모바일 기기에 응용하는 MEMS 센서 기술 전기전자공학 관련 제품의 동향조사
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MEMS 기술은 1900년대 중반부터 최근에 이르기까지 반세기 동안 점진적으로 발전해 왔지만, 특히 2000년대에 들어서면서 모바일 기기의 폭발적인 발전과 함께 그 활용도가 급증하고 있다. 여기서는 MEMS 센서 기술에 대해 소개하고, 이 기술이 모바일 기기에 어떻게 응용되고 있으며, 어디로 발전해 가야 할 것인지에 대해 의견을 제시한다.
Micro-Electro-Mechanical-System 기술을 적용한 센서, 즉 MEMS 센서는 애플이 2007년에 탄생시킨 스마트폰 시대를 여는 데 일등 공신이었다고 해도 과언이 아니다. 즉 기기의 방향, 움직임, 위치 데이터를 제공해 주는 각속도계, 가속도계 등을 MEMS 기술로 제작함으로써 성능을 한층 개선시킴은 물론, 크기를 혁신적으로 줄이고 소비전력을 낮춰 스마트폰 내에 장착할 수 있게 되었다. 이로 인해 기기와 사용자의 행동이 매칭될 수 있었고, 이는 스마트폰을 대표하는 기능으로 발표되었다.
그림 1. PC 및 스마트 기기의 변모 (Media System Lab., 2013)
이것을 시작으로, MEMS 기술은 스마트폰과 슬레이트/태블릿 PC 등의 모바일 기기에 더욱 활발히 적용되었으며, 오늘날에는 MEMS 센서 및 액추에이터가 모바일 기기 내부에서 가장 큰 비중을 차지하는 부품으로 인식되고 있다. 여기서는 MEMS 센서 기술의 특징 및 모바일 기기에의 응용에 대해 살펴보고, 발전 방향에 대해 생각해 본다.
세상의 변화
약 20년 전과 현재의 정보 생활을 통계적으로 비교해 보면, 3천만 명 정도였던 인터넷 사용자가 20억 명 이상으로 증가했으며, 1,500달러가 넘던 PC 가격이 500달러 이하로 떨어졌다. 또한 화면의 경우, 브라운관이 거의 100%였지만, 지금은 평판 디스플레이(LCD 혹은 OLED)로 바뀌었다.
즉, 세계적으로 약 200명당 1명이 쓰던 인터넷을 이제는 3명당 1명 정도가 쓰고 있으며, PC의 가격은 물가 상승률을 고려했을 때 1/10 이하로 떨어졌다. 그리고 디스플레이를 사용하는 스마트 기기들은 고정 기기에서 휴대가 자유로운 기기로 변모했다(그림 1 참조).
현재의 스마트 기기들은 완전한 개인용으로 활용됨에 따라 책상 위에서 가방 속, 주머니 안, 그리고 손목으로 옮겨지고 있다. 이는 기기의 성능이 향상된 것은 물론, 소형화, 저소비전력, 가격 부담 완화가 이루어짐으로써 나타나는 현상이며, 그 중심에 MEMS 센서와 액추에이터의 기술 발전이 있다는 것은 누구도 부인할 수가 없을 것이다.
모바일 기기 응용에 유리한 MEMS 기술
그림 2. MEMS 소자의 특징 (Bosch, 2013)
MEMS 소자는 대부분 반도체 공정을 이용하여 웨이퍼 위에 극소형으로 일괄 제작되며, 이로 인해 다음과 같은 특징을 갖고 있다. 즉, 제작된 소자들은 모두 특성이 균일하고 센서 신호의 감도와 액추에이터 정밀도가 향상되며, 회로를 집적화할 수 있어 신호 대 잡음비와 신호 처리 기능 등이 우수하다. 그리고 구조물이나 소자의 크기가 작아 소비 전력이 낮아지며, 일괄 생산하는 반도체 산업의 특징에 의해 가격 경쟁력이 뛰어나다.
이러한 특징들을 고려했을 때, 특히 모바일 기기에서 상대적으로 유리하다는 것을 짐작할 수 있다(그림 2 참조).
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