IT 기획시리즈 세계일류 IT 기술 9 IT 기획시리즈 - 세계일류 IT 기술 9 MEMS 기술을적용한자동차응용센서기술및동향 권재홍, 조우성, 김정훈, 김영훈고려대학교전자전기공학과주병권고려대학교전기전자전파공학부교수 bkju@korea.ac.kr 1. 서언 2. MEMS 기술적용자동차센서개요 3. MEMS 기술적용자동차센서기술 4. MEMS 기술적용자동차센서업체동향 5. MEMS 기술적용자동차센서시장동향 6. 맺음말 1. 서언 자동차는 2 만여개의부품이조립되어이루어지며, 자동차에적용되는전자부품들은쾌적한실내환경, 안전성증대등을위해고기능화ㆍ지능화되고있다. 이러한자동차전자화추세에발맞추어전자부품수요가급속히증대되고있으며, 차체내에사용되고있는전자부품은가볍고작아지면서도기능에있어서는더욱정확한전자제어시스템들이점점늘어나고있는추세이다. 본고에서는 Micro Electro Mechanical Systems(MEMS) 기술을적용한자동차용응용센서에대하여설명하고자한다. 2. MEMS 기술적용자동차센서개요 가. 자동차의전자제어장치및시스템현재판매되고있는중급승용차에는약 40 여개의센서가장착되고있고, 소형차의경우에도 20 여개의센서가사용되고있으며, 최고급승용차에는 80 여개가넘는센서가장착되고있다. 이와같이초소형고성능의각종감지센서는운전자의안전운행에크게기여하고있으 * 본컬럼은고려대학교전기전자전파공학부주병권교수가작성한내용입니다. 본내용과관련된사항은 ( 02-3290- 3671) 으로문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. - 21 -
주간기술동향통권 1284 호 2007. 2. 21. 바디제어 공조 리모트키 Memory Seat Memory Mirror 샤시 / 안전제어 조향 현가 제동 타이어압력 Seat Belt 에어벡 파워트레인제어 엔진제어 TM 제어 밧데리제어 냉각팬 점화계 4 륜구동 디스플레이제어 클러스터 Navigation Head Up Display 엔터테인먼트 휴대폰 CD/DAT 라디오 TV/DVD``` ( 그림 1) 자동차의전자제어장치 며전자제어시스템의일부에해당된다. ( 그림 1) 은자동차의전자제어장치구성도를나타낸다. 자동차의전자제어시스템중에어백시스템 (Airbag System), 브레이크잠김방지시스템 (Antilock Brake System: ABS), 전자제어엔진시스템, 전자제어현가시스템 (Electronic Control Suspension System: ECS), 전자제어조향시스템 (Electronic Power System: EPS) 등은중대형차종에서는이미기본사양처럼되어가고있고, 소형차종에서도선택적으로추가할수있는시점에와있다. 이밖에도차체거동제어시스템 (Vechicle Dynamic Control System: VDC), 관성항법시스템 (Navigation System), TCS(Traction Control System), CCS(Cruise Control System), 센서전자제어부엑튜에이터 1. MAP (Manifold Absolute Pressure) 센서 2. 공기유량센서 3. 가속도센서 4. Yaw (Angular) rate 센서 (Gyro) 5. 트로틀위치 (Throttle Positioning Sensor, TPS) 센서 6. 산소센서 7. 연료탱크압력센서등 입력처리회로 전원부 마이크로컴퓨터 ROM 출력처리회로 1. Fuel Injector 2. Ignition Coil 3. ISA 4. GR Solenoid 5. OBD Lamp 6. Purge Valve 7. A/C Relay 8. F/P Relay ( 그림 2) 자동차용센서, 전자제어부, 엑튜에이터의관계 - 22 -
IT 기획시리즈 - 세계일류 IT 기술 9 충돌방지시스템 (Collision Avoidance System), 화상정보시스템등의새로운시스템이계속개발되고있다. 이들전자관련주요시스템은유기생명체와마찬가지로감각기관에해당하는감지부 (Sensor Part: 예- 압력, 가속도및각속도, 위치, 유량, 온도및습도, 배기가스센서등 ), 뇌에해당되는전자제어부 (Electronic Control Unit: ECU), 근육에해당하는구동부 (Actuator Part: 예- 엔진, 모터, 솔레노이드등 ) 세가지요소로구성되어있다. ( 그림 2) 는자동차용센서, 전자제어부, 엑튜에이터 (Actuator) 의관계를보여주고있다. 나. 자동차용센서의용도 자동차의안전기술에는각종센서의역할이중요하지만그중에서도압력ㆍ가속도ㆍ각속도 센서가에어백, 차량안정화장치 / 브레이크제어에사용된다. 에어백에는가속도센서, 차량안 정화장치 / 브레이크제어에는각속도와가속도센서를조합한센서유니트, 차륜속도센서등 이사용되고있다. < 표 1> 은자동차용센서용도를설명해주고있다. < 표 1> 자동차용센서의용도구분센서종류용도동향 에어백 Rollover 차량안정화장치브레이크제어 高 G 가속도 각속도 고압가속도각속도 - 에어백의충동검지 - Front, 사이드등센서사용수가증가하고있음 - 각속도센서에의한차량의횡전각도 ( 橫轉角度 ) 검출 - 가속도ㆍ각속도센서에의한차량상태검출 - 고압센서에의한브레이크압검출 - 벨브에내장된저압센서로각타이타이어공기압저압어의공기압을검출 < 자료 >: 矢野經濟硏究所, 壓力ㆍ加速度ㆍ角速度センサの徹底硏究 2003, 2003. 6. Front 에어백의표준탑재가대략완료됨에따라, 사이드에어백의보급률이센서수량에영향을미칠것으로보임 미국을중심으로채용이활발해질것으로보임 유럽을중심으로탑재가진행되고있음. 일본내에서는고급차중심으로장착되고있음. 타이어업체와전자업체와의협동개발이활발히진행되고있음 다. 자동차용센서의분류 < 표 2> 에파워트레인 (Powertrain) 제어, 차량제어, 차체 (Body) 제어, 정보통신의 4 가지제어시스템에사용되고있는대표적인자동차용센서에대해서변환기능별로분류하여정리하였다. 센서는동력을발생시키는일련의연소과정을모니터링하고, 차륜과현가장치에가해지는부하상태를파악하며, 충돌과같은외부적위험요소를감지해내는등많은양의정보를수집하여제어장치에보내주고있다. 자동차는엔진과트랜스미션으로이루어진파워트레인, 브레이크, 현가및조향장치를포함하는샤시 (Chassis), 그외의나머지부분을차체로분류할수있다. 엔진에사용되는센서는대략 12 개정도로연료혼합, 연소조절및엔진에사용되는유체, - 23 -
주간기술동향통권 1284 호 2007. 2. 21. 배기가스모니터링과같은기능을수행하기위한센서들이기본적으로장착되어있다. 엔진에비하여트랜스미션에는많은센서가사용되고있지않다. 클러치와기어등에토크 < 표 2> 대표적인자동차용센서의분류 물리센서 화학센서 제어시스템 파워트레인제어 차량제어 차제제어 정보통신 자동차의기술과제 지구환경보전, 에너지절약 기본성능향상 Needs 배기가스정화, 연비향상 안전성향상, 쾌적성향상 편리성향상 시스템용 역학적센서 전자적센서 거리 위치각도 가속도진동 - 가솔린연료분사제어 - 공연비피드백제어 - 희박연소제어 - 가솔린直噴射제어 - 가솔린점화시기제어 - 디젤연료분산제어 - Idie 회전수제어 - Automatic transmission - Throttle 개폐정도 - 악셀레이터개폐정도 - Suspension 제어 - 定速주행제어 (Auto drive) - Anti lock brace (ABS) - Traction - Control - 주행자세 (4WS, VSC) - Laser rader - Steering - 車高 Throttle 개폐정도 - 24 - - Auto 에어컨 - 공기청정 - 에어백 - Digital meter - Light - 전방후방감시 - Back Sonar - Corner sonar - Air Mix damper - Potentiometer - Knock - 가속도 - 가속도충동檢知 - Personal 무선 - Car Navigation - 자동차전화 - 자동차 TV - VICS 대응 - Navigation - 초음파 - CCD - Laser rader 각속도 - 각속도 - 자이로 (Gyro) 압력 유량 위치회전속도 전류전파 - 엔진흡기압력 - 대기압력 - 연소압력 - 탱그내압력, 연료압력 - 공기량 (Air Flow Meter) - 車速, 전수, 크랭크각 ( 위치 ) Cam( 위치 ) - 전류 (EV 용 ) 광학적센서光 - 엔진着火시기 센서 전기화학적센서 가스 - 엔진水온도 - 연료온도 - 흡기온도 - 배기가스온도 - O 2( 산소 ) - A/F( 空燃比 ) - HC, NOx < 자료 >: 自動車技術, 自動車用センサの技術動向, 2002. 4. - 브레이크압력 - 차륜속도 - 車速 - 에어컨냉매압력 - 타이어공기압력 - Auto Brake 회전 - 車速 - Propeller shaft - 日射 - 光 - 내기온도, 외기온도 - Evaporator 출구온도 - Automatic 기름온도 - 乘員 - 스모그 ( 車內煙 ) - 가스 (CO) - 습도 - 地磁氣 - 車速 - 각종안테나 ( 라디오, 전화, GPS, VICS 용
IT 기획시리즈 - 세계일류 IT 기술 9 센서의필요성이제기되고있으나비용상의문제로인하여활발히진행되지못하고있다. 자동차의동력을도로에전달하고, 충돌이나기타의위험으로부터운전자를보호하는기능을담당하고있는샤시는 1978 년 ABS 시스템이도입되기이전에는거의전적으로운전자의힘또는유압시스템의작용으로동작하는기계적인구조로구성되어있었다. 그러나현재고급승용차에는차륜속도, 유압, 타이어압력, 조향각, 스프링의변위등을감지하기위하여센서가적용되고있다. 차체에사용되는센서로는시트, 백미러등의위치를감지하고, 연료와세척액의양을측정하며, 차내의온도나습도를조절하는간단한기능의센서가있다. 또한주행시주위차량과의거리나상대속도를측정하고위험을알려주는충돌경보시스템, 목표지점까지주행경로를알려주는항법시스템에사용되는센서들이있다. 라. 자동차용센서의적용분야현재상용화되어있는자동차엔진제어용압력센서 (MAP 센서 ) 를비롯하여엔진제어시스템 ( 압력, 유속 ), ABS 시스템 ( 가속도, 각속도 ), Traction 시스템 ( 가속도 ), 후륜제어시스템 ( 각속도, 가속도 ), 항법 (Navigation) 시스템 ( 전동자이로 ) 에사용되고있다. 이외에도엔진, 트랜스미션, 브레이크, 공조, 조명, 음향및차내쾌적환경등다양한부분에가스, 홀, 이미지, 초음파, 온도, 습도, 하중, 광, 적외선, 자기및위치센서등이사용되고있다. < 표 3> 자동차에서의센서적용가능분야 구분 Engine Transmission Brake 조향계보조기능공조조명 Safety Alarm In-pannel Comfortability Communication Communication control Dignosis 적용가능분야공연비제어, 점화시기, EGR, 2 차공기제어시스템, 시동및정지타이머제어기어비제어, 무단변속기 ABS, 충돌방지자동정속주행, 장매물회피, 주행도로유지, 타이어압제어, 자동레벨보조구동제어, wiper control 온습풍량제어, 좌석별환풍량제어, 유해공기차단조명제어, 사각지역제어에어백, door-lock, 알코올감지, 졸음감지도난방비, ok monitor 서비스 속도, 엔진회전, 연료량, 수온, 유압, 전암, 연비, 보유연료, 주행거리, ERROM timer, key-in 및계산기능 시스조정, 마사지기능차내조명 AV vision, 자동차통화, 자동차간통화 체적경로표시 On/Off-board - 25 -
주간기술동향통권 1284 호 2007. 2. 21. 최근자동차에는반도체집적화기술과 MEMS 기술발달로운전자의안전과쾌적환경, 엔진제어및배기가스등의제어와조절기능등새로운요구를만족하기위해소형, 고정밀센서의개발이이루어지고있고이를적용하기위한노력이진행되고있다. 쾌적한실내환경제공, 안전성의증대등을만족하기위해점차고기능화, 지능화되고있는자동차의전자화추세에발맞추어센서의수요가급속히증대되고있다. < 표 3> 에현재자동차에서사용되고있고향후사용이증가할것으로예측되는센서의적용가능분야를나타내었다. 기존자동차에서사용되었던기계식센서들은직경이 25mm 정도이고길이도상당히길었다. 그러나 MEMS 기술에의해최근제조된집적화회로부는한변이 2 3mm 정도이며, 패키징된후에는실제부품은 8 9mm 내에구현이가능함으로소형경량화의장점을갖고있다. 3. MEMS 기술적용자동차센서기술 MEMS 기술을적용한센서의상용화는먼저자동차엔진제어용압력센서 (Manifold Absolute Pressure Sensor) 에서부터시작이되었으며, 엔진제어시스템 ( 압력, 유속 ) ABS 시스템 ( 가속도, 각속도 ), Traction 시스템 ( 가속도 ), 후륜제어시스템 ( 각속도, 가속도 ), 네비게이션시스템 ( 진동자이로 ) 용등의압력과가속도센서가가장큰시장을형성하고있으며, 향후관성, 유속ㆍ유량그리고가스센서등의시장도꾸준히증가할것이다. 자동차이외생체의다양한정보를제공하기위한 Bio-mechanics 와 Bio-medical 용 ( 압력, 온도, 유량, 가속도, 각속도, 광학등 ), 가전기 ( 그림 3) 대표적인자동차용센서 - 26 -
IT 기획시리즈 - 세계일류 IT 기술 9 기용 ( 압력, 수위, 음향, 이미지, 가스등 ) 및정보통신기기용 ( 노즐, 밸브, 펌프, 적외선, 이미지등 ) 등에도광범위한응용분야를가지고있고지금까지사용되고있지않던장난감, 가전제품등실리콘센서를활용한신규제품의등장도예상할수있다. 이들중 MEMS 기술의접목으로구체화되고있는분야인압력, 가속도, 각속도, 유량센서위주로설명을하고자한다. ( 그림 3) 은자동차에적용되는대표적인센서를나타낸다. 가. 압력센서압력을감지해서전기신호로변환시키는목적으로사용되는감지기로서가전제품을비롯하여자동차, 생체공학용의료기, 환경제어와산업체의대규모시스템제어등에서광범위하게응용되고있다. 실리콘다이어프램형 (Diaphragm) 압력센서는외부압력에의한다이어프램의휨정도가달라짐을이용하는정전용량형 (Capacitive) 과다이어프램위에위치한저항체가응력에따라저항값이바뀌게됨을이용하는압저항형 (Piezores-istive) 으로구분된다. 정전용량형압력센서는온도계수가낮고, 전력손실이작지만, 소자면적이넓어야하고정전용량을출력신호로이용하기때문에복잡한신호처리부를필요로한다. 반면에압저항형압력센서는선형성이우수하고신호처리가용이하나, 감도가낮으며온도의존성이용량형보다높다. ( 그림 4) 는다이어프램형구조의압력센서와그응용제품을 ( 그림 5, 6) 은정전용량형과압저항형압력센서응용제품을각각나타낸다. 실리콘압력센서는주로자동차의엔진흡입기관내의진공변화를이용해서실린더에공급되는공기량을간접적으로알아내는데이용되고있다. 따라서이형식을사용한자동차에서는 ( 그림 4) 다이어프램형구조의압력센서응용제품 - 27 -
주간기술동향통권 1284 호 2007. 2. 21. 별도의공기유량센서가필요없다. 압력센서가엔진가까이에서사용됨으로고온 ( 약 120 ) 에견딜수있어야하며특히온도특성이좋은것이바람직하다. 이를위해서고온특성이좋은 SOI(Silicon On Insulator) 구조의실리콘압력센서가개발되고있다. < 표 4> 에는자동차에적용가능한압력센서에관하여정리하여나타내었다. ( 그림 5) 정전용량형압력센서및 ISSYS Sensing Systems 사응용제품 기압계 고도계 혈압계 ( 그림 6) 압저항형압력센서응용제품 - 28 -
IT 기획시리즈 - 세계일류 IT 기술 9 < 표 4> 자동차에적용가능한압력센서 구분 Engine Control Vehicle Stability Transmission Control Safety Drive 적용센서 - MAP sensor(1~2bar) - EGR sensor(1bar) - Diesel sensor(2~6bar) - Barometric sensor(1bar) - Oil sensor(4~16bar) - Aircon sensor(10~50bar) - Fuel tank sensor(3~5kpa) - GDI Sensor(150bar) - Oil sensor - Oil sensor - Tire pressure sensor(4~10bar) 나. 가속도센서가속도센서는물체에작용하는가속력, 진동력및충격력등의동적힘을순간적으로감지할수있으므로자동차, 기차, 항공기및선박등운송기기와 FA(Factory Automation) 관련실리콘가속도센서 미세기계구조부변환소자부신호처리부 단결정실리콘 다결정실리콘 니켈금속 Piezoelectric effect Piezoresistive effect Capacitive effect Force Balancing Voltage Current Frequency 마이크로머시닝기술 Surface Micromaching Bulk Micromaching LIGA Porous Silicon Micromaching 집적회로공정기술 Biopolar Compatible CMOS Compatible BiCMOS Compatible ASIC 기술 Amplification Temperature/Offset Compensation Self-Test ( 그림 7) 실리콘가속도센서에사용되는주요기술 ( 그림 8) 실리콘기반으로제작된가속도센서응용제품 - 29 -
주간기술동향통권 1284 호 2007. 2. 21. 장비등에폭넓게활용할수있다. 특히, 최근에자동차의안정도에관한관심이높아지면서정면충돌시운전자와승객을보호하기위한안전장치로에어백의설치를법규화하면서에어백에들어가는핵심소자인자동차용가속도센서에대한연구가많이이루어지고있다. ( 그림 7) 은실리콘가속도센서에사용되는주요기술을나타내며 ( 그림 8) 은그응용제품을나타낸다. 기계식가속도센서는구조가복잡하고크고무거우며양산이힘들어신뢰성이낮고가격이높아그활용이제한된다. 반면에실리콘가속도센서는실리콘의기계적성질이우수하여기존에확립된반도체집적회로공정기술을이용함으로써신뢰성과양산성을향상시킬수있으며, 소자의소형화, 경량화및저가격화가가능하다는장점이있다. 지금까지발표된실리콘가속도센서는박막형성이용이한다결정실리콘을 Surface Micromachining 하여만든용량형과단결정실리콘위에압저항소자를제작하고이를 Bulk Micromachining 으로박막을가공하여만든압저항형으로분류할수있다. < 표 5> 는변환소자에따른가속도센서의주요특성을비교해놓은것이다. 그중압저항형가속도센서는압전형과용량형의중간적인특성을나타내고있으며, 구조및신호처리가단순하고요구되는성능을만족시키면서저렴한가격으로제조할수있는장점이있다. < 표 5> 실리콘가속도센서의특성비교 Parameter 압전형압저항형용량형 (Piezoelectric) (Piezoresistive) (Capacitive) DC response No Yes Yes Bandiwidth Wide Medium Wide Self-generating Yes No No Impedance High Low Very High Signal level High Low Medium Temperature range -55~100-50~150-200~200 Sensitivity High Medium Medium Linearity Good Moderate Good Static calibration No Yes Yes Cost High Low Medium Ruggedness Good Medium Good Withstands shock Yes No No 다. 각속도센서 MEMS 기술에의해제작된수정진동자각속도센서 (Angular Rate Sensor) 는코리올리효과 (Coriolis Effect) 를이용하여이동체자신이좌우로빗나가는선회각속도를감지한다. 이로써 - 30 -
IT 기획시리즈 - 세계일류 IT 기술 9 자신이진행하게될진로를판단하고진행방향을수정, 갱신하면서바퀴를굴려목적지에도달한다. BEI GyroChip 계열의센서들은 MEMS 기술로제조된양단형의수정음차와첨단전자회로로구성되었으며, 코리올리효과를이용하여선회 (Yaw) 속도를감지한다. GyroChip 은자동차, 항공, 방위산업, 의료기기, 일반산업계에걸쳐서광범위하고다양하게응용되고있다. GyroChip 은진동수정음차를이용하여각속도를감지하는센서이다. 코리올리효과를이용함으로써센서의세로축에대한회전운동이회전각에비례하는 DC 전압으로나타난다. 센서는단결정압전수정의단면웨이퍼를화학적으로처리한초미세양단형수정음차와이것을지지하는구조물로구성된다. 압전수정소재의이용으로능동 (Active) 소자가단순화되어온도와경사변화에대해뛰어난안정성을갖는다. 센서의능동부분인구동빗살 (Drive Tine) 들은진폭이정밀한발진회로로구동되어높은진동수로서로가까워지고멀어지는운동을지속하게된다. 각속도센서는자동차의능동현가장치등에설치되어자동차동작의안정화에기여한다. ( 그림 9) 는각속도센서및응용제품을나타낸다. ( 그림 9) BOSCH 에서제작한각속도센서및응용제품 라. 유량센서압력, 온도, 레벨등과함께산업현장에서가장많이측정되는측정량중의하나로유량측정은가장측정하기가까다로우며측정방법도측정목적 ( 정밀측정용, 공정용 ) 및액체, 기체, 증기, 유체의물성 ( 밀도, 점도, 비열, 온도, 압력, 전기전도도등 ) 에따라매우다양하다. 유량측정은다른측정량과는달리직접유량을측정하는방식은매우적으며, 다른물리량을측정하고이측정된정보로부터유량을산출하는방식이대부분이다. 유량을측정하는방법에는매우많은종류가있으며, 유량센서의종류도다양하다고말할 - 31 -
주간기술동향통권 1284 호 2007. 2. 21. ISSYS Sensing Systems Inc. The fluid density and mass flow sensor design and tensional vibration mode KTH KTH Flow channel ( 그림 10) 스웨덴 KTH 대학에서개발한유량센서및 ISSYS Sensing Systems 사응용제품 수있다. 사용되는유량센서의종류는기계식, 전자식등이있으며유량산출을위한측정량으 로는열, 차압, 온도, 동압, 회전수, 초음파의전달시간, 레벨, 유도된전기, 변이량, 와류발생 주파수, 힘등다양하다. 따라서유량센서에대한기술은매우종합적인기술이라고말할수있 다. 반도체기술을이용한유량및유속센서는열선유속계에서발전되어왔다. ( 그림 10) 은유 량센서및응용제품을나타낸다. 반도체산업이급속히발달되고 MEMS 기술이최근개발됨에따라저렴한가격으로대량 생산할수있는센서의개발이가능하게되었다. 열선유속계의유체에의한열선의방열효과 < 표 6> 유량및유속센서의비교 구분 크기 [m m] 컨틸레버형열전대 450 450 (sensor) 마이크로브리지형열저항체 450 450 (sensor) 범형열저항체 6,000 8,000 (sensor) 실리콘채널형열저항체 4,500 5,000 (sensor) 다이어프램형열저항체 3,500 500 (chip) 용량형마이크로채널 9,700 3,000 (chip) 초전형유량체 최소선폭 [ μm ] 4 10 75 10 10 3.5 100 감도 [mv/(m/a) 1/2 ] Dynamic range[m/s] 최소측정가능 [m/s] 감지물질 감지원리 14 5 1,000 ( 증폭후 ) 832 ( 증폭후 ) 6,000 6,000 (chip) 9 - -1 0~25 0~7 10~60 0~5 0~5-10 -4 0~30 0.1 0.1 1 0.01 0.1 10-5 0.1 알루미늄, 다결정실리콘 열기전력효과 다결정실리콘 니켈티타늄금 / 크롬실리콘 열저항효과열저항효과열저항효과열저항효과 유속에따른압력변화 LlTaO 3 기판 /NlCr 평판전극 정전용량변화 - 32 -
IT 기획시리즈 - 세계일류 IT 기술 9 원리가반도체를이용한유량및유속센서에도그대로적용되며열선대신박막을이용한연구 가진행되고있다. 반도체기술을이용한유량및유속센서를 < 표 6> 에비교하여나타내었다. 4. MEMS 기술적용자동차센서업체동향자동차의성능및안전성을높이기위하여차체내외에필요한데이터를제공하는수많은센서들로구성되어있다. 초기에는엔진과산소, 유체, 온도, 전압, 전류와같은주행파라미터의정보를얻기위해센서가장착되었으나, 최근에는다양한액추에이터, 모터, 안티- 록 (Anti-lock) 브레이크시스템, 파워윈도모터등의데이터를수집하는데까지사용영역을넓히고있다. 곧발표될 Business Communications 사의 RGB-323 자동차센서보고서에따르면 2005 년에 105 억달러였던전세계자동차용센서시장은매해 6.1% 의성장률을보여 2010 년에는 142 억달러에이를것으로전망했다. ( 그림 11) 은자동자용센서의시장을보여주고있다. ( 그림 11) 2010 년까지제품부문으로나눈전세계자동차용센서시장 - 33 -
주간기술동향통권 1284 호 2007. 2. 21. 2005 년부터 2010 년까지자동차의안전장치에사용되는센서는연평균 13.7% 의성장률을보이고뒤를이어자동차실내에사용되는센서가연평균 6.2% 의성장률을보일것이라고예측되고있으며, 정부, 소비자, 자동차생산회사의영향으로지속적인성장과안정적인시장을형성해가고있다. 이기간동안위치, 속도, 산소를측정하는센서가연평균 6.7%, 압력가속센서가 5.7%, 무게, 기류, 온도및이외의센서들이 4.6% 의성장률을나타낼것으로보이며, 2005 년에 62 억달러에서 2010 년에 86 억달러로성장하는가장큰시장으로남을것이다. 자동차용센서는일반적으로주문자상표부착생산 (OEM) 방식으로사업이이루어지고실제적으로애프터마켓은없는실정이기때문에신뢰성이높고저렴한가격의센서를대량으로생산해야하는자동차용센서시장은매력적이고지속적으로성장하는수십억달러규모의시장이다. MEMS 센서기술은이러한요구를충족시키기때문에자동차용센서애플리케이션에넓게사용되고있다. 점차온보드시스템이전기 / 전자시스템으로바뀌면서자동차용전자제품시장의가치는점점증가하고있다. < 표 7> 은 MEMS 기술을적용한센서제작업체와그시제품에대한간단한사양을정리한것이다. 미국의경우미국과학재단 (NSF), DARPA(Defense Advanced Research Project Agency), DOE(Department of Energy) 등에서 MEMS 분야의연구를지원하고있으며, 산학연간긴밀한 < 표 7> MEMS 기술이용제품시판현황 업체명 제품 Sense & device method Mirco-machine Type Lucas Nova sensor 압력센서 Piezoresistive Bulk Motorola 압력센서 Piezoresistive Bulk Delphi(Delco) 압력센서 Piezoresistive Bulk EG&G IC sensor 압력센서 Piezoresistive Bulk Silicon Microstructure 압력센서 Piezoresistive Bulk Foxboro/ICTT 압력센서 Piezoresistive Bulk Honeywell 흐름, 습도센서 Themal, other Bulk+Surface Analog Devices Accelerometer Capacitive Surface Robert Bosch Accelerometer Capacitive Surface VTI Hamin Accelerometer Capacitive Bulk Eudevco Accelerometer Piezoresistive Bulk Delphi Angular rate 센서 Capacitive Surface Daimier Benz Angular rate 센서 Piezoresistive Bulk+Surface Robert Bosch Angular rate 센서 Capacitive Bulk+Surface Texas Instrument 디스플레이 Electrostatic Surface Redwood micro 벨브 Thermal Bulk - 34 -
IT 기획시리즈 - 세계일류 IT 기술 9 연계로체계적인기술및연구개발투자를해오고있다. 인텔, 코닝, 하니웰, 제록스등의업체에서는 MEMS Industry Group 을신설하는등시장성을높게평가하고있으며 Nova Sensor, Motorola, Delphi 등의업체에서 MEMS 기술을이용한센서를생산판매하고있다. 유럽에서는 1994 년부터 NEXUS 등과같은네트워크를구축하여관련연구기관과산업체간의정보교환, 공동컨소시엄형성등을통해활발한연구개발을진행하고있다. NEXUS 외에도 EC Europractive IST 프로그램의일환으로유럽의 8 개 MEMS 및마이크로시스템 R&D 센터를포함하는 MEMSOI 를형성하고있다. 덴소 (Denso), 델파이 (Delphi), 지멘스 (Siemens), 보쉬 (Bosch) 같이회사내에서센서를만드는시스템공급자역할을하며, 프리스케일 ( 모토로라 ), 텍사스인스트루먼트 (Texas Instrument), 인피니언 (Infineon), 필립스 (Philips), 아날로그디바이스 (Analog Device) 와같이부분적으로 OEM 생산을하거나시스템을제작하는센서생산능력을갖춘반도체생산업체들그리고 Kavlico, Melexis, Allegro, Sensonor, Ruf, Hitachi, Sensonor, Systron-Donner, Murata, and VTI- Hamlin 같이부분적으로 OEM 생산을하거나시스템공급자인센서전문업체들로전세계센서시장에존재하고있다. 5. MEMS 기술적용자동차센서시장동향 2006 년 1 월 17 일에발표한보스톤시장분석 2003~2012 자동차센서수요예상 에의하면자동차센서시장이연간 11% 의성장으로 2006 년에 101 억달러에도달할것으로보이며자동차생산률보다 2 배이상성장된센서수요를나타내었다. 또한, 자동차성능, 특징그리고안전성향상에대한센서공급이향후 10 년동안꾸준한성장을보일것이라고보고하였으며, 실리콘기반의자동차센서의수입이 2012 년에는 158 억달러까지육박할것으로보고하였다 (( 그림 12) 참조 ). < 자료 >: Boston, MA-January 17, 2006. ( 그림 12) 2006 년전세계자동차센서시장 - 35 -
주간기술동향통권 1284 호 2007. 2. 21. 6. 맺음말자동차에서 MEMS 기술은주로가속도센서, 자이로, 압력센서등고성능감지소자개발에응용되고있으며, 현재가시적시장은에어용가속도계, 차체제어용자이로, MAP 센서, 타이어공기압센서등에집중되고있다. 미국은 National Science Foundation(NSF) 의자금지원으로연간 200 만달러를가속도센서에투자하고있고, 일본은정부와 Nipon Denso Micromachine Center 를설립하여 Nippondenso, Toyota 등자동차회사와부품회사를중심으로과제를수행하고있다. 또한, 유럽에서도공동개발형태로연구가추진되고있으며, 독일에서는자동차전장전문업체를중심으로기술개발이활발하여스웨덴, 스위스, 프랑스등에서도자동차용센서및전장시스템에대한연구개발을추진하고있다. 따라서선진국대비기술우위의센서산업활성화를위해서는사용자, 칩제조, 칩페키징등의역할별, 기업, 연구소, 대학간의기술별컨소시엄구축등과같은실질적이고치밀한사전전략하에서사업수행이이루어져야할것이다. < 참고문헌 > [1] T. KOHLER, S. MIETKE, J. ILGNER and M. WERNER, Markets for Microsystems and Electronics in Automotive Applications, Sensors Update, Vol.9(1), 2001, pp.357-388. [2] 손종구, 권영일, 구영덕, 자동차용센서 (Sensor for Vehicles), 기술산업정보분석, 2003. [3] 박효덕, 차량용 MEMS 센서개발연구회, 산업자원부, 2005. [4] 주병권, 자동차용센서기술분석 - MEMS 적용분야를중심으로, 전자정보센터 (EIC), 2001. [5] 조용호, MEMS 2003(Micro-electromechanical system) 상용화측면및최신연구개발동향, 전자정보센터 (EIC), 2003. [6] 고려대학교디스플레이및나노시스템연구실 (http://diana.korea.ac.kr) [7] Business Communications 사 (http://www.bccresearch.com) - 36 -