반도체 업계도 국내 인구의 중·장기적인 감소와 증가하는 제조업 인건비 이슈로 인해 위기 의식이 고조되고 있다. 이에 4가지 분야에서 자동화 100% 달성을 향해 나아가고 있는 삼성전자가 반도체 패키지 팹(FAB) 자동화 솔루션을 공개했다.

2024 반도체 패키징 트렌드 포럼(2024 SPTF)이 28일 수원컨벤션센터에서 개최했다. 경기도와 수원시가 주최하고 차세대 반도체 패키징 산업전(ASPS 2024)에서 주관한 이번 포럼에는 △삼성전자 △텍사스인스트루먼트 △ASMPT △ISIG △RESONAC 등이 참여해 첨단 반도체 패키징 산업 트렌드와 소재 솔루션 등을 발표했다.

특히 이날 삼성전자 TSP총괄 김희열 상무가 ‘삼성전자 DS부문 반도체 패키지 팹 자동화’를 주제로 발표하며 참관객들의 큰 관심을 끌었다.

삼성전자 TSP총괄은 양산과 테스트, 출하 과정에서 반도체 패키지의 모든 공정을 담당하는 부서로 김 상무는 그 중 하드웨어 및 소프트웨어 부분에서 수작업을 대체할 수 있는 자동화 전환 업무를 담당하고 있다.

인구 감소와 인건비 상승 문제로 인한 자동화 전환 배경도 있지만, 패키지 팹은 웨이퍼 팹 대비 다양한 원부자재를 취급하고 이송용기와 물류장치 종류 또한 다양하기 때문에 이 과정에서 단순 반복적인 수작업이 수십만건 발생하게 된다.

이에 삼성전자는 스마트 팹 구축에 10년 이상 매진했고 현재 물류자동화 99%, 설비자동화 50% 이상, 제조운영 자동화 90% 이상, 품질 자동화 70% 이상에 도달했다고 밝혔다. 

각각을 보면 물류 자동화는 스마트 팹의 자동화 핵심으로써, 설비 라인 내 다양한 원부자재를 사람 손을 거치지 않고 장비에 의해 자동으로 이송하는 것을 의미한다. 설비 간 OHT, AGV 저층고·고중량 반송기술이 적용되며, 건물 층간 트레이(Tray) 등 컨베이어 기반 반송 기술이 적용됐으며, 건물 간 LGV, AMR 등 고하중 반송 기술이 구축됐다.

설비 자동화는 아직은 진행률이 더딘데 이는 설비 안에 부품이 매우 다양하고 이에 따라 자동화 콘셉트도 다양하게 대응될 필요가 있기 때문이다. 김 상무는 레거시 설비에서는 주기연장과 단일화, 간소화로 대응하고 신설비 교체를 통해 전면 자동화를 계획하고 있는 것으로 알려졌다.

제조운영 자동화는 소프트웨어에 속하는 영역으로, 하드웨어 자동화 대비 난이도가 더 높다. 김 상무는 “16종의 물류장치가 68종의 원부자재를 라인에 있는 수많은 설비에 언제 어느 타이밍에 투입해야 하는지 명령 체계를 구현하는 것이 어려웠다”고 언급했다. 10여년 간의 개발 끝에 스케줄러 작동의 90%가 자동화된 상태라고 덧붙였다.

품질자동화는 기존 육안 검사나 스코프를 이용해 진행하던 것을 대부분 AI 기반 설비를 활용하는 방향으로 나아가고 있다. 제조 현장에서 수집되는 비전 이미지 데이터를 서버로 업로드해 딥러닝 자동 판별 기술을 접목해 제품의 미세 크랙 판별 등 품질 검사 자동화를 강화하고 있다.

이에 제조 교대 인력은 절반 가까이 감소했으며, 1인당 관리 설비는 2.3배 증가했고, 1인당 생산성 1.6배 향상으로 종합 효율이 1.3배 증가한 것으로 나타났다. 자동화에 따른 전력 사용의 증가 우려에 김 상무는 “기존 대비 10~20% 수준의 증가”라고 답변하며 자동화를 통해 수작업 시 필요한 설비 감소 및 공간 효율 이점 등의 부가적인 효과가 전력 증가를 상쇄하는 것으로 알려졌다.