SAMSUNG ELECTRO-MECHANICS

삼성전기는 급변하는 전자산업 환경에 맞춰, 고성장이 예상되는 AI서버·전장용 시장으로 사업 포트폴리오를 전환하고 있다.

핵심 사업인 MLCC (Multi-Layer Ceramic Capacitor : 적층세라믹캐패시터)는 스마트폰 등 기존 IT 시장에서 AI서버,xEV(전기차),첨단 운전자 지원 시스템(ADAS), 자율주행 등 미래 산업 분야에서의 역할이 확대되고 있다. 이에 삼성전기는 고부가가치 기술을 중심으로 AI서버 · 전장 시장에 역량을 집중하고 있다.

AI 기술의 확산과 전기차 보급, 자율주행 시스템의 진화로 AI서버 · 전장용 MLCC는 높은 성장률이 예상된다. 전기차 한 대에 들어가는MLCC는 약 2만~3만개,최신 AI서버에는 일반 서버 대비 약 10배 이상의 MLCC가 탑재된다. 

고성능화와 고집적화가 요구되는 AI 서버에서는 소형∙고용량, 고온(105도) MLCC가 요구되고,사람의 생명과 직결되는 전장에서는 고용량, 고온(125도~150도), 고압(<2000V) 의 고신뢰성 MLCC가 요구된다. 

이에 따라 삼성전기는고온(150℃), 고전압(2000V), 충격 및 높은 습도에도 견디는 고성능 MLCC 기술을 통해 시장을 선도하고 있다. 

한편, 삼성전기는 차세대 전자부품 플랫폼으로 주목받는 휴머노이드 로봇 분야에도산업·전장용 고신뢰성 기술과 IT용 초고용량 기술을 기반으로 시장을 선점해 나갈 방침이다.

MLCC (적층세라믹캐패시터 : Multi-Layer Ceramic Capacitor)는 전기를 저장했다가반도체(AP,CPU, GPU 등) 능동부품에 안정적으로 공급해 반도체가 원활한 동작을 돕는 핵심 부품이다. 또한, 전자제품 안에서 신호간섭(노이즈)를 제거해 전자제품의 성능과 안정성을 높인다.

MLCC는 최신 스마트폰에 1,000개 이상, 전기차에는 수만 개가 들어갈 만큼 전자산업에 없어서는 안 될 필수 부품이다. 

제품의 크기는 머리카락보다 얇아 육안으로도 잘 보이지 않는 0.2mm*0.1mm (머리카락 두께 약 0.3mm)부터 5.7mm*5.0mm까지 다양하다.

가장 작은 전자부품이지만 내부에는 500 ~ 1,000층의 유전체와 전극이 겹쳐져 있으며, 300ml짜리 와인잔을 채우면 수 억원 이상의 가치를 가진 고부가 부품이다.

MLCC의 경쟁력은 크기는 작으면서 저장하는 전기의 용량을 크게 만드는 것으로, 유전체와 전극을 교대로 쌓아서 만든다.유전체와 전극을 얇게 만드는 재료기술과 간섭 없이 균일하게 층을 쌓을 수 있는 제조기술이 핵심이다.

※ 유전체 : 전기를 저장하는 유전 물질, 전극: 전기를 통하게 하는 금속

반도체가 나노(10억분의 1) 기술 단계에서 가장 진입장벽이 높다면, 마이크로(100만분의 1) 기술 단계에선 MLCC가 가장 높다.

MLCC는 세라믹과 금속(니켈)을 번갈아 종이처럼 얇게 인쇄하고 쌓아 올린 뒤 도자기처럼 고온 열처리해 완성한다. 세라믹 원재료에 어떤 첨가제를 얼마나 넣느냐가 제품 성능을 좌우하며, 이는 각 제조사의 핵심 노하우이자MLCC의 핵심기술이다.

또한 내부 층(세라믹과 니켈)을 얇고 촘촘히 쌓을수록 전기 저장 용량이 커지므로 미세 제어 제조기술도 중요하다. 제조 과정에서 1,000℃ 이상의 고온에서 구워내야 하는데, 세라믹과 금속의 열팽창 차이를 극복할 수 있는 적절한 온도를 맞춰야 품질이 유지된다.

열처리 과정에서 내부에 미세한 균열이 생기면 제품이 파손되어 제 기능을 하지 못한다. 따라서 겉보기에 파손이 없어 보이더라도 내부에 금이 가진 않았는지 전기적 특성 등 품질과 외관을 검사하는 과정도 필수적이다.

삼성전기는1988년부터 MLCC 사업을 시작했으며 2016년에는 산업·전장용 MLCC를 생산하기 시작했다. 그리고 2018년 부산에 전장 전용 생산라인을 구축하며 전장용 MLCC 사업을 본격적으로 육성하고 있다.

또한, 삼성전기는 MLCC의 핵심 원자재를 자체 개발·제조해 기술 경쟁력을 강화하고 있다. MLCC 핵심 기술인 세라믹 원재료를 직접 개발하고 내재화할 수 있는 업체는 극히 소수다. 삼성전기는 부산사업장에 전장 전용 원재료 공장을 신축해 2020년부터 가동하고 있다. 

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

[MLCC 내부 모식도]

AI서버용 MLCC 시장은 전장 다음으로 떠오르고 있는 새로운 시장이다. 특히, 전체 서버 시장 대비 AI서버 시장은 높은 성장률이 예상되고 있다.

시장조사기관 마케츠앤드마케츠에 따르면 글로벌 AI 서버 시장은2024년1,429억달러(약196조원)에서2030년8,378억달러(약1,150조원)로 커질 것으로 전망된다.

일반적으로 서버용 MLCC는 IT MLCC와 사용환경이 달라서 높은 수준의 온습도 신뢰성과 내구성을 필요로 한다. 그 중에서도AI서버는 기존 서버 대비 높은 연산 성능과 대용량 데이터 처리가 필요한 만큼, 전력 소모와 발열도 크게 증가한다.

이에 따라 AI 서버용 MLCC의 경우 고온(105℃ 이상), 높은 정격전압(100V), 강한 휨 강도(2mm) 등가혹한 환경에서도 안정적으로 작동해야 한다. 

AI 서버의 경우 전력 소비량이 일반 서버의 5~10배 이상으로 더 많은 양의 MLCC 탑재가 요구되지만 GPU 가까이에 부착되야하는 MLCC의 실장 면적은 제한적이기 때문에 소형, 초고용량의 MLCC가 필요하다.

또한 AI 서버는 GPU Module 여러 개를 실장한 기판을 쌓는 구조로 설계되어 있다. 따라서 서버 하나에 수십 개의 CPU/GPU가 집적됨에 따라 발열량이 늘어나 고온(105도) 환경에 사용할 수 있는 MLCC가 필수적이다.

[일반 서버와 AI 서버의 MLCC 채용량 비교]

삼성전기는 소재 기술 및 공정 기술 경쟁력을 바탕으로 초소형,초고용량, 고온,고압 등을 보증하는AI서버용 제품 라인업을 확대하고 있다. 삼성전기는 AI서버용 MLCC 시장에서 약 40%의 점유율을 확보하며 글로벌 선두권을 형성하고 있다.

전장용 MLCC는 IT용 MLCC와 역할은 비슷하지만, IT제품과는 사용환경이 다르고, 무엇보다 사람의 생명과 밀접하게 연관되어 있기 때문에 높은 수준의 신뢰성과 내구성을 필요로 한다. 

전장용MLCC는 고온(125℃ 이상) 및 저온(영하55℃)의 환경,휨 강도 등 충격이 전달되는 상황,높은 습도(습도85%) 등 극한 환경에서도 장시간 안정적인 작동이 요구된다.

전장용MLCC는IT제품 대비개발 기간도 약3배 정도 길게 소요되고, 가격도3배 이상 비싼 고부가 제품이다. 특히 자율주행 기술의 핵심인 ADAS(첨단 운전자 보조 시스템)는 고도의 전자제어가 필요해 고성능 MLCC 수요가 지속적으로 증가하고 있다.

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

전장용 MLCC는 자동차 전자부품 신뢰성 시험 규격인 AEC-Q200 인증을 취득해야 하는 등 까다로운 품질과 제조 기준을 가지고 있고, 각 거래선별 엄격한 검증을 통과해야 생산할 수 있다.

글로벌 컨설팅 회사 맥킨지에 따르면 ADAS의 고도화와 보급률 증가로 Lv.2이상 적용 비율이 2025년 44%에서 2030년에는 65%로 늘고, 시장규모도 385억 달러에서 650억 달러로 급성장할 것으로 예상하고 있다.

삼성전기는 2021년에는 ADAS용 MLCC 2종을 개발, 2022년에는 자동차 파워트레인용 MLCC 13종 개발했다. 뒤이어, 2024년에는 16V급 세계 최고용량의 ADAS용 MLCC 2종과 2000V 고전압에 견딜 수 있는 전기차용 MLCC, 2025년에는 라이다용 MLCC 세계 최초품 개발등을 선보이며 시장에서 경쟁력을 강화하고 있다.