[르포] AI·자동화로 인력·수율·리드타임 해결...LG이노텍 '드림 팩토리'
LG이노텍의 FC-BGA(플립칩 볼그리드 어레이) 생산 허브인 대구 구미에 위치한 '드림 팩토리(Dream Factory)'. 지난 17일 언론에 첫 공개된 드림 팩토리 내부는 여느 공장들에 비해 인력이 적은 여유로운 분위기였다. 자재 운반부터 검사 등, 공정 전반이 AI와 자동화 설비로 이뤄지고 있기 때문이다. 실제로 드림 팩토리는 기존 공장 대비 인력을 50% 절감해 운영하고 있다. 이는 비용 효율성만이 아니라 제품의 생산성을 향상시키는 요소로도 작용한다. 드림 팩토리의 경우 초기 수율 향상에 필요한 기간을 절반이나 줄였으며, 제품의 리드타임(주문부터 납품까지 걸리는 시간) 또한 최대 90% 단축했다. 드림 팩토리에서 만난 강민석 기판소재사업부 부사장은 "FC-BGA는 다른 기판들과 달리 평균 수율이 낮은 제품"이라며 "드림 팩토리를 통해 수율을 끌어올린 것이 LG이노텍의 차별화 포인트"라고 설명했다. LG이노텍이 FC-BGA 사업에 진출한 시기는 지난 2022년이다. 당시 LG전자로부터 구미4공장을 인수해 공장을 구축했으며, 지난해 2월부터 본격적인 양산에 들어갔다. FC-BGA는 반도체 칩과 기판을 '플립칩 범프(칩을 뒤집는 방식)'로 연결하는 패키지기판이다. 기존 패키지에 주로 쓰이던 와이어 본딩 대비 전기적·열적 특성이 높다는 장점이 있다. 총 2만6천㎡ 규모로 조성된 드림 팩토리는 업계 최고 수준의 스마트 팩토리로 평가 받는다. 전 공정을 자동화∙정보화∙지능화해, 작업자와 실패 비용, 사후보전 손실, 안전사고 등 생산 경쟁력을 떨어트리는 주 요소들을 방지했다. 로봇이 자재 운반·필름 제거도 '척척'…인력 50% 절감 FC-BGA 메인 공정 설비가 구축된 생산라인에 들어가기 위해서는 두 겹의 장갑, 마스크, 방진복 등을 필수로 착용해야 한다. 눈썹, 침과 같은 미세한 이물질도 품질 불량으로 이어질 수 있기 때문이다. 이러한 깐깐한 사전준비를 거쳐 클린룸을 통과하면, 축구장보다 3배 큰 드림 팩토리가 마침내 모습을 드러낸다. 드림 팩토리 초입에는 공장 전체를 실시간으로 살펴볼 수 있는 라인 모니터링 시스템(LMS)이 설치돼 있다. 디지털 트윈 기술을 기반으로, 현재 가동 중인 생산라인과 제품 이동, 재고 상황, 설비 이상유무 등을 모두 관리한다. LMS실을 벗어난 뒤, 분주하게 돌아가는 설비들 사이로 자동로봇(AMR) 수십대가 자재를 운반하는 모습을 볼 수 있었다. 이 AMR은 원자재를 공정설비로 운반하는 일부터 가공이 끝난 제품을 다시 적재하는 등 다양한 역할을 수행한다. 패널에 붙어 있는 보호 필름을 벗겨내는 공정도 사람이 아닌 로봇의 몫이다. 이처럼 전 공정에 협동로봇과 같은 자동화 설비를 구축하면서, 드림 팩토리는 기존 대비 50% 수준의 인원으로도 운영이 가능해졌다. 실제로 공장 내부에서는 사람을 마주치는 일이 드물었다. LG이노텍은 향후 해당 공장을 무인화 수준으로 운영하는 것을 목표로 하고 있다. AI·자동화로 수율·리드타임 동시에 잡는다 LG이노텍은 제품의 양품 여부를 결정짓는 가장 중요한 단계인 AOI(자동광학검사) 과정에 AI 딥러닝 비전 검사 시스템을 적용했다. 생산이 완료된 FC-BGA 기판 제품을 로봇이 쉴 새 없이 비전 스크리닝 검사대로 옮기면, FC-BGA 불량품 및 양품 데이터 수만 건을 학습한 AI가 육안으로는 잡아내기 어려웠던 미세 불량영역을 단 30초 안에 센싱해 낸다. 제품의 램프업(양산 초기에 수율 향상을 통한 생산능력 확대) 속도도 '팩토리 시뮬레이션'을 통해 기존 대비 절반이나 줄였다. 해당 기술은 설비를 구축하기 전 가상 공간에서 3D 모델링을 활용해 최적의 환경을 조성해준다. 강민석 기판소재사업부 부사장은 "사람이 제품에 손을 대지만 않아도 이론적으로 훨씬 더 높은 수율이 나올 수 있다"며 "FC-BGA의 경우 수율이 평균적으로는 90%, 고난이도 제품은 50%까지 떨어질 수 있는데, LG이노텍의 드림 팩토리를 통한 수율 향상이 큰 차별화 포인트가 될 것"이라고 강조했다. 또한 드림 팩토리에서는 FC-BGA 생산과 관련해 하루에 20만개 이상의 파일, 100GB에 달하는 데이터가 지속적으로 생성된다. LG이노텍은 이 빅데이터를 지속 학습하는 AI를 불량 예측 및 검사 시스템에 적용해, 불량 발생으로 인한 리드타임(주문부터 납품까지 걸리는 시간)을 대폭 줄였다. 나아가 LG이노텍은 2026년까지 생산 과정 중 발생하는 품질 이상을 실시간으로 감지 및 분석해, 자동으로 보정하는 공정 지능화 시스템(i-QMS, intelligent-Quality Management system)을 도입할 방침이다. LG이노텍 관계자는 "AI 비전검사를 통해 리드타임을 최대 90% 단축하고, 샘플링 검사를 위해 투입하던 인원도 90% 줄일 수 있었다"고 설명했다.
