[르포]전자산업의 쌀 ‘MLCC’ 삼성전기 부산 공장을 가다

머리카락 두께로 최고 난이도 기술 구현하는 제품

차 1대에 1만여개...커지는 전장용 MLCC 시장 타깃

원재료 핵심기술 확보로 글로벌 톱2 전장용 업체 목표

머리카락 두께로 최고 난이도 기술 구현하는 제품
차 1대에 1만여개...커지는 전장용 MLCC 시장 타깃
원재료 핵심기술 확보로 글로벌 톱2 전장용 업체 목표

삼성전기 직원이 부산시 강서구 녹산산업단지에 위치한 부산사업장 내 클린룸에서 공정을 살펴보고 있다.ⓒ삼성전기

공장 내부로 들어서자 다양한 장비가 각 공정에 맞춰 쉴새 없이 돌아가고 있었다. 직원들은 내부를 돌아다니며 각 공정에 배치된 장비들을 체크하고 있었다. 근데 제품은 눈에 들어오지 않았다.

답은 간단했다. 이 곳에서 생산되는 제품은 전자산업의 쌀이라고 일컫어지는 적층세라믹캐패시터(MLCC·Multi-Layer Ceramic Capacitor)였기 때문이었다. 장비 안쪽으로 시선을 가져가자 안쪽에서 크기가 매우 작은 제품이 보였다.

지난 13일 기자가 방문한 부산시 강서구 녹산산업단지에 위치한 삼성전기 부산사업장은 국내 MLCC 핵심 생산기지다. 약 26만 제곱미터 (8만평)의 부지에 20여개 건물이 들어선 이 사업자에는 약 5000여명의 인력이 MLCC를 생산하고 있다.

MLCC는 전력을 저장했다가 애플리케이션프로세서(AP)나 집적회로(IC) 등 반도체 부품들이 필요로 하는 전력을 안정적으로 공급해 원활하게 동작하도록 하는 부품이다. 또 전자제품 안에서 신호간섭(노이즈)를 제거하는 역할도 한다.

이 때문에 MLCC는 스마트폰 뿐만 아니라 TV·가전제품·전기자동차 등 반도체와 전자회로가 있는 제품에는 대부분 사용된다.

MLCC는 세라믹과 금속(니켈)을 번갈아 쌓아 만든다. MLCC는 원재료에 여러 종류의 첨가물을 넣어 종이처럼 얇게 인쇄한 뒤 이를 쌓아 올리고, 필요한 크기로 잘라 도자기를 굽듯이 열처리하는 공정을 거쳐 생산된다.

제품의 크기는 머리카락보다 얇아 육안으로도 잘 보이지 않는 0.4mm×0.2mm(머리카락 두께 약 0.3mm)부터 5.7mm×5.0mm까지 다양하며 최신 스마트폰에는 1000여개, 자동차는 1만3000여개 정도 들어간다.

전자부품 중 가장 작은 크기지만 내부는 500~600층의 유전체와 전극이 겹쳐 있는 기술적 난이도가 높은 첨단 제품으로 300ml짜리 와인잔을 채우면 수 억원 이상의 가치를 가진 고부가 부품이다.

◆16개 공정 거치며 최고 기술 난이도 요하는 MLCC

공장 내부에서는 MLCC의 3단계에 걸친 16개 공정 프로세스를 모두 살펴볼 수 있었다. 공장 내 별도의 공간으로 마련된 클린룸(청정실）단계에서는 유전체 파우더와 재료등을 혼합해 슬러리(고체와 액체를 서로 섞어 놓은 걸쭉한 상태)를 만드는 과정인 배치 공정으로 시작된다.

세라믹 재료에 어떤 물질을 첨가하고 각각 첨가량을 얼마로 하는지가 MLCC 특성을 좌우하기 때문에 세라믹 원재료 기술은 MLCC 제조 업체들의 노하우(Know-How)로 MLCC의 핵심기술이라고 할 수 있다.

이후 ▲성형(필름 위에 슬러리를 균일하고 얇게 코팅하는 과정) ▲인쇄(성형된 세라믹 시트에 내부전극(Ni)을 스크린 인쇄하는 과정) ▲적층(인쇄된 시트를 원하는 수만큼 쌓는 과정) 과정을 거치게 된다.

공장을 안내한 정해석 삼성전기 컴포넌트전장개발그룹장(상무)는 “MLCC는 내부 층(세라믹과 니켈)을 많이 쌓을수록 전기를 많이 축적할 수 있기 때문에 얇게 쌓고 작게 만드는 미세 제어 제조기술도 상당히 중요하다”고 설명했다.

발걸음을 옮기자 압착에서 도금까지의 과정이 나타났다. 압착은 클린룸 단계에서 적층이 완료된 바(bar)의 충진밀도를 높이기 위해 밀착시키는 과정인데 이후 절단(개개의 칩으로 분리)-가소(소성 전 바인더 성분 제거)-소성(세라믹 칩을 고온에서 열처리) 과정을 거치게 된다.

특히 소성 공정에서 온도는 매우 중요한 부분이다. 세라믹과 니켈을 교대로 쌓은 칩을 1000도 이상의 고온에서 굽게 되는데 세라믹과 니켈이 처리되는 온도가 서로 다르기 때문에 적정한 온도가 맞추기가 쉽지 않다는 설명이다.

이어 연마(외관을 둥글게 만듬)-전극(칩에 외부전극을 형성하기 위해 전극재료 도포)-전극소성(도금층 형성 위해 고온으로 열처리)-도금(칩을 기판위해 실장위해 도금층 제조)까지 이뤄지면 제조 과정은 마치게 된다.

이후 검사에서 출하 단계로 측정(양품여부 확인하는 공정)-외관(외관으로 양품을 다시 선별)-테이핑(기판위에 실장이 가능하게끔 포장)-출하(테이핑까지 완료된 제품 내보냄) 등의 과정을 거치게 된다.

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 필수적이다.

정해석 그룹장은 MLCC가 소재와 제조 기술 모두에서 최고 난이도 기술이 필요한 제품이라고 설명했다. 나노 단계에서 가장 기술 진입장벽이 높은 것이 반도체라면 마이크로 단계에서는 MLCC가 가장 높다는 것이다.

그는 “MLCC는 크기는 작으면서 저장하는 전기의 용량을 크게 만드는 것이 경쟁력으로 유전체 등 미립의 소재 기술과 간섭 없이 균일하게 층을 쌓을 수 있는 제조기술 등이 필수적”이라고 강조했다.

MLCC와 쌀.ⓒ삼성전기

◆신성장동력 전장용 MLCC에 승부 거는 삼성전기...글로벌 톱2 목표

MLCC 시장이 꾸준히 성장하고 있는 가운데 새로운 성장동력으로 주목받고 있는 분야는 전장용 MLCC다. 자동차의 빠른 전장화로 전장용 MLCC 수요가 급증하면서 향후 MLCC 시장은 전장 분야가 주도할 것으로 전망된다.

업계에 따르면 전세계 MLCC 시장은 올해 14조원으로 확대된 뒤 2024년에는 20조원 규모로 성장할 것으로 전망된다. 올해 전세계 MLCC 시장의 20% 수준이던 전장용 MLCC는 오는 2024년에는 비중이 약 35%까지 늘어날 것으로 예상하고 있다.

전장용 MLCC는 기존 주를 이뤘던 IT용 MLCC와 역할은 비슷하지만 전자·IT제품과는 사용환경이 다르고 무엇보다 사람의 생명과 밀접하게 연관돼 있기 때문에 높은 수준의 신뢰성과 내구성을 필요로 한다.

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

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

전장용 MLCC는 IT제품 대비 요구되는 수명과 높은 기술적 난이도를 요구하며 개발 기간도 약 3배 정도 길게 소요된다. 가격도 3~10배 비싸다.

이에 삼성전기는 최근 산업용에 이어 전장용 MLCC의 비중을 늘리는데 초점을 맞추고 있다. 지난 2016년부터 산업·전장용 MLCC를 생산하기 시작했고 지난해 부산에 전장 전용 생산라인을 구축하며 전장용 MLCC 사업을 본격적으로 육성하고 있다.

특히 핵심 원자재를 자체 개발 · 제조해 기술 경쟁력을 강화하고 있다. 최근 부산사업장에 전장 전용 원재료 공장을 신축에 착수해 내년 상반기 가동을 목표로 하고 있다.

유진투자증권에 따르면 지난해 세계 MLCC 시장은 무라타(일본·34%)와 삼성전기(한국·24%)가 1·2위를 차지하고 있는 가운데 다이오유덴(일본·14%), TDK(일본·11%), 아게오(대만·)등이 뒤를 잇고 있다.

하지만 전장용 MLCC 시장만 놓고 보면 삼성전기는 일본 업체들에 뒤지는 4위권으로 3년내 글로벌 톱 2로 올라서는 것이 목표다.

정해석 그룹장은 "삼성전기는 다수의 글로벌 자동차업체로부터 엄격한 검증을 통과했고 공급을 늘리고 있다"며, "부산과 중국 텐진에서 전장용 MLCC를 본격 공급하면 2022년 전장용MLCC에서도 글로벌 2위를 달성할 수 있을 것"이라고 말했다.