삼성전기 “AI 시대 MLCC 한계 보완”…실리콘 캐패시터 시장 정조준

AI 서버·HBM 패키지 고도화
전력 안정화 중요성 확대
초박형·저ESL 강점
MLCC 보완재 부상

▲삼성전기 실리콘 캐패시터 목업 (사진=삼성전기)

AI 데이터센터와 고성능 반도체 확산으로 전력 공급 안정성의 중요성이 커지면서 ‘실리콘 캐패시터’가 차세대 수동부품으로 주목받고 있다. 삼성전기는 기존 적층세라믹커패시터(MLCC)가 대응하기 어려운 초박형·고주파 영역을 실리콘 캐패시터로 보완하며 시장 확대에 나선다는 전략이다.

14일 삼성전기에 따르면 회사는 최근 자사 '실리콘 캐패시터' 세미나를 열고 AI 서버와 첨단 반도체 패키지의 고집적화가 캐패시터 시장의 변화를 이끌고 있다고 밝혔다.

AI 서버와 데이터센터는 연산 작업에 따라 순간적으로 많은 전력을 사용하기 때문에 안정적인 전압 공급과 노이즈 억제가 필수적이다. 캐패시터는 전력을 저장했다가 필요 시 공급하고 회로 간 간섭을 줄여 시스템 안정성을 유지하는 역할을 담당한다.

실리콘 캐패시터는 AI, 고성능 컴퓨팅(HPC), 광통신 등 고속·고밀도 전자장치의 전력 안정성을 높이고 부품 집적도를 극대화하는 핵심 소자로 꼽힌다. 반도체 미세공정을 활용해 실리콘 내부에 미세한 구멍을 형성한 뒤 전극과 유전체를 증착하는 방식으로 제작된다. 이를 통해 작은 면적에서도 높은 용량을 구현할 수 있으며 캐패시터 형성층 두께를 10㎛ 이하 수준까지 줄일 수 있다는 설명이다.

▲삼성전기 실리콘 캐패시터 (사진=삼성전기)

AI 반도체는 일반 반도체보다 전력 소모가 크고 순간적인 전력 변화 폭도 크다. 특히 그래픽처리장치(GPU)와 고대역폭메모리(HBM)가 탑재되는 AI 서버용 패키지는 고집적·대면적 구조로 설계되기 때문에 반도체 칩과 가장 가까운 위치에서 전력을 안정적으로 공급하는 기술이 중요하다.

실리콘 캐패시터의 주요 특징으로는 △초박형화 △우수한 고주파 특성 △넓은 온도·전압 범위 안정성 △고객 맞춤형 설계 등이 꼽힌다.

특히 실리콘 캐패시터는 AI 반도체 패키지 내부에 직접 탑재할 수 있을 정도로 얇다는 점이 강점이다. MLCC는 적층 구조 특성상 두께를 줄이는 데 한계가 있지만 실리콘 캐패시터는 얇은 두께 구현이 가능해 애플리케이션 프로세서(AP)와 HBM 인근에 배치할 수 있다. 전력 공급 지점과의 거리를 최소화해 전압 강하와 노이즈를 줄일 수 있다는 설명이다.

고주파 특성도 차별화 요소다. 실리콘 캐패시터는 전류 흐름을 방해하는 기생 인덕턴스(ESL)가 낮아 고속 연산 환경에 유리하다. 삼성전기는 AI 서버와 광통신, 자율주행, 항공우주 등 고주파·고신뢰성 시장에서 수요가 확대될 것으로 전망했다. 전압과 온도 변화에 따른 성능 저하가 적고 고온 환경에서도 안정적으로 동작하는 점도 강점으로 제시됐다.

실리콘 캐패시터와 MLCC는 경쟁 관계라기보다 상호 보완 관계에 가깝다. 범용 시장은 여전히 MLCC가 담당하지만 패키지 내부 공간 제약과 고주파 특성 요구가 커지는 영역에서는 실리콘 캐패시터가 새로운 시장을 열고 있다는 설명이다.

▲삼성전기 실리콘캐패시터 개발 그룹장 김원기 프로가 발표하고 있다. (사진=삼성전기)

실리콘 캐패시터 개발을 담당하는 김원기 그룹장은 “MLCC와 경쟁한다기보다는 MLCC가 가지 못하는 영역을 실리콘 캐패시터가 보완하는 개념”이라며 “MLCC로는 설계가 어려운 애플리케이션에 실리콘 캐패시터가 새로운 해법이 되고 있다”고 말했다.

이어 “컴포넌트와 실리콘 캐패시터, 패키지 기판을 모두 할 수 있는 곳은 삼성전기뿐”이라며 “고객 맞춤형 설계를 빠르게 제공하고 개발 기간을 줄일 수 있다는 점이 가장 큰 강점”이라고 덧붙였다.

AI 인프라 투자가 확대되면서 전력 안정화 솔루션의 중요성도 커지고 있다. 업계에서는 실리콘 캐패시터 시장이 올해부터 2031년까지 연평균 18% 성장할 것으로 전망하고 있다.

삼성전기는 최근 글로벌 빅테크 기업과 1조5000억원 규모의 실리콘 캐패시터 공급 계약을 체결하며 관련 사업 확대에 속도를 내고 있다.