김 광 진 공학박사 / 요업(세라믹)기술원 선임본부장 1. 세라믹 부품소재의 산업 상 비중 국내 전체 산업 중 부품소재산업 중소기업의 사업체 수의 비중은 99.1%, 생산액 55.5%, 부가가치 52.1%, 이 중 종업원 수 50인 미만의 기업은 사업체 수 비중이 88.9%, 생산액 23.3%, 부가가치 21.3%이다(표 1). 전체 세라믹산업의 비중은, 업체 수 10.4%, 고용인원 6.7%, 생산액 7.9%, 부가가치 8.8%이다. 세라믹 산업은 전통세라믹산업과 파인세라믹산업(Advanced Ceramic Industry)으로 크게 양분하는데, 전통세라믹산업은 건설 토목, 철강, 화학공업 및 주거생활용품 관련 제품들로, 시멘트, 유리, 도자기, 내화물 등이다. 파인세라믹산업은 전자, 정보통신, 자동차, 우주항공, 에너지, 환경, 바이오관련 핵심 부품소재(부재)들이다. 상기 세라믹 산업의 수치가 비교적 낮게 나온 것은 전통세라믹 산업이 포함된 수치이기 때문이다. 표1에서 세라믹<부재>로 표기 한 것은 부품 및 소재산업을 합친 비율로 부품사업을 포함할 경우 그 비율이 2~3배 커짐을 알 수 있다. 세라믹 산업 중 중소기업 비율은 업체 수 기준 약 98%로, 부품소재산업 중 99.1%와 거의 비슷하다. 2. 세라믹산업의 시장 전망 세라믹 산업의 국내 시장은 약 21조원이며, 이중 전통세라믹산업이 17조원, 파인세라믹산업이 4조원이며, 향후 10년간 전통세라믹 산업은 3.4%, 파인세라믹산업은 13.2% 성장되리라 예상된다. 국내 파인세라믹 시장은 1990년 이후 약 29%의 아주 높은 신장률로 급성장하여왔고, 향후도 휴대폰, 평판디스플레이 및 디지털전자기기와 함께 동반성장을 견지하리라 생각된다(표 2). 정부에서 정한 부재전문기업 등의 육성에 관한 특별 조치법(’01년 4월 제정)에서 정리한 부재의 개념을 보면, 상품의 원재료 또는 중간생산물 중 1)최종 생산물의 고부가가치화에 기여가 큰 것 2)첨단 또는 핵심고도기술 수반 부재로서, 기술파급효과가 크거나, 부가가치 창출효과가 큰 것 3)산업기반이 되거나, 산업간 연관효과가 큰 것으로 되어있다. 이 개념에는 주로 파인세라믹산업 분야가 해당되기 때문에 파인세라믹산업 분야를 중심으로 언급하고자 한다. 3. 파인세라믹산업의 중요성 - 유망전자부품재료 중 60% 차지 - 파인세라믹스의 산업적 파급효과는 전자정보기기기준으로 환산하면, 소재에서 부품으로는 약 10배, 최종 기기로는 약 33배라는 보고가 있다. 최근의 파인세라믹 제품 추세는 소재와 부품의 구분이 갈수록 없어지고 있으며, 기업도 제품의 고부가가치화를 위해 부품까지 하고 있고, 심지어는 모듈시스템까지 전개하고 있다(그림 1). 2004년 후지키메라연구소의 유망전자 부품재료조사보고서에 따르면 시장규모 1000억원, 성장률 100% 이상으로 예상되는 유망전자부품 42품목 중 25품목이 파인세라믹스관련 제품으로 60%를 차지하고 있다(표 3). 이중 성장률 200% 초과 예상품목은 PDP, LCD용 유리기판, 휴대폰용 카메라모듈, 블루투스모듈, LCD용 형광판, Li전지전극재료, 타이어 공기압 감시시스템이며, 성장률 100~200% 사이는 LCD백라이트, MLCC, 칩저항기, 자동차용 각속도센서, 칩인덕터, 수정발진기(TCXO), 카메라용 Low Pass 필터, 디카용 렌즈, 후방소나시스템, 그리고 성장률 100%이하의 품목은 수정진동자, 수정발진기(VCXO), SAW필터 등이다. 4. 차세대 성장동력산업 중의 세라믹스 2004년 정부는 범국가적으로 미래전략산업을 도출하기 위해 대대적인 기획을 추진, 산업자원부, 정보통신부, 과기부의 각 부처간 상호 경쟁적으로 미래전략산업을 도출 제시하였고, 최종적으로 3개 부처에서 도출한 분야를 평가 조정하여 ‘10대 차세대 성장 동력산업’을 발표하였다. 발표내용을 보면, 10대 성장산업, 40개 품목 또는 분야까지 세분화하여 제시하였다. 10대 성장 동력산업으로는, 디지털 TV방송, 디스플레이, 지능형로봇, 미래형 자동차, 차세대 반도체, 차세대 이동통신, 지능형 홈 네트워크, 디지털 콘텐츠/SW솔루션, 차세대 전지, 바이오 신약/장기의 10개 산업이다. 이중 디지털 콘텐츠/SW솔루션 산업분야는 소프트웨어산업이기 때문에, 제조업과는 분리된다(표 4). 또한 기존의 산업별로 구분해 보면 전자관련 산업이 디지털 TV방송, 디스플레이, 차세대 반도체, 차세대 이동통신, 지능형 홈 네트워크, 차세대 전지의 6개 산업이고, 기계관련 산업이 지능형로봇, 미래형 자동차의 2개 산업, 그리고 바이오산업이 1개이다. 전자관련 산업이 전체의 70%를 차지하고 있어, 향후 국가 미래전략산업은 전자산업을 중심으로 육성하겠다는 강한 의지로 볼 수 있다. 이들 중 소재로서 명기되어있는 분야는 디스플레이 관련소재, 반도체 관련소재, 그리고 차세대 전지 관련소재의 3개 산업분야이다. 그러나 상기 9개 산업의 전 산업에 걸쳐, 세라믹스 소재 및 부품은 고유의 기능을 발휘하면서, 핵심부품 소재로서의 자리매김은 물론 그 중요성은 갈수록 커지고 있다. 특히 전자, 정보통신, 디스플레이, 2차전지, 유비쿼터스를 위한 임베디드기판, 칩모듈과 바이오칩 및 미래형 자동차의 연료전지용 소재 및 부품 분야에서 파인세라믹의 비중이 큰 만큼, 파인세라믹이 향후 성장 동력산업을 받쳐주는 밑바탕이 되기 때문에 이들 성장 동력산업의 성장발전에 걸림돌이 되지 않도록 육성 발전시켜 나가야 할 것이다. 5. 주요 제품 중의 파인세라믹스 첨단 제품의 핵심 부품소재의 약 75%가 파인세라믹스인 제품도 있어 파인세라믹스의 중요성은 갈수록 부각되고 있다. 대표적 주요 제품 중의 세라믹 비중으로 가장 높은 것은 PDP로서, 기판유리, 격벽재, 형광체, 유전체, 실링재, 절연재, 전극프리트, 흑색안료 등으로 약 90%를 차지한다. 휴대폰의 총부품수 456개 중 394개가 수동부품으로 86%를 차지하고, 이들 대부분이 세라믹제품이다. 전지에서는 양/음극재료 등 모두가 핵심부재 들이다. 디지털컨버젼스, 유비쿼터스 실현을 위해서는 각종 센서가 통신모듈과 함께 소형칩화 또는 박막화 되어야 하는데, 이들의 약 70%가 세라믹관련 센서라 할 수 있다. 물론 표 5의 제품에도 하우징용 금속, 고분자재료가 쓰이나, 핵심기능을 발현해주는 소재로 정리한 것이다. 6. 무선통신·유비쿼터스 시대의 길잡이, 동반자인 파인세라믹스 수만년전부터 주거·생활용품으로 인류와 호흡을 같이해 온 세라믹이 천연 광물이 아닌 인공합성과 정제된 원료를 사용함으로서 전자·정보통신, 에너지, 바이오 분야까지 다양한 신영역을 개척하고 있어 파인세라믹스의 등장은 제3의 신석기 시대를 열어가고 있으며 무선통신, 유비쿼터스와 디지털컨버젼스시대의 길잡이가 될 것이다. 각각의 핵심 기능별 역할을 요약하면 다음과 같다. - 통신기기의 심장 박동과 신경 광통신용 유리섬유는 초고속통신의 혈관 역할을 해오고 있으며 무선통신을 가능케 하는 고주파를 발생하고 받아서 걸러주는 심장으로 주파수의 박동과 신호를 받는 신경 역할을 담당하는 핵심이다. - 유비쿼터스시대의 길잡이 유비쿼터스로 대변되는 2010년대에는 전자부품의 집적도가 지금보다 약 100배를 올려야만 초소형 멀티미디어기기가 가능하다. 이를 위해서는 3차원적 적층 모듈이 필수인데, 복합 모듈세라믹이 그 역할을 담당할 것이다. - 영상기기의 눈 TV 및 평판디스플레이(LCD, PDP)모두 세라믹의 유리기판과 투명전극을 사용하고 있으며 발광해주는 형광체, 발광폭을 결정지어 주는 PDP격벽재 등 세라믹은 영상기기의 얼굴이며 눈이다. - 에너지 문제의 해결사 세라믹을 사용한 고온 연료전지는 발전효율이 가장 높아 가스터빈에의 적용이 가능하여 기대되고 있으며, Li 2차전지의 전극재도 세라믹이며 그 역할이 아주 중요하다. 한편 꿈의 소재인 고온 초전도 세라믹스를 사용한 초전도 케이블이 제품화 되면 에너지 문제가 거의 해결될 것이다. - 로봇의 눈과 신경 지능형 로봇의 감지와 판단을 위한 각종 세라믹 센서가 눈과 신경이 되어 오감기능을 해 주면서 똑똑한 비서나 감시자 노롯을 해 줄 것이다. - 웰빙 파트너 노령화 사회에 진입하면서 건강한 삶으로 오래 살기를 바라는 웰빙시대에서도 세라믹은 인공관절, 바이오 시멘트, 치아 등 손상된 부위를 대체하여 건강을 되찾게 해주는 인공장기로서 부부이상의 동반자 역할을 톡톡히 해 낼 것이다. 표 1. 국내 산업 중 세라믹 산업의 비중 구 분 업체 종업원 생산액 부가가치 (천개, %) (만명, %) (조원, %) (%) 제조업 110 270 634 - (100) (100) (100) 부품소재 33 123 243 52.1 (30.2) (45.6) (38.4) 세라믹 11.4 18.1 50.1 (10.4) (6.7) (7.9) 8.8 <부재> <34.5> <14.7> <20.6> <16.9> 표 2. 국내 산업 중 세라믹산업의 비중 생산(‘03) 시장 연평균 구 분 성장률 (억원) ’03 ’13 (%) 전통 160,560 175,596 250,536 3.4 -시멘트 88,356 90,996 116,472 2.5 -유리 43,044 57,600 93,816 5.0 -도자기 9,108 12,996 15,840 2.0 -내화물 5,280 6,000 10,740 6.0 -연마재 3,084 8,004 13,668 5.5 파인 26,292 41,064 143,688 13.2 -전자 14,904 21,288 60,456 11 -구조 8,616 10,776 39,448 14 -에너지 1,716 5,520 26,520 17 -바이오 1,056 3,480 16,764 17 합 계 186,852 216,660 394,224 - 그림 1. 파인세라믹의 중요성 및 산업파급효과 표 3. 2004년 유망전자부품재료 표 4. 성장동력산업 중의 파인세라믹스(예) 차세대 세부구성 부품군 소재군 성장동력 품목 유리기판, LCD, LED, PDP Display 패널부품 투명전극재 유기EL, 3D 모듈 칩 부품 실링재, 유전체, 디스플레이 전자종이 회로용 부품 전극재 관련 소재 Sheet 형광체,격벽재 절연재/막 BLU 유리 자기저장재료 서비스 로봇 정보전자 부품 유전, 자성, 의료지원용 로봇 센서 압전재료 지능형 로봇 SoC SoC 저항재료, 차세대반도체 나노전자소자 광 부품 절연패키지 관련 소재 Storage 반도성재료 센서재료 광섬유, 광 device 고주파 모듈 고주파 발진재료 4G 단말기 및 유비쿼터스 모듈 LTCC 소재 차세대 시스템 SiP / SoP 고주파 필터 이동통신 텔레매틱스 고주파 송수신단 고주파 안테나 RFID 유비쿼터스 센서/소재 지능형 자동차 엔진 부품 SOFC용 소재 미래형 자동차 친환경 자동차 담체, 촉매 2차전지용 소재 차세대 전지 연료전지 자원 Recycling 촉매, 담체 2차전지 전지용 부품소재 친환경 건자재 관련 소재 복합재료 조직재생 조직공학 scaffold 신약 유도지지체 Carrier Bio 신약/장기 바이오 장기 약물전달시스템 인공관절치아 바이오 칩 인공뼈 단백질 분리정제 유전자분리정제 kit용 소재 시스템 표 5. 주요 제품 중의 파인세라믹스 세라믹관련부품 금속관련부품 폴리머관련 부품 PDP실링ㆍ격벽전극 편광판 디스플레이 LCD용 실링전극 도광판 TAB테이프 부품 ITO필름 LCD용 컬러필터 ACF 터치패널 유기EL 반사방지필름 마이크로렌즈어레이 ACF MLCC전극 진동자, V/TCXO 무선통신 유전체필터 알미늄전해 부품 SAW필터 콘덴서 필름칩콘덴서 수정진동자 탄탈전해콘덴서 칩저항기 칩인덕터 태양전지 니켈수소전지 리튬 전지용 양/음극활물질 수소흡장합금 폴리머전지 부품 양극페이스트 전기2중층콘덴서 연료전지 연료전지 반도체패키지 모바일용SOC LT/LN, 플래쉬메모리 반도체 GaN단결정 EEPROM CMP패드 CMP슬러리 단/다결정실리콘 반도체용레지스트 FeRAM조성 DSP, IGBT Spin on Glass 이미지센서 압력센서 센서 가속도센서 자이로센서 자기공명센서 광전, 근접센서 광파이버 자성가넷단결정 광소자 백색LED 반도체레이저 광통신용렌즈 휴대폰카메라렌즈 다층기판 PCB기판 고집적실장 LTCC 빌드업기판 부품 임베디드기판 Non할로겐 난연재 언더fill 95.0 필자약력 ·동경공대 재료과학 박사 ·삼성코닝 연구소장 ·한국생산기술연구원 수석연구원 ·요업(세라믹)기술원 선임본부장