세라믹 콘덴서 전극에서 은을 구리로 대체: 젠화 진공(Zhenhua Vacuum)의 양면 연속 스퍼터링 라인, 14년간 안정적인 양산 달성

세라믹 커패시터 제조에서 전극은 전통적으로 은 페이스트 인쇄 후 건조 및 소결 과정을 통해 만들어집니다. 은 페이스트는 은 함량이 높고 비교적 두꺼운 전극층을 형성하기 때문에 전체적인 은 소비량이 상당하며, 따라서 은 가격 변동은 전극 재료 비용에 직접적인 영향을 미칩니다.

지난 20년간 지속적인 은 가격 상승은 세라믹 콘덴서 제조업체들에게 피할 수 없는 변수가 되었습니다. 국제 연평균 은 가격을 기준으로 볼 때, 2008년 은 가격은 kg당 약 3,350위안이었으나 2025년에는 kg당 약 9,190위안으로 상승하여 17년 만에 약 2.7배 증가할 것으로 예상됩니다.

은의 높은 가격 외에도 기존 은 페이스트 공정의 한계가 점점 더 분명해지고 있습니다. 인쇄, 건조 및 소결에는 여러 단계의 공정과 많은 양의 자재 취급, 그리고 수작업이 필요합니다. 동시에, 점점 더 엄격해지는 환경 규제와 자동화된 제조에 대한 요구로 인해 제조업체들은 은 소비량 감소, 공정 단축, 그리고 고도로 자동화된 대량 생산 달성에 초점을 맞춰 전극 재료와 증착 공정을 재평가하고 있습니다.

업계가 여전히 은 페이스트 가공에 널리 의존하고 있었지만, 젠화 진공과 그 고객사는 이미 "은을 구리로 대체하는" 방식을 모색하기 시작했습니다.

미래를 내다본 전략: 고객 수요가 시장보다 앞서 나갔다

2008년 세계 금융 위기가 시장을 휩쓸고 불확실성이 커지자, 고급 세라믹 콘덴서를 생산하는 국내 유력 제조업체는 은 가격 상승으로 인한 직접적인 비용 압박이 발생하기 전에 원자재 가격 변동과 제조 공정 변화가 장기적으로 미칠 수 있는 잠재적 영향을 평가하기 시작했습니다.

따라서 고객은 전극 공정 최적화를 장기 제조 전략에 통합했습니다. 이는 제품 성능과 신뢰성을 유지하면서 은에 대한 의존도와 은 가격 변동성에 대한 노출을 줄이는 동시에, 전극 생산을 수동 및 반자동 작업에서 자동화되고 표준화된 대량 생산으로 전환하여 제품 일관성, 공정 안정성 및 장기 공급 능력을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

고객은 젠화 진공(Zhenhua Vacuum)에 새로운 기술적 방향을 공동으로 모색하기 위해 연락했습니다. 새로운 증착 공정과 자동화된 생산 설비를 통해 장기적이고 안정적인 대량 생산이 가능하면서, 세라믹 커패시터 전극 생산에 대체 소재를 사용할 수 있을지 여부를 문의한 것입니다.

초기 탐구: 구리를 이용한 전극 공정 재구성

프로젝트 초기에는 확립된 해결책이 없었습니다. 대체 소재는 우수한 전기 전도성과 비용 효율성을 제공하는 동시에 탁월한 코팅 접착력과 장기적인 신뢰성을 보장해야 했습니다. 또한 새로운 공정은 자동화 생산과 호환되어야 했습니다.

여러 차례의 기술 평가 끝에 구리가 실행 가능한 대안으로 떠올랐습니다. 구리의 전기 전도성은 은과 유사하며 재료비는 훨씬 저렴합니다. 그러나 구리는 고온에서 산화되기 쉽기 때문에 기존의 은 페이스트 공정을 그대로 사용할 수 없었습니다. 증착 방법, 공정 변수 및 생산 장비 모두를 새롭게 개발해야 했습니다.

당시 세라믹 커패시터용 구리 전극의 대량 생산에 대한 국내 표준 사례가 전무했기에, 소재, 공정 기술, 장비 개발 모두 처음부터 시작해야 했습니다. 젠화 진공(Zhenhua Vacuum)은 소재 솔루션이 확정될 때까지 기다리지 않고 프로젝트 초기 단계부터 참여하여 고객과 긴밀히 협력하며 기술 로드맵을 수립했습니다. 샘플 시험, 코팅 검증, 양산 공정 개발을 장비 설계와 병행하여 진행함으로써 증착 공정과 생산 라인이 함께 발전할 수 있도록 했습니다.

최종적으로 양측은 마그네트론 스퍼터링(PVD)을 핵심 기술로 선정했습니다. 증착된 박막은 기판에 강력한 접착력을 제공하며, 은 페이스트에 사용되는 유기 바인더 없이도 구리 전극층을 세라믹 표면에 직접 증착할 수 있게 합니다. 이는 용매 및 그로 인한 증발을 없애고 고온 소결 공정도 생략하여 기존 습식 공정에 비해 더욱 깨끗하고 환경 친화적인 건식 공정을 가능하게 합니다.

증착 효율과 생산 처리량을 향상시키기 위해 Zhenhua는 양면 연속 스퍼터링 생산 라인을 개발했습니다. 세라믹 부품이 진공 시스템에 들어가면 수동으로 뒤집을 필요 없이 양면 모두 코팅할 수 있으며, 연속적인 재료 이송을 통해 각 공정 단계를 연결합니다. 이 건식 공정 솔루션은 "은 페이스트 인쇄 → 건조 → 소결"이라는 여러 단계의 습식 공정을 대체하여 전체 공정 체인을 단순화하는 동시에 배치 간 일관성과 생산 효율을 향상시킵니다.

2012년에 장비가 성공적으로 납품되었습니다. 초기 기술 협의 및 공정 개발부터 생산 라인 시운전 및 구현에 이르기까지 프로젝트는 약 2년이 소요되었습니다.

장기 검증: 14년간의 지속적인 대량 생산

2026년 9월 현재, 2012년에 납품된 양면 연속 스퍼터링 라인은 고객사 시설에서 안정적인 대량 생산을 지원하며 여전히 가동 중입니다. 코팅 균일성, 공정 자동화 및 대량 생산 요건을 충족하는 동시에, "은을 구리로 대체"하는 솔루션은 귀금속인 은에 대한 의존도를 크게 낮추고 전극 재료 비용을 절감하는 한편, 더욱 깨끗하고 환경적으로 책임 있는 제조 요건에도 부합합니다. 14년간의 연속 가동을 통해 이 장비는 비용 효율성, 코팅 품질, 생산 신뢰성 및 대량 생산 안정성 측면에서 공정 및 장비 솔루션의 장기적인 타당성을 입증했습니다.

당시 국내 산업계는 구리 전극 방식에 대한 이해와 도입이 아직 초기 단계였으며, 대부분의 제조업체는 여전히 은 페이스트 공정에 의존하고 있었습니다. 그러나 최근 은 페이스트의 비용 상승 압력으로 인해 업계는 "은을 구리로 대체"하는 방향으로 빠르게 전환하고 있으며, 이로 인해 세라믹 커패시터 전극 생산에 스퍼터링 장비가 점점 더 중요한 솔루션으로 자리 잡고 있습니다. 이러한 기술적 방향은 초기 선견지명에서 시작하여 14년간의 생산 검증을 거쳐 오늘날 주요 산업 기술로 발전했습니다.

고객에게 있어 이 기술의 이점은 장기적입니다. 재료비를 직접적으로 절감하는 것 외에도, 이 생산 시스템은 업계의 다른 업체들보다 14년 앞서 은 가격 변동에 대한 민감도를 없앴습니다. 또한 환경 규제 준수 및 제조 자동화 측면에서도 선제적인 이점을 얻었습니다. 많은 제조업체들이 최근 몇 년 동안에야 은 가격 상승과 공정 혁신에 대한 압박에 직면하기 시작한 반면, 이 고객은 이미 14년 동안 이 기술을 통해 안정적인 생산을 유지해 왔습니다.

본 프로젝트는 젠화 진공(Zhenhua Vacuum)이 칩 세라믹 커패시터 제조에 양면 연속 스퍼터링 기술을 적용한 초기 사례 중 하나입니다. 2012년 당시 국내 산업 환경을 고려할 때, 본 프로젝트의 성공적인 엔지니어링 구현은 구리 전극 기술의 상용화에 있어 중요한 초기 돌파구를 마련했습니다. 이는 공정 개발 및 기술 도입에 대한 젠화 진공의 미래지향적인 접근 방식을 보여주는 사례입니다. 장비 개발, 성공적인 납품, 그리고 14년간의 안정적인 양산 검증을 통해 본 프로젝트는 세라믹 커패시터 코팅 분야에서 젠화 진공의 선도적 입지를 확고히 했을 뿐만 아니라, 향후 장비 개발, 공정 최적화 및 지속적인 개선을 위한 귀중한 장기적인 경험을 제공했습니다.