금속 폰은 전파를 막는다. 그래서 생긴 플라스틱 라인이, 이제 배터리와 수소 탱크로 간다.

1편은 접합이 어떻게 되는지를 다뤘다. 나노미터 크기의 기공이 빽빽한 전처리 금속 표면, 압력으로 그 안에 밀어 넣은 용융, 그리고 거기서 굳어 수백만 개의 앵커가 된 수지. 이번 편은 대체 왜 이렇게까지 하느냐는 이야기다. 답은 접합과는 아무 상관도 없는 데서 시작한다. 금속이 전파를 막는다는 것.

이 기술이 폰에서 하는 두 가지 일을 한번 보고 나면, 그것이 퍼져 나간 어디서든 똑같은 짝이 눈에 들어온다. 금속 벽으로 뭔가를 통과시키고, 그 구멍은 다른 게 못 지나가도록 막는 것. 폰은 전파를 통과시켜야 했다. 그 뒤에 줄 선 부품들(배터리 커버, 수소 탱크, 커넥터)은 전류를 통과시켜야 하고, 밀봉이 뚫렸을 때 치를 대가는 갈수록 커진다.

전파가 문제다

통짜 금속으로 만든 폰 프레임은 근사한 물건이지만 결함이 하나 있다. 안테나를 통째로 가두는 차폐막이 된다는 것이다. 안테나는 닫힌 도체 껍데기 안에서는 전파를 못 내보낸다. 그래서 금속 폰은 어딘가를 열어 줘야 한다. 안테나가 바깥을 내다봐야 하는 자리마다 프레임을 잘라 낸 틈이다. 이 틈이 바로 1편에 나온 그 가느다란 플라스틱 라인이고, 그게 어디 앉느냐는 디자인 취향이 아니다. 안테나가 있는 자리에 그대로 앉는다. 라인이 모서리 근처에 몰리는 이유가 이것이다.

그런데 그 틈 자체가 새로운 숙제를 안긴다. 틈을 비워 둘 수는 없다. 바로 그 잘린 자리에서 프레임이 강성을 잃고, 물이 곧장 들어온다. 그래서 이 틈은 뻣뻣하고, 전파를 통과시키고, 프레임을 다시 하나의 구조물로 되돌릴 만큼 단단히 붙는 무언가로 메워야 한다. 그것도 벽 두께 2~3밀리미터 안에서, 나사도 개스킷도 접착제 한 줄 넣을 자리도 없이. 나노몰딩이 상용화된 건 바로 이 요구를 맞추기 위해서였다. 폰 제조사들이 딱 이 목적으로 NMT를 시험했다는 보도가 2011년까지 거슬러 올라가고, 그 뒤로 메운 안테나 라인은 금속 폰의 표준 구조가 됐다. 폰 한 대에 무선 대역이 늘어날수록 이 방식은 더 굳어졌다. 대역이 하나 추가될 때마다 껍데기를 또 한 군데 열어야 하기 때문이다.

다른 길이 없었던 건 아니고, 시장도 다 해 봤다. 통유리 후면, 플라스틱 일체형 바디, 케이스 바깥에 두른 안테나 밴드. 하지만 이것들은 애초에 금속을 고른 이유를 내준다. 얇은 두께에서의 강성, 그리고 재질이 주는 감촉이다. 플래그십 폰이 실제로 요구하는 조합(금속 바디, 열 개도 넘는 전파 경로, IP 방수 등급, 그리고 벽 두께 2~3밀리미터)을 한꺼번에 만족시키는 방법은 지금까지 딱 하나뿐이다. 창을 사출로 메워 넣는 것.

방수가 문제다

두 번째 일은 첫 번째 일 안에 숨어 있다. 방수 폰은 압력이 걸린 물을 막아 내도록 등급이 매겨진다. 그런데 안테나 라인은 하나같이 구조 벽을 관통해 자른 자리다. 그 둘레에 개스킷도, O링도, 접착제 한 줄도 없다. 밀봉을 맡는 건 금속-수지 계면 그 자체다. 1편에 나온 그 나노 기공 접합이, 이번엔 방벽 노릇까지 겸하는 것이다. 수지가 전처리층을 빈틈없이 채웠다면 접합부는 단단히 막힌다. 90%만 채웠다면, 못 채운 10%가 곧 누수 경로이고, 바깥을 아무리 뜯어봐도 그건 안 보인다.

여기는 한 번 짚고 넘어갈 만하다. 좋은 부품이 뭔지를 이게 바꿔 놓기 때문이다. 기계적 접합은 강도를 조금 잃어도 대개는 여전히 제 몫을 한다. 하지만 밀봉은 연속성을 조금만 잃어도 실패한 것이다. 밀봉엔 평균이 없다. 이런 부품을 당김 시험만이 아니라 리크 테스트로 확인하는 이유가 이것이고, 이 시리즈 4편이 사출 조건에 그렇게 많은 지면을 쓰는 이유도 이것이다. 누수 경로는 대개 프레스에서, 충전 첫 몇 초 사이에, 아무도 모르게 만들어진다.

조용한 세 번째 일: 구조

금속 프레임 부품 안쪽을 들여다보면 보통 수지로 짜 넣은 골격이 붙어 있다. 나사 체결용 보스, 리브, 스냅 후크, 금속을 전자 부품에서 떼어 놓는 절연 구역. 이게 세 번째 일이고, 아무도 광고하지 않는 일이다. 금속은 부품에 강성과 감촉을 준다. 수지는 금속에 직접 깎아 넣으려면 비싸거나 아예 불가능했을 자잘한 기능 형상을 도맡는다. 인서트 사출한 부품 하나가 브래킷과 체결 부품, 그리고 조립 공정 한 단계를 대신한다.

이 구조 덕분에 이 기술은 폰에만 머물지 않았다. 노트북 섀시, 시계 케이스, 카메라 바디, 커넥터 하우징. 겉은 금속이고 안은 기능성 플라스틱이길 바라는 자리라면 어디든 같은 방식이 나타난다. 이런 응용처는 안테나 라인만큼 까다롭지는 않다. 대개 구조용 재주만 빌려 쓰는 것이다. 진짜 까다로운 쪽은 나중에, 전혀 다른 업계에서 왔다.

다음 물결: 배터리, 수소, 열

TRI를 만든 공급사는 자사 응용 목록을 공개하는데, 그걸 읽다 보면 이 기술이 하는 일이 바뀌어 가는 걸 지켜보는 기분이 든다. 어느 완성차 업체를 위한 울트라커패시터 밀봉. 자동차용 리튬이온 배터리 커버 모듈. 알루미늄과 구리 단자를 PPS 커버에 사출한 것으로, 절연하면서, 벽 너머로 전류를 흘리고, 압력 아래서 방수까지 유지해야 한다. 연료전지차의 수소 탱크 부품. PTC 히터. 밀폐 커넥터. 하나하나가 결국 폰의 문제를 다시 쓴 것이다. 뭔가가 밀봉된 벽을 통과해야 하는데(이번엔 전파가 아니라 전류나 열이다) 그 통과 지점이 새면 안 된다.

이 목록을 내려갈수록 걸린 것이 커진다. 폰은 물이 새도 한 대 버리면 그만이다. 그런데 배터리 커버가 새거나 절연 구역이 무너지면 그건 안전 사고이고, 수소 탱크는 그 위험을 다시 한 단계 끌어올린다. 공학적 해답은 똑같은 나노 기공 계면이다. 하지만 1편에서 나온 그 내구 한계가, 주머니 속에 있을 때와는 비교도 안 되게 중요해진다. 자동차 부품은 영하 40도에서 120도를 오가는 열 사이클을 견디며 사는데, 재료를 제대로 안 고르면 그 사이클이 금속-수지 접합을 강도 절반 근처까지 깎아 내린다. 단자 쪽에 알루미늄 옆으로 구리가 등장하는 이유, 수지 쪽에 PPS가 자꾸 나오는 이유, 그리고 이 시리즈 3편이 애초에 재료를 다루는 이유가 다 이것이다.

이 모두가 프레스에 요구하는 것

응용처를 다 벗겨 내면, 공통으로 남는 요구는 하나다. 구조이면서 동시에 밀봉인 접합을, 금형 안에서 단 몇 초 만에, 남이 이미 값을 치른 보이지 않는 표면 처리가 된 인서트 위에 만들어 내는 것. 사출 담당자가 안테나 배치나 배터리 화학을 정하지는 않는다. 사출 담당자가 정하는 건, 용융이 굳기 전에 기공 바닥까지 닿았느냐다. 그리고 위의 모든 응용처에서, 바로 그 하나가 멀쩡한 부품이냐 새는 부품이냐를 가른다.

3편은 이 접합을 가능하게 하는 재료를 들여다본다. 왜 유리섬유 강화 PPS가 기본 수지가 됐는지, 알루미늄 그레이드가 무엇을 가져다주는지, 구리나 스테인리스가 끼면 무엇이 달라지는지. 4편은 트러블슈팅 편이다. 불량들, 레버들, 그리고 어느 불량이 프레스 몫이고 어느 불량이 인서트에 딸려 들어왔는지.

몰드닥터는 불량 사진과 공정 세팅을 받아 유력한 원인과 조정할 것을 추정한다. 다루는 부품이 이 글에 나온 종류라면, 그냥 붙기만 하면 되는 게 아니라 밀봉까지 해야 하는 인서트라면, 몰드닥터가 따지는 세팅 하나하나에 걸린 무게가 그만큼 더 무겁고, 4편이 그 둘을 한자리에 모은다.