삼성전기가 글로벌 대형 기업과 1조5000억원 규모의 부품 매매 계약을 맺으며 인공지능(AI) 반도체 시장의 핵심 공급처로 떠올랐다. 이번 성과로 삼성전기는 적층세라믹콘덴서(MLCC)와 반도체 패키지 기판에 이어 차세대 장치까지 확보하며 고부가 AI 부품 라인업을 모두 갖췄다. 기기 구동의 안정성을 책임지는 필수 부품들을 일체 공급할 수 있는 독보적인 공급망을 완성했다는 평가다.
머리카락 10분의 1 크기에 담았다
"AI 서버는 정해진 프로그램을 하루 종일 일정하게 돌리는 것이 아니라 대기 상태에 머물다가 사용자 요청이 들어오면 빠르게 처리하고 다시 쉬는 방식으로 동작합니다. 순간적인 전력 변화를 받아내고 미세한 전기 잡음을 걸러내는 능력이 제품의 핵심입니다."
김원기 삼성전기 그룹장은 지난 11일 서울 중구 태평로빌딩에서 열린 제품학습회 '실리콘 캐패시터(Si-Cap)'에서 신제품의 구동 효율을 설명하며 이같이 강조했다.
캐패시터는 전기를 일시적으로 저장하는 댐 역할을 맡아 반도체가 필요로 할 때 전력을 안정적으로 공급하는 핵심 소자다. 그동안 전자기기에는 세라믹 시트를 겹겹이 쌓아 올리는 MLCC가 주로 쓰였으나 두께를 100마이크로미터 밑으로 줄이기 어렵고 고주파 영역에서 저항이 커지는 구조적 한계가 있었다.
실리콘 캐패시터는 반도체 웨이퍼 위에 미세한 구멍을 뚫어 표면적을 극대화하는 제조 방식을 도입해 이 문제를 풀었다.
삼성전기는 숯의 다공성 구조처럼 미세 가공을 제어해 실제 전기를 저장하는 캡 형성 부문의 두께를 머리카락의 10분의 1 수준인 10마이크로미터 이하로 줄였다. 제품 전체 높이도 100마이크로미터 미만으로 제어돼 공간이 극도로 제한된 반도체 패키지 내부나 기판 장착면 사이에 직접 끼워 넣을 수 있다.
도선 구조가 단순해지고 전류가 이동하는 거리가 짧아진 만큼 회로 속 전자기장 방해 요소인 기생 인덕턴스(ESL)는 MLCC 대비 100배 이상 낮아졌다. 이는 고속 구동이 필요한 그래픽처리장치(GPU)나 고대역폭메모리(HBM) 바로 곁에서 전력 공급 지연과 신호 왜곡을 막아내는 결과로 이어진다.
극한 환경서도 성능차 無…맞춤형 생산 가동
실리콘 캐패시터는 웨이퍼 위에 얇은 유전체(절연체)와 전극층을 증착하는 방식으로 만들어진다. 특히 웨이퍼 표면에 미세 구조를 형성하고 그 내부에 고순도 유전층과 전극을 배치함으로써 작은 면적 안에 높은 전기 용량을 구현한다.
일반 세라믹 소자는 전압이나 온도가 상승하면 전기를 저장하는 유효 용량이 변해 회로 설계의 불확실성을 키우지만 이 제품은 전압 변화에 정비례해 안정적인 용량을 제공한다. 특히 250도 이상의 고온에서도 특성이 저하되지 않아 극심한 온도 변화를 견뎌야 하는 저궤도 위성 등 항공 우주 분야와 자율주행 시스템, 광통신 인프라 등으로 적용 범위를 넓히기 유리하다.
생산 방식 측면에서는 과거 디램(DRAM) 제조에 활용되던 집적 적층 캐패시터(ISC) 공정을 도입했다. 규격화된 제품을 대량 생산하는 기성 부품과 달리 모바일이나 데이터센터 등 고객사가 요구하는 사양에 맞춰 협력 파운드리를 통해 웨이퍼를 가공하는 맞춤형 비즈니스 모델을 운영한다. 품질 검증 단계에서는 웨이퍼 단위가 아닌 제품 하나하나를 개별적으로 정밀 검사할 수 있는 테스터 설비를 자체 개발해 업계 최고 수준의 고신뢰성 품질 체계를 세웠다.
패키지 기판과 세라믹 콘덴서에 이어 실리콘 캐패시터까지 세 가지 핵심 요소를 동시에 공급할 수 있는 역량은 삼성전기만의 강점이다. 부품 간 결합과 최적화를 한 곳에서 해결할 수 있어 최종 고객사의 제조 불량 논쟁을 줄이고 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있기 때문이다. 삼성전기 내부 관측에 따르면 AI 데이터센터 투자가 전 세계적으로 활성화됨에 따라 관련 시장은 2026년부터 2031년까지 연평균 18%의 높은 성장률을 기록할 전망이다.
김 그룹장은 "실리콘 캐패시터는 반도체 공정에도 굉장히 능숙해야 하고 기존 컴포넌트(부품) 기술도 당연히 잘해야 하는, 두 가지 역량을 모두 갖춰야만 할 수 있는 사업"이라며 "시장이 열린 지 얼마 되지 않았음에도 삼성전기가 빠르게 성과를 보일 수 있었던 것은 그동안 축적해 온 기술 자산과 유산 덕분"이라고 강조했다.
