애플이 사파이어에 10억 달러를 투자하는 방법

사파이어지는 오래 전부터 보석으로 유명하지만 산업 소재(합성 형태로)로서의 중요성도 계속 커지고 있다. 그러나 높은 비용 탓에 대부분의 사용자들은 사파이어가 가진 광학적인 투명함, 엄청난 강도, 그리고 유전체 성질이 주는 혜택을 누리지 못하고 있다. 애플이 바로 이러한 사파이어를 전략적 투자 대상으로 삼았다. 이 투자가 성공한다면 애플은 자체 모바일 제품부터 시작해서 사파이어를 대중 시장으로 본격적으로 끌어오게 될 것이다. 그림: 커런덤 크리스탈 구조 Credit: Chip Clark, Smithsonian Institution staff

애플은 아이폰 5 카메라를 시작으로 최근에는 아이폰 5S 터치 ID 홈 버튼에서 소형 사파이어 디스크를 덮개로 사용하고 있다(사진은 해부도이며, 맨 오른쪽이 사파이어 덮개임). 애플은 애리조나 공장에 5억 7,800만 달러를 들여 사파이어 용광로를 설비 중이다. 가동될 경우 애리조나 공장은 막대한 양의 사파이어를 생산하게 된다. 소문에 따르면 그 많은 사파이어는 2014년 또는 2015년에 출시될 아이폰 디스플레이의 덮개로 사용될 것이라고 한다.

애리조나 주 메사의 생산 현장에 설비된 GT 어드밴스드 테크놀로지스(GT Advanced Technologies)의 첨단 사파이어 용광로가 설치되어 있다. 이 GTAT 용광로는 일명 초크랄스키(Czochralski) 용융 성장의 변형된 공정을 사용한다. 용해와 지향성 냉각을 결합해 극히 높은 순도의 초대형 사파이어 크리스탈을 만든다. 사진은 매사추세츠 주 살렘에 소재한 GTAT의 사파이어 R&D 및 생산 설비에서 가동 중인 ASF 장비. Credit: BusinessWire

이 도면은 GTAT의 AFS가 어떻게 원재료용 사파이어를 만드는지 보여준다. 사파이어는 미네랄 커런덤(또는 산화알루미늄)의 변형이다. 공정은 먼저 특정한 수정체 방향성을 가진 시드 사파이어 크리스탈부터 시작된다. 여기에 산화알루미늄 성장 혼합이 더해지고, 용융점인 섭씨 2,040도까지 가열된다. 이후 성장이 완료될 때까지 아래에서 위로 열을 뽑아낸다. 전체 공정에 약 15일이 소요된다.

결과물은 하키 퍽 모양의 무색 사파이어 덩어리다. 천연 상태에서는 철과 티타늄 불순물로 인해 사파이어의 독특한 푸른 빛이 감돌게 되며, 크롬이 섞이면 또 다른 커런덤 보석인 루비가 된다. AFS는 다양한 크기를 생산할 수 있는데 가장 큰 것은 높이 약 38cm, 직경 약 38cm에 무게는 114kg 정도다. 하지만 이것도 시작일 뿐이다.

애플이 아시아의 협력사에 이 덩어리를 보내면, 협력사가 다이어몬드 톱 또는 와이어를 사용해 여러 블럭으로 절단해 연마하여 모양을 만들고 최종 제품으로 조립하기 위한(소문에 따르면 2014년 아이폰의 덮개) 준비 작업을 한다. 사파이어가 단단한 만큼 이와 같은 모든 단계에는 더 많은 시간과 복잡성이 수반되며, 따라서 공급망에 대한 상당한 규모의 투자가 요구된다. 또한 의외지만 이 단계에서 사파이어에 균열이 생기기도 쉽다.

에어로-기어(Aero-Gear)의 이 비디오를 보면 사파이어 스크린 아이폰이 어떤 특징을 갖게 될지 짐작이 가능하다. 에어로 기어는 현재 아이폰 4, 5, 5s용에 붙이는 플라이트 글래스 SX 사파이어 크리스탈(Flight Glass SX Sapphire Crystal) 보호 스크린을 69달러에 판매하고 있다. 비디오를 보면, 무거운 시멘트 벽돌로 사파이어 스크린을 문질러도 모래와 먼지만 남을 뿐 긁힘은 전혀 생기지 않는다.