<소재·부품·장비 양산성능평가지원사업 우수 사례> ⑭ ㈜석경에이티

경량·방열·경제성 ‘세 마리 토끼’ 잡은

고기능 방열소재 양산, 車·전자 등 경쟁력 UP

▲ 무기 나노소재 전문기업 ㈜석경에이티 본사 전경

지난 30년간 무기나노소재 전문기업으로 외길을 걸어온 ㈜석경에이티는 입자 형상 제어, 입자 분산, 입자 표면 제어, 정제를 통한 고순도화 등 4대 핵심기술을 기반으로 차별화된 바이오소재, 전기전자소재, 방열소재, 코팅소재 등을 고객 맞춤형으로 공급하고 있다.

이러한 기술력을 바탕으로 석경에이티는 양산성능평가지원사업을 통해 자동차 전자기기의 열을 효율적으로 방출시키는 경량 방열 부품에 적용할 수 있는 ‘초경량 판상 마그네슘 나노 화합물 열계면 소재(마그네슘 하이드로옥사이드 표면처리품)’의 양산 및 제품화에 나섰다.

자동차의 전장화 및 전동화 속도가 빨라지면서 부품 발열에 따른 부품 손상, 성능 저하, 에너지 효율 감소 등 문제를 해결하기 위한 방열 솔루션의 중요성이 날로 커지고 있다. 특히 자동차 산업에서는 방열 성능과 함께 경량화가 필요하기 때문에 알루미나(Al2O3) 등 세라믹 필러를 기반으로 한 TIM(Thermal Interface Material: 열계면소재)이 주로 사용되고 있다. TIM은 발열체와 히트싱크(Heat Sink) 또는 방열을 목적으로 하는 부품간 접촉면의 공기 층을 메우는 역할을 하는 열전도가 우수한 물질을 말한다.

그러나 전장 부품의 소형화 및 고집적화로 인해 더 뛰어난 경량 방열 성능이 필요하지만 알루미나 필러 기반 TIM은 열전도도가 낮고 밀도(비중)가 높아 이에 대한 대응에 한계가 있다. 이러한 알루미나 필러를 대체하는 소재로 주목받는 것은 열전도도와 강도가 우수하면서 비중이 40%나 가벼운 마그네슘 하이드로옥사이드(Mg(OH)2)다. Mg(OH)2는 원료비용이 보다 경제적이지만 소결온도 및 흡습성 문제에 따른 공정비용이 발생으로 인해 상용화가 어려워 이를 해결하는 것이 관건이다.

석경에이티는 자동차 배터리 팩 방열 솔루션용으로 Mg(OH)2와 알루미나를 혼합해 기본 물성을 모두 만족하는 수산화 마그네슘 표면 처리품을 개발하는데 성공했지만 이러한 상용화 난관을 넘지 못하고 있었다.

또한 수지와 혼합할 때 점도가 높아 자동차 배터리 팩에 균일하게 도포하지 못하면서 분산도를 높이기 위한 입자 크기 조절, 고밀도화, 표면 처리제 조절 등이 필요함에 따라 최적의 충진 조건을 찾아야 했다.

이를 위해 석경에이티는 대전에 위치한 TIM, 갭 필러(GAP filler) 등 배터리 방열 솔루션 전문기업 나노팀(주)과 지난 2023년부터 TIM용 판상 나노 마그네슘 화합물 샘플 1kg을 공급해 기본 성능 평가를 완료한 바 있다. 회사는 국내 최초 나노 마그네슘계 화합물 대량 생산과 양산 성능을 평가하고자 수요기업인 나노팀(주)과 공동연구기관인 가톨릭대학교와 양산성능평가지원사업을 추진하게 됐다.

무기나노소재 전문 社, 초경량 판상 Mg 나노 화합물 열계면 소재 제품화

양산성능평가지원사업, 양산 기술 확보로 韓 소재 및 첨단산업 경쟁력 강화

■양산 장비 구축, ’27년 국내외 180억 매출 달성

▲ 석경에이티가 양산기술을 확보한 판상 나노마그네슘계 고방열 소재(左) 및 방열제품(갭 필러)

석경에이티는 원료 혼합, 수열 합성, 세정, 건조, 건식 표면처리 등에 이르는 수산화 마그네슘 제조 공정 기술개발에 박차를 가했다. 수열 합성 온도·시간에 따른 입자경 조절과 농도 및 pH를 조정해 판상 나노 마그네슘 분말을 합성했다. 이를 가지고 건식 공정을 통해 지방산을 코팅(표면처리)했으며, 가톨릭대는 지방산이 코팅된 필러를 수지와 혼합 시 고점도화에 따른 균일도포를 위한 소수성 코팅 및 표면처리 품질개선을 지원했다.

나노팀은 수지와 필러의 혼합 후 갭 필러를 제조해 열전도도와 양산 성능을 평가했고 내열성, 내습성 등 신뢰성을 평가하며 피드백을 제공했다.

석경에이티와 나노팀은 20kg의 판상 마그네슘 화합물을 시작으로 500kg까지 스케일 업해 양산성과 신뢰성을 평가하는데 성공했다. 이를 기반으로 석경에이티는 전북 김제에 9천평 규모로 신설된 3공장에 연산 2,500톤규모의 양산 장비 구축을 완료했다. 공정 최적화 및 품질 관리 시스템을 강화해 신뢰성 높은 제품을 생산함으로써 오는 2027년엔 국내외 시장에서 180억원의 매출을 달성할 것으로 기대하고 있다.

양산에 성공한 경량 고방열소재를 활용하면 전기차 배터리의 소형화·집적화가 가능해져 에너지 밀도가 향상됨에 따라 주행거리가 늘어나는 효과가 있다. 또한 물론 전력 변환 장치 등 주요 부품에 적용이 가능해 대한민국 자동차 산업의 글로벌 경쟁력 강화에 기여할 전망이다.

석경에이티는 양산성능평가지원사업이 수입에 의존하고 있는 방열소재의 국산화를 통한 수입대체 효과는 물론 공급-수요기업 및 연구기관 간 상생과 협력의 모델을 조성하는데 크게 기여했다고 강조했다. 연구실에서 확인된 성능이 좋은 소재라고 해도 양산 단계로 진입하면 여러 문제점이 발생해 도중에 사장되는 경우가 많은데 정부의 지원사업으로 협업이 원활해지면서 시행착오를 크게 줄이게 된 것이다.

석경에이티는 추가적으로 가톨릭대와 함께 고열전도를 갖는 물질을 표면에 코팅해 고방열 소재를 개발할 계획으로, 이를 통해 인공지능, 5G 통신, 기계 등 방열소재가 필요한 시장도 새롭게 개척해 국내 방열소재 공급망 구축에 기여한다는 계획이다.

석경에이티 관계자는 “방열소재, 코팅소재 등 고기능성 소재에 대한 글로벌 수요가 늘고 있는 가운데 이번에 멀티 기능의 방열소재를 개발함으로써 관련 초기 시장을 선점할 수 있다는데 의의가 있다”며 “이번에 확보한 양산기술과 공급망을 기반으로 국내외 시장 진출에 박차를 가함으로써 첨단 산업의 경쟁력을 강화하고 세계적인 나노소재 선도 기업으로 자리매김하겠다”고 밝혔다.