"LG이노텍은 플립칩 볼그리드 어레이(FC-BGA) 후발주자지만 확고한 수율(완성품 중 양품 비율)로 2∼3년 안에 일본 등 선두 기업을 따라잡겠습니다."

강민석 LG이노텍 기판소재사업부장 부사장이 지난 17일 경북 구미 사업장에서 열린 '드림 팩토리' 기자간담회에서 FC-BGA 사업에 대한 강한 자신감을 내비쳤다.

LG이노텍은 2022년 FC-BGA 시장 진출을 선언한 후, 지난해 2월 LG전자의 구미4공장을 인수해 본격 양산에 들어간 후발주자다. 하지만 1995년부터 약 30년간 축적한 기판 제조 기술력과 최첨단 자동화 공장인 '드림 팩토리'를 앞세워 빠르게 경쟁사들을 따라잡겠다는 전략이다.

FC-BGA는 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU) 등 고성능 반도체 칩과 메인보드를 연결하는 핵심 기판으로, 최근 인공지능(AI), 자율주행 등 첨단산업 성장과 함께 수요가 급증하고 있다. 시장조사기관 리서치앤드마켓에 따르면 전 세계 FC-BGA 시장 규모는 올해 11조3000억원에서 2030년 20조4000억원 규모로 성장할 전망이다.

◆불량도 인력도 줄였다…'미래형 공장' 현실화 직접 찾은 드림 팩토리는 축구장 3배 (2만6000㎡) 규모로, 첨단 기술이 집약된 '미래형 공장'이었다. 자율주행 운반로봇(AMR)이 자재와 반제품을 공정 간에 옮기고, AI 기반 로봇이 정밀한 작업을 수행하며 사람의 손길을 최소화하고 있었다.

LG전자로부터 2022년 인수한 구미4공장은 인공지능(AI), 딥러닝, 로봇, 디지털 트윈 등 최신 정보기술(IT)을 적용해 전 공정을 자동화·지능화한 스마트공장 '드림 팩토리'로 탈바꿈한 것이다.

드림 팩토리는 'No Four' 원칙을 철저히 준수한다. ▲작업자 ▲실패비용 ▲사후보전 손실 ▲안전사고 등 생산성을 떨어뜨리는 4가지 요소들을 완전히 제거한다는 전략이다. 이광태 FS사업담당 상무는 "단순 자동화에서 그치지 않고 엔지니어 역할까지 AI로 대체한 진정한 지능형 공장"이라며 "기존 공장 대비 절반 수준의 인력으로 운영되고 있다"고 설명했다.

공장 청정도 관리도 철저하다. 입구에서부터 신발을 벗고, 두 겹의 장갑과 마스크, 위생모와 방진복 착용하고 에어샤워를 거쳐야만 입장이 가능하다. 박진수 FS생산팀장은 "머리카락 굵기의 10분의 1 수준인 먼지 하나가 불량의 원인이 될 수 있다"고 강조했다.

◆ AI로봇이 30초 만에 불량 판별…수율이 경쟁력

공장의 심장부에는 디지털 트윈 기술 기반의 '라인 모니터링 시스템(LMS)'이 가동 중이다. 대형 화면에는 공장 설비 상태와 생산 상황이 초록색(정상), 노란색(대기), 빨간색(점검 필요) 등으로 실시간 표시돼 누구나 직관적으로 파악할 수 있다. LG이노텍은 이 같은 실시간 모니터링 시스템을 통해 생산 초기의 수율 안정화(램프업) 기간을 기존 대비 절반으로 줄였다.

양품 여부를 결정짓는 '자동광학검사(AOI)' 공정에는 AI 딥러닝 검사 시스템을 적용해 자동화했다. 로봇이 공정이 끝난 FC-BGA를 검사대로 옮기면, AI가 수만건의 학습 데이터를 바탕으로 육안으로 식별하기 어려운 미세 불량까지 30초 만에 판별한다. 그 결과 주문부터 납품까지 걸리는 '리드타임'을 최대 90% 단축했고 실패 비용도 50% 줄이는 데 성공했다.

LG이노텍이 드림 팩토리 고도화에 집중하는 가장 큰 이유는 바로 '수율'이다. FC-BGA는 기술 난도가 높고, 평균 수율이 50~90%로 편차가 커 불량률을 낮추는 것이 곧 경쟁력이다. LG이노텍은 향후 후공정(백엔드) 엔지니어 영역까지 AI로 대체해 완전 무인화 실현을 목표로 하고 있다.

◆"2030년 FC-BGA 조 단위 사업 육성"

LG이노텍은 지난해 말 글로벌 빅테크 기업에 PC용 FC-BGA 양산 공급을 시작했고, 올해는 글로벌 톱5 고객사를 추가 확보했다. 내년에는 공장 안정화를 바탕으로 공급사를 더 확대할 계획이다.

올해 PC CPU용 FC-BGA 시장 진입을 본격화한 데 이어 이르면 2026년부터는 서버용 FC-BGA 시장에도 단계적으로 진출한다. 서버용 FC-BGA는 아직 양산하지 않았지만, 20층 이상 고성능 라지 바디 제품에 대한 내부 검증은 마쳤다.

LG이노텍은 지금까지 FC-BGA 시설에 4130억원을 투자했고, 최근에는 6000억원 규모의 추가 투자 계획도 발표했다. 내년까지 품질 이상을 실시간 감지하고 자동 보정하는 '공정 지능화 시스템(i-QMS)'을 구축하고, 제품 개발부터 생산까지 전 과정을 고객과 공유하는 디지털 트윈 플랫폼도 완성할 방침이다.

2027년까지는 휘어짐이 적고 미세회로 형성에 유리한 유리기판 내재화할 계획이다. 다만, 자동차 환경에 적합한 전장용 FC-BGA는 진동과 먼지 등 극한 조건을 견뎌야 하는 만큼 신중하게 접근할 예정이다.

LG이노텍은 내년부터 FC-BGA 사업이 손익분기점을 넘을 것으로 기대하고 있다. 초기에는 설비 투자에 따른 감가상각 부담이 크지만, 수율 안정화와 생산성 향상에 따라 수익성도 개선될 것이란 판단이다.

강 부사장은 "업력이 긴 일본 업체들을 하루아침에 뛰어넘을 수는 없지만, 드림 팩토리를 기반으로 한 디지털 전환과 수율 개선을 통해 충분히 따라잡을 수 있다"며 "2030년까지 FC-BGA 사업을 조 단위 매출 규모로 키우겠다"고 강조했다.