‘영하 40도~영상 50도’ 견딜 피지컬…미래차 주도권 달렸다

[한국자동차공학회 정선경 회장·이데일리 정병묵 기자] 자율주행차는 기존의 기계 중심 구조를 넘어, 차량 전체를 정교한 전자 시스템(Electronic System)으로 재정의할 수 있다. 센서, 프로세서(SoC), 통신 모듈 등 핵심 전장 구성 요소의 수가 기하급수적으로 증가하면서, 자동차는 더 이상 단순한 기계적 이동체가 아니라 고성능 전자기기와 고하중 기계 구조가 결합된 새로운 유형의 복합 플랫폼으로 진화하고 있다.

자율주행 시스템의 안전성은 결국 센서의 신뢰성, 연산칩의 처리 안정성, 통신 모듈의 내구성과 동일성 등 전자 시스템 전반의 높은 신뢰성 확보에 의해 결정된다. 이는 미래차 소재 전략이 전장화·전자기 대응·열관리 기술을 중심으로 재편되어야 함을 시사하는 중요한 지점이다.

[이데일리 김일환 기자]

극한환경 견딜 전장 소재 혁신…열 관리도 관건

우선 극한 환경을 이겨내는 전장 소재 혁신 기술이 중요하다. 고내열성 반도체 패키징 소재, 고속 신호 전달을 가능하게 하는 저유전율·저손실(Low Dk/Df) 기판 소재, 고전력 연산 과정에서 발생하는 열을 효율적으로 분산·제어하는 고방열 소재는 자율주행 컴퓨팅이 요구하는 성능, 안정성, 내구성을 확보하는 핵심 기술 요소다. 여기에 더해 전동화 파워트레인과 전원 계통의 핵심 전원 공급체와 관련된 패키징, 절연 소재 혁신도 곧 차량 안전과 직결된다.

결국 전장 소재 혁신 없이는 자율주행 기술은 물론, 전기차의 에너지 효율과 안전성 역시 근본적으로 담보될 수 없다. 전장 소재는 미래 모빌리티의 신뢰성을 구축하는 가장 근본적 토대라 할 수 있다.

소프트웨어중심차량(SDV)으로의 전환은 차량 내 전자 아키텍처의 집적도를 기하급수적으로 높이고 있으며, 이는 곧 시스템 전력 소비와 열 발생량의 급격한 증가로 이어지고 있다. 이러한 환경에서 열을 얼마나 효율적으로 제어하느냐는 단순한 부품 성능의 문제가 아니라, 자율주행 컴퓨팅 전체의 안정성과 수명을 결정하는 구조적 요인으로 자리 잡고 있다. 다시 말해, 열 관리 소재 기술은 앞으로 전장 부품의 배치·구조 설계·패키징 전략을 규정하는 핵심기술이 될 것으로 판단된다.

특히 고성능 SoC와 대규모 센싱·통신 모듈이 생성하는 고열은 기존 냉각 구조만으로는 더 이상 대응하기 어렵다. 고열전도성 TIM(열계면 소재), 그래핀·h-BN(육방정계 질화붕소) 기반 방열 소재, 다층 열확산 구조체 등 고기능 소재의 역할이 전자 시스템의 신뢰성 유지에 절대적 요소로 부상하고 있다.

자율주행 데이터의 고속·고정밀 처리를 위해서는 열 문제 못지않게 전자기 간섭 관리(EMI/EMC)와 신호 무결성 확보가 필수적이다. 고속 신호 환경에서 조금의 노이즈나 ‘지터(Jitter·디지털 신호 편차 현상)’도 시스템 오류로 직결되기 때문에, 차폐·흡수·전송 특성을 정교하게 제어한 고기능 소재 개발이 요구된다. 결국 데이터와 열 관리는 자율주행 기능 구현의 후방 지원 요소가 아니라, SDV 시대 전장 시스템의 성능·내구·안전성을 규정하는 핵심 요소이며, 자율 주행 시스템이 고도화됨에 따라 그 중요성이 증가하고 있다.

테슬라 모델 Y. (사진=테슬라)

센서 투과·광학 소재는 자율차의 ‘눈’과 ‘피부’

또한 자율주행차의 안전성은 곧 센서 데이터의 정확성에서 비롯된다. 이에 따라 센서 커버, 카메라 렌즈, 보호 윈도우 등 외부 광학 구성 요소에 적용되는 소재는 단순한 보호재를 넘어 시스템 신뢰성을 결정하는 핵심 요소라 할 수 있다. 이들 소재는 높은 광 투과율, 난반사 억제, 내오염성, 기계적 강도 등 여러 가지 성능을 동시에 만족해야 한다. 특히 라이다(LiDAR)·레이더 장비에서는 저유전·저손실 특성을 갖춘 소재만이 안정적 신호 투과와 감지 성능을 확보할 수 있다. 결국 이러한 고기능 광학·투과 소재는 자율차가 외부 세계를 인식하고 해석하는 데 필요한 ‘눈’과 ‘피부’ 역할을 수행하며, 자율주행 안전성의 본질적 토대를 잇는 기술로 평가된다.

전장 소재는 차량 전자 플랫폼을 구성하며 자율주행과 SDV의 기반을 제공하고, AI 기반 신소재 기술은 조성·공정·미세조직 등 복잡한 변수를 정밀하게 해석하여 연구개발 효율을 획기적으로 향상시킨다. 동시에 친환경·순환 소재 기술은 ESG 규제와 글로벌 환경 기준을 충족시키며 지속 가능한 생산 체계를 가능하게 하고, 첨단 배터리 소재와 자원순환 기술은 전기차의 성능과 공급망 안정성을 담보하는 핵심 요소로 자리 잡고 있다.

이처럼 미래 자동차산업은 더 이상 개별 기술 단위의 경쟁에 머물지 않고, △전장 △인공지능 △친환경 △첨단 금속 및 복합 소재가 유기적으로 연결된 복합 생태계 경쟁으로 전환되고 있다. 이 네 가지 핵심 소재 기술은 독립적으로 존재하는 것이 아니라, 서로의 한계를 보완하며 미래 모빌리티 구조를 완성하는 기반 기술이 되어야 한다.

국내 자동차 소재 산업은 이 네 분야 모두에서 연구 역량과 산업 기반을 확보하고 있으며, 특히 전장 플랫폼 기술, 배터리 제조 역량, 재활용 기술, 첨단 금속 및 복합 소재 개발 능력에서 경쟁 우위를 갖는다. 그러나 글로벌 경쟁 환경은 빠르게 기술 단위 경쟁에서 기술 생태계 간 경쟁으로 전환되고 있다.

정선경 한국자동차연구원 소재연구본부장·한국자동차공학회장

따라서 향후 전략은 단순한 개별 기술 성능 향상을 넘어, 소재 기술 전주기(설계·개발·제조·재활용)를 통합적으로 연결하는 접근이 요구된다. 연구개발 단계에서는 AI 기반 소재 설계를 적극 활용하고, 제조 단계에서는 친환경·고신뢰성 소재 적용 범위를 확대하며, 사용 후 단계에서는 배터리·플라스틱·첨단 금속을 포함한 자원순환 체계를 고도화함으로써 지 속가능한 산업 구조를 완성해야 한다.