전기車에 3만개 들어간다…삼성전기, '효자' MLCC로 매출 1조 터치

스마트폰 넘어 전장·AI·서버 등 신사업 주력 체질개선 가속
IT용 고집적화와 전장용 고신뢰성화를 두루 갖춘 차세대 제품 개발中

삼성전기 MLCC개발그룹장 김위헌 상무가 17일 서울 중구 삼성전자 기자실에서 MLCC를 소개하고 있다.ⓒ삼성전기

쌀 한 톨(6mm)의 15분의 1 크기에 전자기기에 많게는 수 만개 탑재되는 '전자 산업의 쌀' MLCC. MLCC(적층 세라믹 캐패시터) 없이 전자기기는 제대로 작동할 수 없다. 시계도, 노트북도, 심지어 자동차도 멈추게 만드는 없어서는 안 될 핵심 부품이다.

삼성전기는 이 MLCC 핵심기술 개발로 AI(인공지능) 서버·전장(전기/전자 장비) 등 사업에 새롭게 역량을 집중하기로 했다. 특히 전장용 제품 라인업 확대와 차별화된 기술을 앞세워 올해 전장용 MLCC에서만 매출 1조원을 달성하겠다는 목표다. 오랜 기간 갈고 닦은 독보적인 기술로 차세대 MLCC 시장을 열겠다는 포부도 밝혔다.

쌀 한 톨 보다 작은 첨단 기술 집합체, MLCC

삼성전기는 지난 17일 서울 중구 삼성전자 기자실에서 '제품학습회 SEMinar'를 갖고 자사의 MLCC를 설명하는 시간을 가졌다.

MLCC(Multi-Layer Ceramic Capacitor)는 전기를 저장했다가 반도체(AP, IC) 등 능동부품이 필요로 하는 만큼 전기를 안정적으로 공급해 반도체가 원활하게 동작하도록 하는 부품이다. 전자제품 안에서 신호간섭(노이즈)을 제거하는 역할도 한다.

MLCC는 스마트폰 뿐 아니라 TV, 가전제품, 전기자동차 등 반도체와 전자회로가 있는 제품에는 대부분 사용된다.

제품의 크기는 머리카락보다 얇아 육안으로도 잘 보이지 않는 0.4mm*0.2mm(머리카락 두께 약 0.3mm)부터 5.7mm*5.0mm까지 다양하다. 최신 스마트폰에는 1000여 개, 전기차는 1만8000개~3만개 정도 들어간다.

전자부품 중 가장 작은 크기이지만 내부는 500~600층의 유전체와 전극이 겹쳐 있는 첨단 제품으로 이뤄졌다. MLCC로 채운 300ml 와인잔은 수 억원 이상의 가치를 가진다.

마이크로 레벨에서 최고 난이도 기술 필요

이날 설명은 맡은 김위헌 삼성전기 MLCC개발그룹장(상무)은 MLCC는 크기는 작되, 저장하는 전기의 용량을 크게 만드는 것이 경쟁력이라고 설명했다. 따라서 유전체 등 미립의 소재 기술과 간섭 없이 균일하게 층을 쌓을 수 있는 제조기술이 중요하다.

김 상무는 고속도로를 비유로 들며 "자동차를 하나의 신호로 본다면 길은 기판, MLCC는 어느 방향으로 갈지 안내하는 신호등/표지판 역할을 한다"고 설명했다.

나노 기술 단계에서 가장 진입장벽이 높은 기술은 반도체지만 마이크로 기술 단계에선 MLCC가 가장 높다.

삼성전기 MLCCⓒ삼성전기

MLCC를 만들기 위해서는 먼저 세라믹과 금속(니켈)을 번갈아 쌓아야한다. 원재료에 여러 종류의 첨가물을 넣어 종이처럼 얇게 인쇄한 뒤 이를 쌓아 올리고, 필요한 크기로 잘라 도자기를 굽듯이 열처리하면 우리가 말하는 MLCC가 탄생한다.

세라믹 재료에 어떤 물질을 첨가하고, 첨가량을 얼마나 투입했는지가 MLCC 특성을 좌우한다. 이러한 세라믹 원재료 기술은 MLCC 제조 업체들의 노하우(Know-How)로 MLCC의 핵심기술이라고 할 수 있다.

또한 내부 층(세라믹과 니켈)을 많이 쌓을수록 전기를 많이 축적할 수 있기에 얇게 쌓고 작게 만드는 미세 제어 제조기술도 상당히 중요하다.

MLCC 품질을 좌우하는 또 다른 요소는 온도다. 세라믹과 니켈을 교대로 쌓은 것을 1000℃ 이상의 고온에서 구워 만들어야 하는데, 세라믹과 니켈이 구워지는 온도가 서로 달라 적정한 온도를 맞추기가 쉽지 않다.

적절한 온도에서 잘 구웠다 하더라도 얇은 내부에 미세한 균열이 생기면 제 기능을 못하기 때문이다. 따라서 겉보기에 파손이 없어 보이더라도 내부에 금이 가진 않았는지 전기적 특성 등 품질과 외관을 검사하는 과정이 요구된다.

"전기차 1대에 MLCC 3만개" 규모 커지는 전장용 MLCC

전장용 MLCC는 IT용 MLCC와 역할은 비슷하나, IT제품과는 사용환경이 다르고 무엇보다 사람의 생명과 밀접하게 연관돼있어 훨씬 더 높은 수준의 신뢰성과 내구성이 필요하다.

고사양 전장용 MLCC의 경우 고온(150℃ 이상) 및 저온(영하 55℃)의 환경, 휨 강도 등 충격이 전달되는 상황, 높은 습도(습도 85%) 등 극단적인 환경에서도 안정적으로 작동해야 한다.

자동차의 가혹한 테스트 환경을 만족하기 위해서는 고온, 고전압에 견딜 수 있는 재료 개발과 진동과 내습 특성을 강화하는 미세구조 설계 기술이 뒷받침돼야 한다.

전장용 MLCC는 IT제품 대비 요구되는 수명(15년 이상)과 높은 기술적 난이도를 요구하며 개발 기간도 약 3배 정도 길게 소요된다. 가격도 3배 이상 비싸다.

삼성전기 MLCC로 장식한 자동차 모형ⓒ삼성전기

전장용 MLCC는 자동차 전자부품 신뢰성 시험 규격인 AEC-Q200 인증을 취득해야 하는 등 까다로운 품질과 제조 기준을 갖고 있어 거래선별로 엄격한 검증을 통과해야 생산할 수 있다.

전기차 성장률은 2024년에도 두 자릿수의 고성장이 전망되며, 꾸준한 성장을 하고 있는 하이브리드 차량도 내연기관 대비 MLCC 소요원수가 최대 2배 수준이므로, 전장용 MLCC 수요에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대를 모은다.

ADAS(첨단 운전자 지원 시스템)의 보급률도 지속적으로 증가하면서, 2024년에는 레벨2이상 적용 비율이 40%를 초과할 것으로 전망된다. 이에 따라 전장용 MLCC 시장 고성장세는 당분간 지속될 것이라는 기대다.

실제 시장조사기관인 TSR은 전장 MLCC 시장이 2023년 4조원에서 2028년에는 9조5000억원 규모로 연평균 12% 성장할 것으로 내다봤다. 어플리케이션별로 보면 안전&ADAS는 69%, 파워트레인은 138% 각각 늘어날 전망이다. 전체 MLCC 시장이 이 기간 8% 성장하는 것과 비교하면 속도가 빠르다.

삼성전기, 원재료 핵심기술로 전장용 MLCC 매출 1조 정조준

이에 삼성전기는 산업·전장용 MLCC의 비중을 늘리는데 초점을 맞추고 있다. 삼성전기는 2016년부터 산업·전장용 MLCC를 생산하기 시작했고, 2018년 부산에 전장 전용 생산라인을 구축하며 전장용 MLCC 사업을 본격적으로 육성하고 있다.

특히 삼성전기는 MLCC의 핵심 원자재를 자체 개발·제조해 기술 경쟁력을 강화하고 있다 . 김 상무는 "MLCC 제조에서 핵심이 되는 것은 원자재"라며 "삼성전기는 원자재를 독자개발하고 있으며 부산사업장에 자체 생산라인을 갖추고 있다"고 했다. 그러면서 "향후 IT+전장 복합화(merge)해 새로운 시장을 창출할 수 있는 역량도 갖추고 있다"고 강조했다.

MLCC 핵심 기술인 원재료를 직접 개발하고 내재화할 수 있는 업체는 극히 소수다. 삼성전기는 최근 부산사업장에 전장 전용 원재료 공장을 신축해 2020년부터 가동을 시작했다.

MLCC 내부 모식도ⓒ삼성전기

삼성전기는 전기차·ADAS 시장의 성장에 발맞춰 전장용 MLCC 육성에 공들이고 있다. 특히, 올해 3월 개최한 주주총회에서 삼성전기 장덕현 사장은 전장용 MLCC 매출 1조원 달성을 언급하기도 했다.

삼성전기는 회사가 보유한 소재 기술 및 공정 기술 경쟁력을 바탕으로 고용량 제품, 휨강도, 고온, 고압 등을 보증하는 전장용 제품 라인업을 확충하고 있다.

IT용 MLCC 기술 개발 방향이 '더 얇고, 더 작고, 더 고용량을 지향하는 소형·고용량화(고집적도)에 맞춰져 있다면 전장 MLCC 기술 개발 방향은 고전압·고온·고신뢰성 특성이 필요하다. 따라서 유전체는 최대한 두껍게 디자인하고 결함이 거의 없는 유전체 재료를 써야 한다.

이 같은 기술 개발 노력으로 삼성전기는 2020년 자동차 파워트레인용(동력전달계) 3종과 제동장치에 들어가는 MLCC 2종을 개발했고, 2021년에는 ADAS용 MLCC 2종을 개발했다.

2022년에는 자동차 파워트레인용 MLCC 13종 확대, 2024년에는 16V(볼트)급 세계 최고용량의 ADAS용 MLCC 2종과 1000V 고압에 견딜 수 있는 전기차용 전장 MLCC 등을 선보이며 시장 점유율 확대에 나서고 있다.

삼성전기는 국내 수원과 부산사업장은 연구개발 및 신기종, 원료 생산을, 중국 텐진과 필리핀 생산법인을 대량 양산기지로 운용하고 있다.

삼성전기 전장 MLCC 적용 가능 분야ⓒ삼성전기

삼성전기는 다가올 메가트렌드 시장인 AI용 서버, Factory Automation(공장 자동화)용 로봇 등 산업용 제품시장에서도 전장용 고신뢰성 기술과 IT용 초고용량 기술을 바탕으로 차세대 MLCC 개발에 집중하겠다는 전략이다.

차세대 MLCC 개발방향은 IT용 MLCC 기술과 전장용 MLCC 기술의 복합화(Merge)로 IT용 제품의 고집적화와 전장용의 고신뢰성화를 두루 갖춘 제품 개발이다. 김 상무는 "내부적으로 차세대 로드맵을 갖추고 있다. 우선적으로 AI 서버용을 중심으로 개발중"이라고 말했다.