왜 실리콘이 전자제품 설계를 혁신하고 있는가

전자 및 전기 시스템에서 실리콘 고무 채택 증가

실리콘은 오늘날의 전자 세계에서 실제로 큰 주목을 받고 있으며, 폰먼 연구소(2023)의 최근 연구에 따르면 제조업체 중 약 10명 중 7명이 열 문제 관리를 위해 제품에 실리콘을 도입하기 시작했습니다. 이 소재가 어떻게 이렇게 인기를 끌게 되었을까요? 기업들이 실리콘이 -55도에서 최대 300도까지의 극한 온도에서도 형태나 물성을 잃지 않고 잘 견딘다는 점을 확인한 후, 더 이상 그 잠재력을 무시할 수 없게 되었습니다. 이러한 특성 덕분에 스마트워치, 전기차 내부 부품, 그리고 요즘 어디에서나 흔히 볼 수 있는 미세 센서와 같은 제품에 특히 유용하게 사용되고 있습니다. 일반 플라스틱이나 고무 소재와 비교했을 때, 실리콘은 자외선 손상, 오존 공격 및 수분 침투에 훨씬 더 강한 내구성을 보여줍니다. 그래서 엔지니어들은 혹독한 환경에서도 신뢰성 있게 작동해야 하는 정교한 회로 주변의 씰을 만들거나 민감한 컴퓨터 칩을 보호하는 데 실리콘 사용을 선호합니다.

실리콘 기반 부품으로의 전환을 주도하는 핵심 요인

실리콘의 우위를 견인하는 세 가지 요소:

이러한 특성에 더해 RoHS 및 REACH 규격 준수를 통해 내구성과 지속 가능성이라는 두 가지 요구를 모두 충족시킨다. 예를 들어, 의료용 웨어러블 제품은 실리콘의 생체적합성을 활용하여 자극 없이 30일 이상 피부 접촉을 유지할 수 있다.

실리콘 부품의 맞춤화 증가 및 디자인 다용성에 대한 시장 동향

MarketsandMarkets의 2024년 데이터에 따르면, 전 세계 실리콘 전자재료 시장은 2030년까지 약 7.8%의 연평균 성장률(CAGR)로 확대될 전망이다. 이와 같은 성장은 특정 응용 분야에 맞는 특수 제형에 대한 수요 증가에 크게 힘입고 있다. 오늘날의 제조업체들은 더 이상 표준 제품만을 판매하지 않는다. 그들은 새로운 5G 기기에서 EMI 차폐를 위한 전도성 실리콘을 생산하고, AR 및 VR 헤드셋 가스켓용으로 광학적으로 투명한 제품을 만들며, 전기차 배터리 외함에 요구되는 엄격한 UL 94 V-0 기준을 충족하는 난연성 소재를 개발하고 있다. 최근의 산업 보고서, 특히 2024년 전자재료 동향 연구를 살펴보면 흥미로운 현상이 나타나고 있다. 오리지널 장비 제조업체(OEM) 중 40% 이상이 자사 브랜드 색상과 정확히 일치하는 샤어 경도(shore hardness) 수준과 부품을 요구하고 있다. 맞춤화에 대한 요구는 이 산업 전반에 걸쳐 지속될 것으로 보인다.

전자제품에 실리콘을 이상적으로 만드는 핵심 재료 특성

전자제품에서 실리콘의 열 및 환경 저항성

실리콘은 자동차 센서 및 산업용 엔클로저와 같은 응용 분야에서 플라스틱 및 고무보다 우수한 성능을 제공하며, 극한 온도(-50°C ~ 350°C)에서도 신뢰할 수 있는 성능을 유지합니다. 내화성과 자외선(UV), 오존, 습기에 장기간 노출되어도 견딜 수 있는 능력 덕분에 실리콘은 실외 및 고온 전자기기에 없어서는 안 될 소재입니다.

실리콘 소재의 전기 절연성 및 절연 파괴 강도

절연 파괴 강도가 20 kV/mm를 초과하는 실리콘은 전력 분배 시스템 및 소비자 기기에서 아크 및 단락을 방지하는 강력한 전기 절연체 역할을 합니다. 이 특성과 코로나 방전 저항성이 결합되어 EV 배터리 하우징 및 산업용 커넥터와 같은 고전압 응용 분야에서 안전성을 보장합니다.

실리콘 고무의 내구성, 유연성 및 화학 저항성

실리콘의 탄성—최대 600% 신축성—및 오일, 산, 용매에 대한 저항성은 동적 환경에서 반복적인 밀봉이 가능하게 합니다.

이러한 장점들은 화학 공정 장비 및 착용형 의료 기기에서 유지보수 비용을 절감합니다.

실리콘 엘라스토머의 성형성과 설계 유연성

액상 실리콘 고무(LSR)는 마이크로 규모의 공동 안으로 흐르며, 햅틱 인터페이스 및 마이크로 씰을 위해 최소 0.2mm 두께까지 정밀 성형이 가능하게 합니다. 이러한 설계 자유도는 내구성을 희생하지 않으면서도 소형화되고 경량화된 전자제품 개발을 지원합니다.

현장 적용 사례: 악조건 환경에서의 실리콘 활용, 밀봉 및 조명

악조건 환경에서 하드웨어/부품의 실리콘 캡슐화

실리콘은 영하 60도에서 최대 영상 230도까지의 열적 안정성 범위와 더불어 화학물질에 대한 저항성을 지니고 있어, 산업용 센서, 자동차의 제어 장치, 항공기용 전자 부품과 같은 것들을 보호하는 데 매우 중요합니다. 실리콘 캡슐화란, 수분을 차단하고 연료에 저항하며 진동을 완화하는 유연한 보호막을 형성하는 과정을 말합니다. 이러한 방식으로 보호된 부품은 일반적인 경질 플라스틱을 사용했을 때보다 혹독한 환경에서도 수명이 약 40% 정도 더 깁니다. 예를 들어 해양 에너지 플랫폼의 경우, 시간이 지남에 따라 염수는 매우 파괴적일 수 있지만, 실리콘은 현재 시장에 나와 있는 대부분의 대체재보다 부식에 훨씬 강하게 견딥니다. 그래서 신뢰성이 가장 중요한 이런 극한의 응용 분야에서 많은 엔지니어들이 실리콘 소재를 지정하여 사용하는 것입니다.

소비자 전자제품에서의 실리콘을 이용한 밀봉 및 가스켓 적용

실리콘 씰란트는 잘 접착되면서도 움직임을 흡수할 만큼 충분한 유연성을 제공하기 때문에 스마트폰, 웨어러블 기기 및 가전제품 전반에 걸쳐 사실상 표준이 되었습니다. 이러한 씰의 성능에 대한 최근 테스트 결과에 따르면 실리콘 개스킷은 영하 40도에서 섭씨 150도 사이의 온도 변화를 수천 차례 반복한 후에도 여전히 기기를 완전히 밀폐 상태로 유지할 수 있습니다. 가장 큰 이점은 내부 습기 침투로 인한 문제가 약 절반 정도로 줄어들어 장치의 수명이 연장된다는 것입니다. 제조업체들은 또한 현재 제공되는 투명한 제품들이 유리 또는 폴리카보네이트 케이스에 그대로 적용되면서도 시간이 지나도 자외선 손상 저항성에 영향을 주지 않는 점을 높이 평가하고 있습니다.

LED 및 조명 응용 분야에서 액상 실리콘 고무(LSR) 사용

약 200도까지의 열 저항성과 더불어 뛰어난 광학적 투명성을 갖춘 LSR은 현재 LED 가로등 및 자동차 전조등과 같은 제품에서 매우 인기가 많습니다. 제조업체들이 LSR 포장 기술을 채택하면서 상당히 인상적인 결과를 얻고 있습니다. 대부분의 업체들은 해당 부품이 약 10,000시간 동안 지속적으로 작동한 후에도 여전히 약 92%의 빛 전달 효율을 유지한다고 보고합니다. 또 다른 장점은 LSR이 복잡한 형태로 쉽게 성형될 수 있다는 점입니다. 이를 통해 소형 조명 장치에서 실제로 빛 분포를 약 35% 향상시키는 마이크로렌즈 어레이를 제작할 수 있습니다. 또한 정기적인 UV 노출에도 불구하고 시간이 지나도 변색(노화) 문제가 없어 일반 소재가 감당하기 어려운 환경에서도 안정성을 제공합니다.

스마트 기기 및 웨어러블 기술에서의 실리콘: 편안함과 성능의 만남

실리콘의 유연성, 생체적합성 및 내구성의 결합은 차세대 스마트 기기 및 웨어러블 기술에서 실리콘을 없어서는 안 될 존재로 만들었다. 장치들이 사용자의 라이프스타일과 원활하게 통합되도록 진화함에 따라, 실리콘의 재료적 특성은 성능과 인체공학적 설계 모두를 우선시하는 디자인을 가능하게 한다.

실리콘의 생체적합성과 유연성을 활용하는 스마트 기기

착용형 헬스 기술은 피부를 자극하지 않고 인체와 잘 맞는 의료 등급 실리콘에 크게 의존하고 있습니다. 2024년의 최근 연구에 따르면, 실리콘으로 제작된 기기가 플라스틱 소재 대체품을 사용한 제품보다 약 60% 적은 발적을 유발하는 것으로 나타났습니다. 혈당 모니터나 심박수 패치와 같은 장치를 하루 종일 착용해야 하는 사람들에게 이는 매우 중요한데, 장시간 착용하더라도 문제를 일으키지 않기 때문입니다. 또한 실리콘이 구부러지고 움직이는 특성 덕분에 운동 중 흔들림이 많은 피트니스 트래커는 물론이고, 공간이 제한적이면서도 착용감이 중요한 VR 헤드셋 내부 부품에도 이상적입니다.

편안함과 내구성을 위해 성형 실리콘을 사용하는 센서 및 착용형 기기

정밀 성형을 통해 제작된 실리콘 외장은 민감한 생체 센서를 땀, 먼지 축적 및 물리적 충격으로부터 안전하게 보호합니다. 다양한 임상 시험에 따르면, 이러한 부드러운 실리콘 엣지를 가진 의료 기기를 착용한 사람들은 딱딱한 대체재를 사용할 때보다 훨씬 더 편안함을 느낀다고 보고합니다. 일부 연구에서는 특정 경우에 편안함 점수가 약 70-75% 증가하는 것으로 나타났습니다. 그리고 또 다른 이점도 있습니다. 실리콘이 진동을 흡수하는 방식 덕분에 모션 추적 장치의 성능이 실제로 향상됩니다. 운동선수들이 격렬한 훈련 중에 이를 착용할 경우, 비실리콘 제품과 비교해 오차율이 30-35% 정도 현저히 낮아집니다.

경량 웨어러블 디자인을 위한 얇은 벽 성형 기술의 혁신

최근 액상 실리콘 고무(LSR)를 다루는 방식의 개선으로 인해 찢어짐에 강한 두께 0.2mm의 얇은 층을 제작할 수 있게 되었으며, 이는 착용 시 부담스럽지 않은 웨어러블 제품 제작에 매우 긍정적인 소식이다. 이러한 얇은 두께 덕분에 스마트워치 밴드의 무게를 기계적 강도를 희생하지 않으면서도 실제로 44% 줄일 수 있다. 인장 강도는 여전히 8MPa 이상 유지된다. 하지만 더욱 흥미로운 점은 제조업체들이 이제 이러한 소재로 할 수 있는 일들이다. 운동 중 땀이 배출될 수 있도록 표면 전체에 미세한 구멍들을 추가하고, 피부에 닿는 심박수 센서 주변에는 특수한 내부 경로를 설계하고 있다. 그 결과? 하루 종일 착용해도 세련되고 현대적인 외관뿐 아니라 정확한 기능까지 제공하는 전자기기가 탄생하게 된 것이다.

고품질 실리콘 전자제품을 위한 설계 및 제조 전략

고성능 전자제품에서 실리콘 부품의 설계 고려사항

좋은 실리콘 제품 설계는 재료를 통해 열이 어떻게 전달되는지, 그리고 어떤 전기적 특성이 필요한지를 이해하는 것에서부터 시작됩니다. 엔지니어가 실리콘을 회로 기판과 같은 딱딱한 소재에 부착할 때는 가열 시 물체의 팽창 정도가 서로 다를 수 있음을 주의 깊게 살펴야 합니다. 이러한 불일치한 열팽창 계수는 반복적인 가열 및 냉각 사이클 동안 실리콘으로 씰링된 전자 부품의 대부분의 고장을 유발합니다. 밀리미터 이하의 매우 얇은 벽 두께를 가진 설계의 경우, 생산 전 다양한 등급의 재료를 테스트하는 것이 필수적입니다. 그렇지 않으면 금형에서 탈형할 때 부품이 찢어질 위험이 큽니다. 또한 이러한 얇은 설계라도 여전히 IP67 방수 등급과 같은 엄격한 기준을 충족시켜야 한다는 점을 잊지 말아야 합니다.

실리콘 성형 공정 비교: 사출 성형, 압축 성형, 오버몰딩

고정밀 실리콘 가공 기술의 최근 발전으로 인젝션 몰딩이 과거 오버몰딩에만 해당되었던 50μm 이하의 허용오차를 달성할 수 있게 되었다.

복잡한 실리콘 형상을 위한 금형 및 공정 매개변수 최적화

컨포멀 냉각 장치가 장착된 다중 캐비티 금형을 사용하면 액상 실리콘 고무(LSR) 작업 시 사이클 타임을 18~22퍼센트 단축할 수 있다. 2023년 연구 결과에 따르면, 마이크로유체 채널 부품에서 성가신 유동 문제를 방지하기 위해 초당 0.5미터에서 1미터 이상의 사출 속도를 유지하는 것이 효과적이다. 경도 범위가 샤어 A 40~80인 웨어러블 기기 부품의 경우 후가황(post curing)이 매우 중요하다. 대부분의 제조업체들은 이러한 제품을 약 4~6시간 동안 150~200도 섭씨로 가열하면 모든 부위에 걸쳐 안정적인 경도 특성을 얻는 데 큰 차이를 만든다고 판단한다.

LSR 생산에서 비용, 확장성, 정밀도의 균형 잡기

오버몰딩은 의료 등급 센서의 경우 약 0.8%의 치수 정확도를 제공하지만, 가격 부담을 솔직히 인정해야 합니다. 금형 제작 비용은 일반 사출 금형 대비 60~75% 증가합니다. 이에 따라 선도 기업들은 다양한 방식을 혼합해 적용하기 시작했습니다. 기본 레이어는 압축 성형으로 처리하고, 핵심적인 밀봉 부위에만 정밀 가공된 사출 금형을 사용하는 방식입니다. 실제로 타당한 접근입니다. 자동차용 센서 생산 시 이러한 혼합 방식을 통해 개별 부품 비용을 약 34% 절감하면서도 누액 테스트 실패율을 0.03% 미만으로 유지할 수 있습니다. 고려해야 할 요소들을 감안하면 매우 훌륭한 결과입니다.

자주 묻는 질문

실리콘이 전자제품 설계에서 인기를 끄는 이유는 무엇인가요?

실리콘은 PVC 및 고무와 같은 기존 소재에 비해 우수한 내열성, 전기 절연성, 내구성, 유연성 및 성형 용이성 덕분에 전자 제품 설계에서 인기가 높습니다. 극한의 온도를 견디며 외부 환경 요인으로부터 보호하므로 현대 전자제품에 이상적입니다.

실리콘은 웨어러블 기술에 어떻게 이점을 제공합니까?

웨어러블 기술에서 실리콘은 생체적합성과 피부 친화성, 유연성을 제공하여 장시간 착용 시에도 편안함을 보장합니다. 진동을 흡수하여 모션 추적 기기의 오류율을 줄이고, 피트니스 트래커 및 VR 헤드셋의 성능을 향상시킵니다.

전자 응용 분야에서 실리콘의 주요 용도는 무엇입니까?

실리콘은 열 및 화학 저항성, 유연성, 광학적 투명성 덕분에 하드웨어 캡슐화, 소비자 전자제품의 밀봉 및 개스킷, LED 및 조명 응용 분야의 액상 실리콘 고무(LSR)로 사용됩니다.

실리콘 부품의 주요 제조 기술은 무엇인가요?

실리콘 부품의 주요 제조 기술로는 사출 성형, 압축 성형 및 오버몰딩이 있습니다. 각 기술은 사이클 시간, 정밀도, 비용 효율성 측면에서 서로 다른 특성을 제공하며, 대량 생산되는 커넥터부터 프로토타입 센서 하우징에 이르기까지 다양한 응용 분야에 적합합니다.