[e테크]미세전자기계 시스템[MEMS]-활용분야

각종 시스템의 초소형화 및 집적화, 저전력 소비를 구현할 수 있는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 의 사용 분야는 의약·통신·교통에서부터 산업·가전·농업에 이르기까지 광범위하다. 각종 센서는 의료장비와 기기, 자동차, 가전, 생산공정 제어, 공조 시스템 등에 사용되며 채널/노즐은 의료장비와 기기, 가전, 항공, 업무용 시스템, 환경 감시 시스템 등에 채택된다. 또 배열된 거울과 액추에이터는 이들 부문 외에 통신분야에 사용된다. 일부 제품은 이미 대규모 시장을 형성하고 있고 많은 새로운 제품이 부상하고 있다. 이제 MEMS는 영향력이 큰 기술로 부상하고 있다. 따라서 기존 시장의 판도가 변화할 뿐 아니라 새로운 시장이 형성될 것으로 보인다.

　

　1. 소비제품 부문

　

　앞으로 5년 동안 소비제품용 MEMS의 종류가 늘어날 것이다. MEMS를 채택하는 대표적인 소비 전자제품으로는 잉크젯 프린터, 운동기구, 전자제품, 가전, 장난감 등이 있다. 현재 MEMS 제품 중에서 가장 많이 응용 제품에 채택된 것은 잉크젯 프린터의 마이크로 노즐이다. 잉크젯 프린터의 연간 세계 판매대수는 2000만대며 오는 2005년까지 4000만대로 늘어날 것으로 예상된다. 잉크젯 프린팅 기술에는 지속적인 잉크의 분사, 정전제어, 필요에 따른 분사(DOD) 등 세가지 방식이 있고 또 DOD에는 열기포방식과 압전방식이 있는데 이 중 열기포방식이 MEMS기반 기술로서 DOD방식 프린터의 80%를 차지하고 있다. MEMS센서는 운동기구 분야에서도 활용되기 시작했다. 현재 이런 센서가 사용되는 운동기구는 행글라이더, 자전거, 스쿠버, 골프, 테니스, 등산장비 등이다. 최근에 나온 센서 채택 제품으로는 나이키의 속도/거리 측정계로서 이것은 양쪽 신발에 하나씩 고정시켜 달리기하면 뛰는 속도와 거리를 특별히 제작된 시계에 표시해 준다.

　또 MEMS센서와 액추에이터는 앞으로 5년 동안에 캠코더, 휴대전화 안테나, 비디오게임기 등 각종 전자제품에 널리 사용될 것으로 보인다. 그 중에서도 자이로는 캠코더의 손떨림을 보정하는 데 사용하는 한편 마이크로릴레이는 휴대전화 안테나의 신호를 바꾸는 데 채택될 것이다. 이와 함께 가속도계와 적외선 센서가 최근 세탁기와 드라이어에 채택되기 시작했으며 가까운 장래에 진동, 습도 센서를 포함하는 각종 센서가 냉장고, 가스레인지, 전자레인지, 세탁물 건조기, 식기세척기 등 가전제품에 사용될 것으로 보인다. 가전제품의 지능화와 네트워킹화의 급진전에 따라 이들 제품에 대한 MEMS센서의 채택이 확대되고 있지만 대부분 저가의 센서를 필요로 하기 때문에 시장이 느린 속도로 성장할 것으로 보인다. 이밖에 센서는 장난감에 사용되고 가속도계와 액추에이터는 하드디스크 드라이브(HDD)에 채택될 것이다.

　

　2. 상업 및 산업 부문

　

　상업 및 산업제품용 MEMS시장이 떠오르고 있다. 여기서 상업용 제품은 일반 소비자들과 관련이 있는 자동차, 업무용 프로젝션 시스템 등을 말하며 산업용 장비는 소비자들과 관계가 없는 공장의 생산장비, 건설현장 장비 등을 가리킨다. 이 분야에서 현재 MEMS를 사용하는 제품은 자동차, 프로젝션 시스템, 장비 감시장치 등이며 채택하기 시작한 부문은 생산공정 제어, 바코드 스캐너, 몸에 걸치는 디스플레이, 농업, 지진감지 등이다.

　지난 2000년 세계시장에서 약 4100만대의 자동차가 판매되었는데 여기에 가속도계, 압력센서를 비롯한 각종 MEMS가 사용되고 있다. 에어백 장착시스템에 들어가는 가속도계는 지난해까지 나온 모든 자동차에 채택된 것으로 나타났다. 앞으로 자동차부문에서 가장 유망한 MEMS는 전복탐지, 안전 시스템, 타이어 감시용 관성 및 압력센서다.

　전복탐지 센서는 자동차가 전복되려는 위험에 빠지면 안전시스템이 신호를 보내도록 함으로써 안전벨트가 자동적으로 조여지고 에어백을 작동시킨다. 기본적으로 오토바이용으로 개발된 가속도계 기반의 도난방지 및 안전시스템은 갑자기 속도를 늦추고 엔진이 멈추면 후미 충돌을 막기 위해 즉시 브레이크 등이 켜지도록 되어 있다. 지난 2000년 8월 파이어스톤사의 타이어가 접지면이 갈라지는 사고가 발생해 리콜하기에 이르자 타이어 안전을 강화하는 법률이 제정되었다. 이에 따라 미국 전국고속도로교통안전위원회는 타이어 한계팽창 수준을 계기판에 표시하도록 하는 기준을 정했다. 이 기준은 3년 이내에 시행하도록 되어 있는데 이에 대비, 몇 개 업체가 MEMS기반의 시스템을 개발했다.

　MEMS는 사업계획 설명 등에 필요한 휴대형 프로젝션 시스템에 사용된다. 특히 텍사스인스트루먼츠가 개발한 ‘디지털 라이트 프로세서’는 휴대형 프로젝터뿐 아니라 음악회나 영화관에서 사용하는 프로젝션 시스템에도 사용할 수 있다. 또 MEMS센서는 기본적으로 수압, 공기압, 장비의 진동 등을 탐지하는 데 사용되며 앞으로 엘리베이터 승차감 제어장치, 기차궤도 안정장치, 선박 동요 안정장치 등에도 사용할 수 있다. 건설분야에서는 공사 차량의 기울기, 굴착 깊이 및 경사, 크레인 플랫폼 평형유지 등을 감지하는 데 이 센서가 사용된다.

　이밖에 MEMS센서는 생산공정 제어, 바코드 스캐너, 몸에 걸치는 디스플레이, 농업, 지진감지 등에 사용할 수 있다. 생산공정이 자동화됨에 따라 창고나 저장고 또는 운송과정에서 부패하기 쉬운 제품의 상태를 감지하는 데 센서를 사용하는 업체가 늘고 있다. 농업분야에서는 습도, 압력, 수평, 흐름 등을 계측하는 데 센서를 사용할 가능성이 있다.

　

　3. 의료기기 부문

　

　의료기기 부문에서는 매우 다양한 센서와 액추에이터가 채택되고 있다. 의료기기는 편의상 의료장치, 의료기구 및 의료장비로 구분하기로 한다. 여기에서 의료장치는 심장박동 조절장치, 기관지 천식약 흡입기와 같이 환자가 사용하는 것을 말하며 의료기구는 수술도구와 같이 의료진이 사용하는 것을 가리킨다. 또 의료장비는 환자 상태를 감시할 때 사용하는 기기를 의미한다. 이처럼 여러가지 의료기기에 MEMS센서와 액추에이터가 널리 사용되고 있다. 특히 압력센서는 심장수술과 혈압 측정에 사용되고 있다. 의료부문에서 MEMS는 이밖에 방독면, 환풍기, 약품주입 펌프, 신장투석 장비 등에도 사용할 수 있다.

　또한 바이오칩은 앞으로 약품개발과 임상실험, 피하 및 체내 약품 투여시스템 등에 활용될 것이다. 바이오칩은 약 10년 전에 처음 나왔지만 3개 업체가 몇년 전부터 제품을 생산하기 시작했고 지난 2000년 생산업체는 4곳에 달한다. 현재 바이오칩을 주로 많이 사용하는 곳은 임상실험과 신약개발 부문이다. 한가지 중요한 점은 모든 바이오칩이 다 MEMS가 아니라는 사실이다. 의료분야에서는 MEMS를 활용해 새로운 약품 투여시스템의 개발을 추진해 왔다. 그 첫 단계로 개발한 것이 마이크로 노즐을 사용한 정량 약품흡입장치다. 현재 여러 관련업체가 피부를 통해 약품을 투여할 수 있는 MEMS 기반의 시스템과 인체내에 이식하는 장치를 개발하고 있다.

　

　4. 통신 및 기타 부문

　

　통신분야에서 광 네트워크가 확산됨에 따라 MEMS시장이 뜨겁게 달아올랐다고 할 수 있다. 이러한 추세에 따라 많은 MEMS업체들이 광 스위치용 파장가변 필터, 레이저, 감쇠기 등의 개발에 노력을 집중하고 있다. 노텔네트웍스, 액선을 포함한 3, 4개 업체가 파장가변 필터를 생산하고 있고 노텔과 아이올론, 밴드위즈9 등이 최근 파장가변 레이저의 양산을 개시했다. 또 다른 업체들은 광 네트워크용 배열 거울과 간섭계를 개발중에 있다.

　이밖에 MEMS를 소량으로 사용하는 응용제품이 많이 있다. 그러나 경쟁제품 문제 때문에 이들 ‘기타’제품은 대부분 밝혀지지 않고 있다. 따라서 기타제품의 정확한 시장규모는 파악하기 어렵다. 다만 그 중 항공과 군사용 MEMS가 많은 부분을 차지하고 있다는 것은 분명한 사실이다. 항공부문에서는 고도 및 기압 측정, 기류 및 객실 압력 감지 등에 MEMS를 사용하고 군사부문에서는 위성, 무기, 차량 등에 이를 채택한다. 또 군사항공 분야에서는 이미 몸에 걸치는 디스플레이를 사용하고 있는데 여기에 MEMS가 많이 사용될 것으로 예상된다.