가 없어 이 부분에서도 비용을 줄일 수 있다.
다른 의견은 셀렉티브 솔더링 머신의 SMT 확산이 쉽지 않을 것이란 예상이다. 인건비 절감과 솔더의 소비 최소화라는 장점을 가지고 있음에도 불구하고 셀렉티브 솔더링 머신의 선택이 지지부진하다는 이유에서다. 가장 큰 이유는 설비의 높은 가격 때문이다. 셀렉티브 솔더링 머신의 가격이 리플로우 장비에 비해 5배 정도 높다. SMT 임가공 업체들이 구입하기엔 상당히 부담스런 가격이다. 따라서 현 수준의 가격대가 대폭 하락하지 않는 한 SMT 시장에서 확산되기 어려울 것이란 전망이다.
이렇게 셀렉티브 솔더링 머신은 장단점을 가지고 있다. 웨이브 솔더링 머신에서는 일괄적으로 솔더링하는 반면, 셀렉티브에서는 어느 정도의 시간이 필요하다. 그래서 보통 납땜 포인트가 10~15점 정도의 경우에는 적극 추천할만하다. 이 수준은 택타임에 관계없이 바로 작업할 수 있다.
한편, 납땜 포인트가 많은 경우에는 ‘멀티 포인트 납땜’이라는 시스템이 있다. 이 방식은 일괄적으로 포인트를 납땜한다. 파레트 플레이트에 여러 개의 노즐을 만들어서 일괄적으로 납물이 올라간다. PCB가 오면, 여러 포인트에 담궈서 납땜한다. 그런데 이 방식의 단점은 모델이 많은 경우에는 노즐을 교체해야 한다는 것이다. 또 파레트를 만드는 대신 노즐을 만들어야 한다. 대신에 택타임은 상당히 줄어든다.