- Multi Layer Ceramic Capacitor
- [Capacitor란?]
- Capacitor의 기능은 크게 두가지로 나눌 수 있음..
1. 전기를 저장하거나 방출하는 축전지로서의 기능,
2, 직류를 통하지 않는 성질을 이용하는 filter로서의 기능
1-1. 축전지로서의 역할
- 전자제품 내부에 있는 작은 충전지들.. 빠른속도로 전류를 충전과 방전을 하면서 전압을 조절
- IC의 안정된 작동을 위해 불안정한 전원을 잡아주기 위해 사용 --> - 전류가 증가하면 에너지를 저장하고 전류가 감소하면 저장된 에너지를 방출
- 축전지로서의 Capacitor을 이해하기 위해서는 MLCC 구조를 알아야 함..
*MLCC구조
*MLCC구조
- Capacitor는 일반적으로 두장의 전극판이 마주보고 있으며 전극판 사이에는 절연체(유전체 Dielectric)이 들어있는 구조로 이루어져있음.. 아래 그림 참조
- 여기서 절연체(유전체)는 전극판과 전극판 사이의 전기를 차단하고 전기를 담아두는 역할을 하며, 어떤 재질의 절연체를 포함하느냐에 따라 여러 종류의 Capacitor로 나뉘어지게 됨.
- 절연물을 평행 전극판 사이에 넣으면 전극간의 정전용량(capacity)이 커짐.. 더욱이 변화의 정도는 절연물의 종류에 따라 다름. (축전기로서의 기능)
- 여기서 정전용량을 증가시키려면 비유전율이 큰 물질(세라믹)을 극판간에 절연체로 사용하던지, 극판간의 거리를 작게 하면 됨..(박막화를 통한 적층)
- Ceramic Capacitor
- 유전율이 큰 세라믹 박막(Thin layer)+티탄산 바륨(BaTio3) 등의 유전체를 재질로한 Capacitor. 용량이 비교적 작고, 고주파 특성이 양호하여 고주파 바이패스용에 흔히 사용됨
- Multi Layer Capacitor (MLCC)
- 유전체로 고유전율계 세라믹을 다층구조로 사용하는 Capacitor로,, 특성이 양호하고 소형이라는 특징
- 단극 Capacitor로 온도, 주파수 특성이 양호하기 때문에 바이패스용이나 온도변화에 민감한 회로에 주요 사용
- MLCC는 크게 용량구현을 위해 BaTio3를 기본으로 하는 유전체 층과 금속(Ni 니켈)을 기본으로하는 내부전극, 그리고 금속과 glass등을 포함하고 있는 외부전극으로 구성
- 유전체 층과 내부전극 층의 박층화(Thin layer)에 기반한 고용량 제품 개발과 미세구조 개선을 통한 신뢰성 향상이 관건
- MLCC의 대용량화는 유전체와 내부전극을 수백 층까지 적층함으로써, 고집적을 통한 용량의 대형화가 실현되는데 현재 hIgh-end 제품의 경우 1um 이하 두께의 유전체 층을 수백층 적층한 칩이 사용되고 있는 수준
- 한정된 공간에서 적층을 하기 위해서는 얇게 만들어야 함.. --> 즉, 고용량 MLCC를 개발하기 위해서는 아래 그림과 같이 유전체 시트의 박층화(Thin layer)가 반드시 선행 되어야 함..
- e는 유전체의 비전유율, n은 적층수, d는 내부전극간 거리 혹은 유전체의 두께
- 여기서 세라믹 유전체는 온도의 변화에 따라 유전율이 변화하기 때문에 MLCC의 정전용량은 온도에 의존하게 됨
- 엔진, 배터리 근처 MLCC 사용수가 늘어나면서 고온,고압 환경에서 MLCC 작동여부가 중요. 위의 Capacitor 구성에서 두 전극판 사이에 있는 절연체(세라믹)이 온도에 따라 물성(?)변화지 않도록 하는 것이 중요~ (기술력이 필요)
- 여기서 기술력의 차이가 발생하는 것으로 추정.. 박막화와 적층화, 고온,고압 환경에서의 문제 없이 작동할 수 있는 MLCC를 만들어 낼 수 있느냐가 기술력 차이
- 기존 전장용 MLCC는 네이게이션, 오디오와 같은 인포테인먼트 기기나 정보기기 등에 사용되는 범용 Capacitor였음..
- 하지만 파워 트레인계, 안전계, 제어계에는 자동차용으로 특화된 capacitor가 요구 됨
- 엔진룸에 적용시 필요한 고온 특성, EV/HEV의 전력 변환 회로에 필요한 대용량, 고압화 특성이 요구 되며 ECU/TPMS (Tire Pressure Monitoring System) Power management와 같은 회로에는 소형, 고용량화 요구가 증가
- 대용량화는 박층화를 기술력을 통해 이뤄질 수 있으며, 고온화는 소재 기술력(물성)을 통해 이뤄질 수 있을 것으로 추정됨. 다음은 고온화와 소재기술력 (물성)이 왜 관련이 있는지를 설명하기 위한 자료
*고온화
- 강유전체(Ferroelectrics)란?
- 자연상태에서 전기편극을 가지고 있는 물질. 자발분극을 나타내는 이 물질들을 강유전체라고 불림
- 강유전성은 절연체나 유전체에서 외부의 전기 자극 없이 자발적으로 양전하와 음전하가 갈라지는 자발분극 현상을 말하는데, 자성에서 강자성(Ferrom agnetism)에 해당하는 말
- 강자성 물질이 자성을 가지게 되는 근본적인 원인은 주로 전자의 스핀
- 강자성 물질에서 이 전자의 스핀들은 큐리온도라고 부르는 어떤 특정한 온도 이상에서는 제멋대로의 방향으로 배열되어 있어 알짜 자기화가 없는 상태가 돔..(자력이 없는상태)
- 강자성물질과 마찬가지로 강유전체 물질도 큐리 온도 이상에서는 자발분극을 잃게 되는 현상이 나타남.
- 현재 MLCC에서 사용되는 강유전체 BaTiO3는 120~130도에서 강유전율을 잃어버리는 ,,
- 이 큐리온도를 고온화 할 수 있다면 온도의존성이 우수한 유전체 재료의 실현이 가능.
- 온도특성 조절은 Shifter (큐리온도를 이동시키는 첨가제)와 Depressor(유전율의 온도 의존성을 작게하는 첨가제)를 이용해 BaTiO3의 큐리점을 상승시키거나 온도의존성을 작게 함.--> 기술력 필요
1-2 필터(Filter)로서의 역할
- 직류를 차단하며 교류를 통과시키기 위해 사용 -->직류전류를 차단하고 교류전류를 통과시켜 전류를 항상 일정하게 방전시키도록 함.
- 노이즈문제 (직류를 차단하는 성질을 이용한 회로에는 특정 주파수 성분만을 추출 또는 제거하는 필터 등이 있으며, 주파수 특성을 고려해야 하는 회로에 반드시 필요한 것.)
- 스마트폰 기능이 확장됨에 따라 AP처리능력 수요 ↑ --> AP처리능력과 주파수는 정비례 관계 --> 고주파수 수요↑ --> AP의 사용주파수가 상승함에 따라 시그널노이즈를 감소시키기 위한 디커플링용 MLCC 수요 ↑
- 휴대폰의 경우 기능이 확대됨에 따라 AP(Application Processor : PC의 CPU 역할수행)을 포함한 사용 IC의 증가로 회로기판상에 실장밀도가 높아지게 됨
- IC가 소형화, 고집적화되면서 노이즈 문제가 심각해지고 있음
- 자동차 전장용도 노이즈 문제로 인한 디커플링용 MLCC 수요↑
2. MLCC 산업
2. MLCC 산업
2-1 전장용 MLCC
- 삼성전기 4Q18까지 평균 MLCC 단가는 3Q18 3.79 보다 약간 높은 수준이라고 했으니 3.90정도로 추정.., 2018년 삼성전기 MLCC 매출은 3545.1십억원
- 삼성전기 2018 MLCC 판매실적은 약 3545/3.90 = 909십억개로 추정.. --> 가동률 약 90%
무라타 MLCC(Capacitor)실적 추정
- 가정 1, 삼성전기 IR에 확인한 결과 현재 전장향 MLCC가 high end IT MLCC향 보다 약 2배정도 비싸다고 했으니 삼성전기 전장향 MLCC는 약 8원 정도 (High-end IT향 MLCC가 지금 약 3.9원정도 하니까..)
- 가정 2, **증권 **애널리스트가 현재 삼성전기 전장향 MLCC Capa가 약 300억개라고 했음.. 가정1의 전장향 MLCC 가격 8.0*320억 = 2560억원 --> 삼성전기 컨콜에서 전장향 MLCC 매출비중이 한자릿수 중반정도라고 했음
- 위의 1,2가정 계산시 2018.4Q 기준 전장용 매출 비중은 약 6.7%가 나오니 해당 가정은 설득력이 있다고 판단.
- 가정3, 무라타의 High-end IT향 MLCC 가격은 삼성전기 High-end IT향 MLCC 가격과 크게 차이 나지 않을 것으로 추정 --> 무라타 High end IT 향 MLCC 단가 4.2원
- 가정4, 애널리스트 말에 따르면 무라타 MLCC 전장향 매출이 18년 기준 약 1조억원
- 여기서 문제.. 과연.. 무라타의 전장향 MLCC가격은 얼마일지 추정하는 것이 관건.. 삼성전기가 약 8~9원정도 하니.. 삼성전기는 할 수 없는 Power train 전장향 MLCC도 무라타에는 포함되어 있으니 삼성전기 전장향 MLCC보다는 비쌀 것.. --> 얼마나..?
- 2018년 기준 전기차 제외 일반 자동차 1대당 약 3,700개의 MLCC가 판매되는 것을 확인 할 수 있고 이 중 19.44%가 Power train 향 MLCC인 것을 확인 할 수 있음..
- 무라타 전장향 MLCC가 삼성전기 전장향 MLCC보다 비싸게 받을 수 있는 이유는 고온,고압 혹독한 환경에 쓰이는 Power train 향 MLCC 환경평가를 통과했기 떄문.. --> 자동차 1대당 Power train 향 MLCC 비중은 약 19%만을 차지 -->
- Power train 향 MLCC 가격이 비싸다고 한들.. 아직까지 Power train향 MLCC 비중이 크지 않을 것으로 추정
- 무라타만이 BMS향 MLCC를 납품이 가능한 것으로 추정되나.. 실제 전기차 판매 대수는 워낙 작아서 BMS향 MLCC가 아무리 비싸다고 한들.. 전체 무라타 전장향 MLCC 매출 에서 차지하는 비중은 낮을 것으로 가정..
- 삼성전기 전장향 MLCC 가격보다 무라타 전장향 MLCC 가격이 약 20%정도(?) 비쌀 것으로 추정..
전장향 MLCC 전망
- EV Sales Insideev 따르면 18.11월까지 누적 전기차(EV, PHEV포함) 판매량은 171.5만대
- 11월에만 23.8만대의 전기차가 팔렸음.. 18.12월도 11월도 23.8만대의 전기차가 팔린 것으로 가정 --> 2018E 171.5+23.8 =195.3만대로 예측
- 전체 자동차 판매대수는 전년과 같은 2.3% 로 성장했다고 가정..
- 전기차와 자율주행으로 대표되는 전장 산업의 사용화가 초반의 계획보다 점점 늦어지고 있어 이와 관련된 MLCC 시장의 성장이 현재로서는 불확실함.
- 전세계 자동차 판매대수는 18년 약 1억대.. 삼성전기 내부에서 바라보는 전장용 MLCC 시장은 총 4,000억개이니 전체 자동차 1대당 들어간 평균 MLCC 탑재량은 4,000개 정도
- World Energy Outlook(IEA) 중심 시나리오로서, 전세계 각 국가 정부에서 이미 시행하고 있거나 혹은 정부에서 공식적으로 천명한 목표 계획을 달성하기 위한 정책 수단이 효과적으로 이행되었을 경우
- 18년 기준 전기차 1대당 15,000~20,000개의 MLCC가 사용되며, 18년 전기차 판매대수 대략 2백만대 --> 18년 전기차향 MLCC는 2,000,000*15,000 = 300억개
- 20년 예측치에 따르면 전기차 판매량은 4백만대니.. 4,000,000*15,000 = 600억개의 MLCC..가 전기차에 쓰일 MLCC로 예측
- 삼성전기 내부에서 바라보는 전장용 MLCC 시장은 18년 4,000억개, 20년 5,500억개
- 18년 전체 자동차 판매대수는 약 1억대--> 자동차 한 대당 탑재된 MLCC 개수는 (4000억/1억) = 4,000개 --> 전기차 제외 자동차 1대당 들어간 전장용 MLCC는 18년 대략 3,700개 (4,000-300 = 3,700)
- 삼성전기 내부에서 추정한 2020년 5,500억 개의 MLCC 수급이 일치되려면 --> 전기차 제외 자동차 한대당 전장용 MLCC는 현재 3,700개에서 4,900개까지 늘어야 함.
- 이게 가능한 수치인가..? 전기차 외 일반자동차에 탑재되는 전장용 MLCC가 2020년에 한대당 1,200개나 늘어야 수급요건이 맞는 식이나오는데.. 일시적으로는 MLCC공급과잉이 나올수도 있다고 생각한다~ (전장향으로 ~)
- 단기적으로 봤을 때 2020년까지 ADAS level 2가 본격적으로 상용화 됨에 따라 전장용 MLCC가 얼마나 더 추가 될지가 관건인 것으로 추정..
- level 2 ADAS
- AEB(Autonomous emergency braking)는 충돌이 임박한 상황이라면 운전자의 지시가 없더라고 자동적으로 브레이크가 작동하는 상태
- LKA는 운전자가 자선을 벗어나면 경고를 주거나 자동적으로 핸들을 조정하여 원래 차선으로 돌아오게 하는 시스템
- 2018년부터 유럽에서는 신규 자동차모델들이 4~5 star safety rating을 받기 위해서는 AEB와 LKA and Road Edge detection 시스템을 넣어야 됨.
- 현재 나와 있는 85%의 차량들이 4~5 star safety rating을 받고 있는 것을 고려한다면, 레벨1~2 ADAS시스템의 수요는 향 후 5~7년간 엄청날 것.
- 자동차용 MLCC 공급이 수요에 크게 못 미치면서 유럽 및 일본 완성차 업체들은 MLCC 공급부족 심화가 내년 완성차 및 전기차 생산 차질 가능성에 염두를 두고 MLCC 확보 계획을 실행하고 있는 것으로 추정
- 이에 따라 안정적 MLCC 물량 확보를 위해 현재 시장 가격대비 5~7배 높은 가격을 제시하는 완성차 업체도 있는 것으로 추정
- 자동차는 운전자의 안전과 더욱 직결되는 제품이기 떄문에 관련 부품의 신뢰성 확보가 관건.. 이 과정에서 시그널의 노이즈를 없애는 역할을 하는 MLCC의 중요성이 더욱 커질 것으로 전망
- 2020년까지만 바라보면 자율주행 ADAS가 level 2까지는 무난하게 이뤄지고 있지만 ADAS level 3는 언제 상용화가 될지는 상상의 영역..
- 2020년까지 자동차 한대당 4,900-3,700 = 1,200 개의 MLCC가 더 사용될지는 미지수.. 자율주행 시대가 오고 자동차가 전장화 되는 방향성은 맞지만 단기간에 (20년까지) 자동차 한대당 1,200개의 MLCC가 더 사용될지는..
- 혹한,고온,습도 견디는 고사용 IT용 제품보다 전장용 MLCC는 3배 이상 비싸지만.. 현재 위의 조건을 충족시키는 전장용 MLCC를 만들 수 있는 기업은 무라타와 삼성전기 정도..
- 무라타는 18년기준 연간 13,200억개 MLCC 생산 Capa보유 --> 무라타 전장용 Capa증설이 끝나면 전체 MLCC Capa가 20% 증가한다고 했으니 13,200*0.2 = 2,640억개
- 증설된 MLCC가 모두 전장향이라고 가정했을 시.. 20E 무라타 전장향 MLCC Capa 3,680 억개 정도?
- 삼성전기도 중국 천진공장(전장향 MLCC) 완공이 되면 전장향 MLCC Capa가 840~960억개로 늘어난다고 언급..
- 하지만 2030년까지 바라봤을 때 전기차향 MLCC 사용량만 3,225억개로 추정.. 이에 더해 ADAS가 점점 상용화되고 ADAS 레벨도 점차 올라가면서 전장용 MLCC는 추가 수요가 더 붙을 것.. (상상의 영역)
3. IT향 MLCC
- 2019년부터 5G시대.. 20년부터 본격적 5G시대로 시작..
- 스마트폰내 5G 기능 추가 --> 반도체 부품 증가(4G LTE대비 20% 증가) --> 배터리 소모량 증가 및 배터리 실장공간 부족.. 부품의 소형화 --> MLCC 초소형, 고용량 high end MLCC 수요 증가
- 비록 전체 Smartphone 성장률은 부진할지라도 LTE, 5G 향 모바일 수요는 성장할 것
- 스마트폰 기능이 확장됨에 따라 AP처리능력 수요 ↑ --> AP처리능력과 주파수는 정비례 관계 --> 고주파수 수요↑ --> AP의 사용주파수가 상승함에 따라 시그널노이즈를 감소시키기 위한 디커플링용 MLCC 수요 ↑
4. 산업용 MLCC 수요
- 5G를 도입하게 되면 웨어러블 디바이스, 사물인터넷 등 상호 연결되는 기기 급증, 트래픽 양이 폭발적 증가 전망
- 이에 따라 중앙 기지국의 부하를 효과적으로 분산시켜 줄 수 있는 소형 기지국 수가 빠르게 증가할 것으로 예상
- 트래픽 증가에 따른 Data Center와 기지국을 중심으로 한 산업용 MLCC 매출액이 가파르게 증가 할 것으로 예상
- 산업용 MLCC 시장이 5G 동비에 따른 기지국수 증가, 공장 자동화, Data center 증가 등에 힘입어 17년 약 14억 달러규모에서 2022년 22억달러로 성장하며 해당기간 동안 CAGR 10~20% 고성장할 것으로 예상
- 산업 수십기가 5G 통신기지국의 고주파는 커버범위가 좁아(?) 소형기지국이 많이 필요.--> 산업용 MLCC 큰폭으로 증가
- Ai서버시장 산업용 시장도 20%이상의 수요 급증
*Summary
- 전장용 MLCC의 경우 2020년까지 ADAS level 2가 사용화 될 가능성이 높지만.. 단순 계산시 수급여건이 맞으려면 ..자동차 1대당 전장용 MLCC가 3,700에서 4,900개까지 늘어나야 함..
- 자율주행 ADAS에 얼마나 많은 MLCC가 들어가는지 예측(상상)하는 것이 관건.. 그러나, 삼성전기 4분기 컨콜에서는 전장향은 Shortage가 심하며 IT향 MLCC를 전장향, 산업향으로 일부 돌릴 예정이라고 언급
- 일본업체들도 IT향 일부 MLCC를 포기하고 전장향 MLCC로 일부 생산라인을 돌린다고 했으니.. 생각보다 ADAS 향 MLCC 수요가 빠르게 올라오고 있는 것으로 추정..
- 2030년 멀리 내다 봤을 때 전기차향에만 많은 MLCC가 팔릴 것으로 예측되며 ADAS 상용화수준과 ADAS level이 올라가면서 전장용 MLCC 수요는 엄청 날 것으로 추측(상상의 영역)
되지만.. 단기적으로 MLCC 공급이 수요를 앞지를 가능성도 배제하진 못할 것 같다~
- 스마트폰향, 기지국향 High end MLCC 수요는 5G시대로 넘어가면서 탄탄할 것..
- 19년 전장향과 산업향 MLCC를 전체 매출의 1/3 이상차지할 것으로 삼성전기는 목표 --> 제품믹스가 일어나면서 ASP가 오를 것.
- 18.4Q 매출이 낮아진 이유는 Low-end IT향 제품수요가 떨어진 것 --> 미중 무역으로 인한 중국 스마트폰 제고가 쌓임..(Mid -Low end 향) --> 4Q MLCC 가동률은 90% 이상 --> 시장 우려와 달리 Q가 많이 안빠짐!
- 삼성전기 컨콜에 따르면 19.1Q 전장용, 산업용 수요를 충족시킬 것이기에 MLCC 가동률(Q↑)과 ASP(P↑)는 올라갈 전망
============참고자료==========
- 구글링을 하다보니 'MLCC 다나와' 같은 싸이트가 하나 있다. 모든 MLCC의 단가를 알 수 있는 곳인데.. 문제는 무라타 한곳만 하더라도 MLCC 종류가 아래 표만큼 나온다..
- 그렇기 때문에, Filter 설정을 잘 해서 전장용 MLCC 파트별 단가를 추정.. 항목당 약 100개(?)정도 자료를 엑셀로 긁어모아 평균값을 추정
*무라타 전장용 MLCC 파트 별 평균 단가
- GCQ --> 파워트레인 향 평균 약 96.7원
- This product improves the high frequency characteristics and contributes to a reduction of power consumption by the High Q and low ESR.
Capacitor for automotive applications such as power train and safety equipment.
- GCM --> 안전장치, 편의용 크기에 따라 11.2~46.3원
- This product can be used for safety devices, such as the drive system control for engine ECU, air bags, and ABS.
- This product has cleared test conditions more severe than that of general products (GRM Series) even in
- GRM -->인포테인먼트, 기타 범용 4.87원
- This series is designed for use in Car Multimedia, Car Interior, Car Comfort application and General Electronic equipment. It is not appropriate for use in applications critical to passenger safety and car driving function (e.g. ABS, AIRBAG, etc)
- 현재 전장용 MLCC 단가는 고작해야 8~10원정도? 하지만 향 후 전기차시장이 열리면서 엔진쪽에 많은 양의 MLCC가 사용될 것으로 추정되는데 위에서 언급했듯 BMS향 MLCC는 몇십배는 비싸다~
- MLCC 전장용 영업이익은 IT MLCC 영업이익보다 비쌀 것으로 추정.. 삼성전기 전장용 MLCC는 IT MLCC보다 2배 비싸고.. 무라타 전장용 MLCC는 IT MLCC보다 약 2.3배 비싼 것으로 추정.. 그렇다면 영업이익률은 얼마나 차이가 날까..?
- 전장용과 it용의 가격차이가 나는 근본원인은 박막화와 적층화, 고온,고압 환경에서 결함 없이 작동할 수 있는지의 유무 (기술력)+ 수급 여건(현재 공급 여건이 타이트했으므로 추가 가격↑) --> 원가구조는 비슷한 것으로 추정..
- 삼성전기 ir에 확인해본 결과 원가단에서는 큰 차이가 나지 않으며, 수급여건상의 이유로 인해 전장용 MLCC가격이 높은 것도 아니라고 함.. --> 그렇다면 가격차이가 나는 근본 원인은 기술력의 차이..
- 즉, BMS향 MLCC 원가는 그대로이지만, 고온,고압의 환경에서 MLCC가 물성의변화 없이 안정적으로 기능을 할 수 있도록 하는 소재기술력이 필요로 하기 때문에 엄청난 프리미엄 가격이 붙는 것 --> 이익률이 어마무시할 것으로 조심스레 추정~
- MLCC만 봤을 때, 삼성전기보다는 무라타를 사는게 맞는 판단이 아닐까?, 삼성전기와 무라타의 전장향 MLCC Capa만 봐도 무라타가 압도적
- 자동차에 사용되는 MLCC는 고신뢰성 품질 보증 체제를 구축하는 것이 필수. 기술력은 차치하더라도, 고신뢰성 품질 보증 체제를 구축하는데 몇년의 Reference가 필요로 할까..?
- 삼성전기가 과연 무라타 만큼의 top tier 글로벌 자동차 업체들에게 MLCC 관련 Reference를 쌓을 수 있을까? 쌓는다한다면 도대체 무라타와 삼성전기0간의 간극은 얼마나 될까? 모르겠다~
- 아무리 생각해봐도 무라타가 더 좋아보인다 (MLCC 관련해서는~)
*무라타실적
