20만번 견디는 `1㎜ 부품`…갤폴드2 힌지 9년간 연구

60개 부품이 견고하게 맞물린 갤럭시 Z 폴드2 힌지.

"갤럭시 Z 폴드2에 적용된 스위퍼 기술을 구현하기 위해 2년간 고무부터 칫솔, 청소기 헤더까지 99개 소재를 연구했습니다. 지난해 가을 마침내 1㎜대 섬유 스위퍼를 구현할 수 있게 됐습니다. 폴더블폰 시장이 열리면 이렇게 축적한 힌지와 스위퍼 기술이 핵심 경쟁력이 될 겁니다."

삼성전자 수원사업장에서 만난 무선사업부 기구개발팀의 문희철 프로는 영화 '맨인블랙' 속 요원이 들고 다닐 것 같은 은색 007가방을 들고 나타났다. 2년여의 폴더블폰 스위퍼 개발 기간에 테스트한 시료(샘플) 수십 개가 담긴 가방이다. 기구개발팀은 디스플레이를 제외한 모든 요소를 담당한다.

문 프로는 "사람들이 앞으로 신기술은 인공지능(AI), 소프트웨어에서 주로 나올 것이라고 하지만 저희 팀은 반대쪽 입장"이라며 "여전히 사람들은 실제 물건을 만지고, 가지고 다니는 활동을 지속할 것이기 때문"이라고 말했다. 그는 이어 "2012년부터 사업부에서 폴더블 태스크포스(TF)를 만들어 미래를 위한 준비를 시작했다"며 "일찍부터 엔지니어들이 뛰어들어 무수한 시행착오를 겪은 것이 삼성 폴더블폰 차별성의 원천"이라고 말했다.

Z 플립부터 도입된 스위퍼도 삼성전자의 독창적인 기술이다. 스위퍼는 폴드 2의 힌지와 연결되는 디스플레이의 아래 면에 위아래로 길게 깔려 있는 섬유다. 높이는 1㎜대다. 20만번씩 접고 펴는 폴딩 동작을 거쳐도 스마트폰 본체에 자국을 내지 않고, 극한 환경에서도 힌지 연결 부위를 통해 모래 등 외부 이물질이 들어오는 것을 막아준다.

삼성전자 무선사업부 기구개발팀의 황승현 프로(왼쪽)와 문희철 프로가 핵심 기술이 담긴 힌지 부품과 갤럭시 Z 폴드2를 들고 있는 모습. [사진 제공 = 삼성전자]

개발팀은 이 소재를 찾기 위해 고무부터 칫솔까지 2년간 98개 아이디어에 대해 테스트했다. 98번째 아이디어가 칫솔 소재였고, 문 프로가 삼성전자 생활가전사업부에 근무하던 경험을 살려 수만 번 회전하는 '청소기 헤더' 소재를 활용해 보자고 한 것이 99번째 아이디어였다. '20만번 수명 조건' '탄성체 조건' '사이즈 조건'을 모두 충족시키는 소재를 발견한 유레카의 순간이다. 청소기 섬유 제조공정은 3~4㎜ 커팅만이 가능해 단말기에 넣을 1㎜대 커팅 공정 기술을 제공할 수 있는 업체를 찾기 위한 노력에도 6개월이 더 걸렸다.

Z 폴드 2를 사용해 보면 바로 느낄 수 있는 고급스러운 닫힘과 열림의 경험도 '힌지' 기술 개발의 산물이다. 황승현 프로는 "폴드 2에서는 폴드 1 사용자 요청을 반영해 힌지에 3가지 '힘'을 강화했다"며 "180도 펴진 상태를 유지하는 힘, 견고하게 닫히는 힘, 중간 각도에서 멈출 수 있는 '플렉스 모드'를 지원하는 힘이 그 주인공"이라고 말했다.

폴드 2 힌지에는 Z 플립보다 커진 디스플레이 반력(反力)을 견디기 위해 힌지에 들어가는 캠(CAM)과 탄성체 역할을 하는 스프링 부품이 2배 더 들어갔다. 실제로 본 힌지는 60여 개 부품이 스위스 시계 내부처럼 정교하게 결합돼 있었다. 위아래에 캠 구조물이 있는데 부품만 손에 들고 열려고 할 때는 보통 힘을 줘서는 열리지 않을 정도로 견고하다. 여기에 위아래로 힘을 작용하는 스프링도 들어가 캠을 한층 더 고정한다. 20만번 접고 펴는 테스트를 견디면서도 고급스럽게 '탁' 하고 닫히고 열리는 힌지 경험을 뒷받침하는 기술이다.

75~115도에서 힌지를 멈출 수 있는 '플렉스 모드'는 마름모꼴 요철이 튀어나온 원형의 '캠 메커니즘'으로 구현됐다. 사용자가 폴드2를 열면 75도까지는 회전하는 부품이 경사선을 타고 올라가고, 75~115도는 요철 위 평면에 부품이 위치해 고정된 형태를 유지할 수 있게 한다. 115도를 넘어가면 다시 다음 경사면을 타고 내려가게 돼 폰이 펴진다. 이 모든 힘의 역학을 계산하고 20만번 내구성을 견딜 수 있게 한 것이 기술력의 요체다.

360도 힌지나 2번 접는 폴더블 개발도 가능하지 않을까. 황 프로는 "폴더블이 해결하고 지향해야 할 바는 많다"며 "360도 등 여러 각도로 접는 것도 그중 하나이고, 소비자 피드백을 바탕으로 고민하고 있는 단계"라고 말했다.

그는 이어 "좀 더 견고하고 슬림한 힌지가 구현될 수 있도록 검토를 이어가고 있다"며 "폴더블폰이 여러 가지 형태로 폴딩될 수 있는 미래 기술 측면에서는 여러 번 접는 타입도 하나의 가능성이 될 수 있을 것"이라고 말했다.

삼성전자는 올해 Z 플립과 Z 폴드 2를 출시한 데 이어 내년에는 보급형 등 한층 더 다양한 폴더블폰 라인업을 내놓을 것으로 예상된다.

문 프로는 "폴더블폰은 이제 시작"이라며 "사용자가 늘면 욕구도 다양해지고 이에 맞춰 삼성 폴더블폰도 배터리 용량이 강조되거나 가격경쟁력이 강조되는 형태 등 여러 갈래로 발전할 것"이라고 말했다.

[이승윤 기자 / 홍성용 기자]