노광기(UV Exposure Machine) 완벽 가이드: 빛으로 그리는 회로
Industrial Exposure Machine
산업용 노광기 & LDI:
빛으로 그리는 초미세 회로
L/S 5µm의 초정밀 패턴 구현과 평행광(Collimated Light) 기술.
UV LED 광원 교체로 에너지 효율과 수율을 동시에 혁신합니다.
1. 산업용 노광기(Lithography)란 무엇인가? (Deep Dive)
노광기(Exposure Machine)는 PCB 기판이나 반도체 웨이퍼 위에 도포된 감광재(Photoresist)에 UV 빛을 조사하여 회로 패턴을 형성하는 공정의 심장입니다. 필름 마스크를 사용하는 전통적인 방식부터, 마스크 없이 레이저로 직접 패턴을 그리는 'LDI (Laser Direct Imaging)' 기술까지 진화했습니다.
2026년형 장비는 기존의 메탈 할라이드 램프 대신 'UV LED 광원'을 채택하여, 열 발생으로 인한 소재 변형을 막고 전력 소비를 80% 이상 절감하는 친환경 고효율 솔루션으로 자리 잡았습니다.
초미세 공정의 3대 핵심 가치
1. 고해상도 (Fine Pattern)
빛의 직진성(Collimation)을 극대화하여 빛 퍼짐에 의한 패턴 뭉개짐을 방지합니다. L/S(Line & Space) 10µm 이하의 미세 회로도 선명하게 구현합니다.
2. 정밀 정렬 (Alignment Accuracy)
CCD 카메라 4대가 기판의 아이마크(Align Mark)를 실시간으로 인식하고, X-Y-θ 축을 마이크로미터 단위로 자동 보정하여 다층 기판의 적층 정밀도를 보장합니다.
3. 냉광원 (Cold Light Source)
UV LED는 적외선(열) 방출이 거의 없습니다. 열에 민감한 FPCB(연성회로기판)나 초박형 필름 작업 시, 열팽창으로 인한 치수 불량을 원천 차단합니다.
2. 기술 심층 분석: 평행광과 LDI의 혁명
노광 품질은 '빛의 품질'이 결정합니다. 산란광을 억제하고 직진성을 높이는 광학 기술이 핵심입니다.
1. 평행광 노광 (Collimated Light)
광원에서 나온 빛을 반사경(Mirror)과 렌즈를 통해 평행하게 만듭니다. 빛의 입사각(Half Angle)을 1.5도 이내로 제어하여 수직에 가까운 패턴 측면(Side Wall)을 형성합니다.
2. LDI (Laser Direct Imaging)
CAD 데이터를 기반으로 레이저가 기판 위를 고속 스캔하며 직접 노광합니다. 마스크(Mask) 제작 비용과 시간을 없애고, 기판의 신축/변형에 맞춰 패턴을 실시간 보정(Scaling)합니다.
3. 다파장 하이브리드 (Multi-Wavelength)
365nm(i-line), 385nm, 405nm(h-line) 등 여러 파장의 UV LED를 혼합하여, 감광재의 표면 경화와 심부 경화 밸런스를 최적화합니다.
| 구분 | 일반 산란광 (Conventional) | 평행광 (Collimated) | LDI (Direct Imaging) |
|---|---|---|---|
| 광원 (Source) | 메탈 할라이드 램프 | UV 램프 / UV LED | UV 레이저 다이오드 |
| 해상도 (L/S) | 50µm / 50µm | 30µm / 30µm | 5µm / 5µm (Ultra Fine) |
| 마스크 사용 | 필수 (Film/Glass) | 필수 (Film/Glass) | 불필요 (Maskless) |
| 주요 용도 | 단면/양면 PCB (저가형) | 다층 PCB, FPCB, PSR | 반도체 PKG, HDI, 고다층 |
3. ROI 분석: 수율 향상과 운영비 절감
LDI 도입은 초기 투자비가 높지만, 마스크 비용 제거와 수율 향상으로 전체 제조 원가를 낮춥니다.
| 비교 항목 | 필름 마스크 방식 (Contact) | LDI 방식 (Digital) | 개선 효과 (Benefit) |
|---|---|---|---|
| 소모품 비용 | 마스크 제작/관리비 발생 | 마스크 비용 0원 | 연간 수천만 원 절감 |
| 불량률 (수율) | 마스크 오염/찍힘 불량 | 비접촉으로 찍힘 없음 | 수율 5~10% 향상 |
| 에너지 (광원) | 3~5kW 램프 (상시 점등) | LED/Laser (순간 점등) | 전력비 70% 절감 |
4. 도입 예산 가이드: 공정별 적정 솔루션 (Budgeting)
생산 제품의 회로 선폭(Line Width)과 생산량(Capa)에 따라 장비 등급이 나뉩니다.
1. 수동/반자동 노광기 (Manual/Semi-Auto)
3,000만 원 ~ 8,000만 원특징: 작업자가 기판과 마스크를 직접 정렬. 소량 다품종 생산이나 샘플 제작, 100µm 이상의 굵은 패턴(Power Circuit)에 적합합니다.
2. 자동 평행광 노광기 (Auto Collimation)
2억 원 ~ 5억 원특징: 로봇 암(Robot Arm) 이송 및 CCD 자동 정렬. 30~50µm 수준의 패턴 양산에 쓰이며, FPCB 및 일반 PCB 대량 생산의 표준 장비입니다.
3. LDI 시스템 (Laser Direct Imaging)
8억 원 이상특징: 마스크리스, 초정밀 얼라인, 스케일링 보정. 반도체 패키지 기판(FC-BGA), HDI 등 10µm 이하의 초미세 패턴이 필요한 하이엔드 공정용입니다.
5. Industry 4.0: 스마트 제조 데이터 관리
기판 하나하나의 변형 데이터를 측정하여 개별적으로 보정 값을 적용하는 지능형 생산이 가능합니다.
- 실시간 스케일링 (Auto Scaling): 기판의 4개 코너 또는 다수의 아이마크를 인식하여, 재료의 신축에 따라 노광 데이터를 X/Y축으로 미세 조정합니다.
- 개별 식별 (Traceability): 각 기판에 고유의 QR코드나 데이터 매트릭스를 노광하여, 생산 이력과 공정 조건을 개별 추적할 수 있습니다.
- 광량 자동 보정: UV LED 소자의 출력을 실시간 모니터링하여, 시간이 지나도 항상 설정된 광량(mJ/cm²)으로 일정하게 조사되도록 피드백 제어합니다.
6. 엔지니어를 위한 예방 정비(PM) 체크리스트
| 점검 주기 | 핵심 점검 항목 (Check Point) |
|---|---|
| 매일 (Daily) | 노광실 온도/습도 확인, 진공(Vacuum) 압력 점검, 글래스/마스크 표면 청소 |
| 매주 (Weekly) | UV 광량계(Integrator)로 조도 균일도(Uniformity) 측정, 냉각수(Chiller) 수위 점검 |
| 매월 (Monthly) | 에어 필터 교체, CCD 카메라 초점 및 오프셋 보정, 구동부 구리스 도포 |
7. 실무 FAQ: 현장 엔지니어의 핵심 질문
Q. 패턴이 자꾸 현상 중에 떨어져 나갑니다. (Peeling)
A. 노광량(Energy) 부족이 주원인입니다. UV 광량을 높이거나, 노광 전후의 '베이킹(Baking)' 조건을 강화해야 합니다. 또한, 기판 표면의 오염이나 습기도 밀착력을 떨어뜨리니 전처리 세정을 확인하십시오.
Q. 언더컷(Undercut)을 줄이려면 어떻게 해야 하나요?
A. 빛의 직진성(Collimation)이 중요합니다. 산란광이 많으면 필름 아래로 빛이 파고듭니다. 평행광 렌즈를 점검하거나, 진공 밀착(Hard Contact)을 강화하여 마스크와 기판 사이의 틈(Gap)을 없애야 합니다.
Q. LED 광원의 수명은 얼마나 되나요?
A. 기존 램프가 1,000~2,000시간인 반면, UV LED는 약 20,000시간 이상입니다. 또한, On/Off가 즉각적이어서 대기 시간에는 꺼둘 수 있으므로 실제 교체 주기는 3~5년 이상으로 매우 깁니다.
8. 산업별 성공 도입 사례 (Case Study)
스마트폰용 연성 기판 생산을 위해 필름 형태의 원자재를 연속으로 노광하는 R2R LDI 설비를 도입했습니다. 생산 속도를 3배 높이고, 핸들링 중 발생하는 구겨짐 불량을 제로화했습니다.
서버용 고성능 반도체 기판의 5µm/5µm 패턴 구현을 위해 고해상도 LDI를 도입했습니다. 층간 정렬 오차를 ±5µm 이내로 관리하여 고다층 기판의 신뢰성을 확보했습니다.
OLED 증착용 메탈 마스크 제작에 UV LED 평행광 노광기를 적용했습니다. 기존 램프 대비 열 변형이 사라져, 마스크의 홀(Hole) 위치 정밀도를 획기적으로 개선했습니다.
9. 도입 후 트러블 사례와 사전 대책 (Troubleshooting)
| 장애 현상 (Symptom) | 원인 분석 (Cause) | 해결 (Solution) |
|---|---|---|
| 패턴 굵기 변동 | 광량 불균일, 조도 센서 오차 | 옵티컬 렌즈 청소, 조도 분포(Uniformity) 재조정 |
| 정렬 불량 (Misalign) | 기판 수축/팽창, 카메라 인식 오류 | 스케일링 수치 보정, 마크 인식 조명 밝기 조절 |
| 잔막 발생 (Scum) | 과다 노광, 현상 부족 | 노광량(Energy) 하향 조정, 현상 속도 및 압력 점검 |
