스마트폰 센서,
“13종 20개로 늘어날 것” 

센서가 스마트 기기 발전의 촉매제로 활용되며 다양한 영역으로 날개를 뻗치고 있다.

차세대 로봇, 디지털 컨버전스, 나노 가공 장비 등 동력은 다양하지만 대표 주자는 스마트폰과 미래형 자동차다.

지난 12월 17일 한국미래기술교육연구원이 주최한 IoT 산업 전망 세미나에서 전자부품연구원 이상학 IoT융합연구센터장은 ‘IoT 기반의 센서융합기술 개발동향과 비즈니스 창출방안’이란 주제로 발표하며 “센서의 가격 하락을 기폭제로 삼아 차세대폰에는 약 20여개의 센서가 채용될 것”이라고 밝혔다.
스마트폰에 들어가는 센서의 수가 급격히 늘고 있다.

초창기 핸드폰엔 마이크로폰과 이미지 센서, 2개의 센서가 채용됐지만 이후 출시된 피처폰엔 초창기 핸드폰에 들어가는 2개의 센서에 터치 센서, GPS, 모션 센서 3개의 센서가 더해졌다.

현재 일반적으로 사용되는 스마트폰엔 피처폰에 채용되는 5개의 센서 외에도 지자기 센서, 근접 센서, 조도 센서가 추가로 채용된다. 통화 품질 향상을 위해 2개 이상의 마이크로폰을 사용하는 스마트폰도 많다. 애플의 아이폰6S와 아이폰6S+에는 네 개의 마이크로폰이 채용됐다.

차세대 스마트폰에는 일반적인 스마트폰이 8종 10개의 센서를 채용하는 것에서 더 나아가 13종 20개의 센서를 사용하게 될 것으로 예상된다. 온습도 센서, 건강 센서, 환경 센서, 지문 센서, 가상 인식 센서가 추가된다.

최근 스마트폰의 랜더링 이미지가 유출된 샤오미의 차세대 스마트폰 미5(Mi5)에는 지문 인식 센서가 사용된 것으로 알려졌다. 그리고 이러한 신형센서는 저가 스마트폰에도 보편적으로 채용될 조짐을 보이고 있다.

중국의 스마트폰 제조사 화웨이가 최근 발표한 ‘아너7i’가 차세대 저가 스마트폰의 향방을 대표한다. 지문 센서를 탑재해 제품 차별화를 시도했지만 가격은 한화 30만 원 초반대로 책정됐다.  

이상학 센터장은 “센서는 부품이기에 산업이 성장하기 위해선 시스템 수요가 늘어나야 한다”며 “전자제품의 기능 고도화 추세에 따라 채용되는 센서의 수는 점점 더 많아질 것”이라고 밝혔다. 

자동차 전장화
센서 산업 성장 초래 

자동차의 ‘전장화’ 추세로 인해 차량에 적용되는 센서의 수도 급격히 늘고 있다.

과거 단순히 유량이나 온도·배기가스를 측정하던 재래식 센서는 2000년대에 들어 가속도·빛 감지·충돌방지·이미지 센서 등으로 진화했다. 최근엔 지능형 충돌방지와 레이더, 자율주행감지, 가속도, 초음파 센서 등으로 기능을 높이고 있는 추세다. 최근 제조되는 자동차가 평균적으로 탑재하는 센서는 30여종 200개 이상이다. 자동차용 반도체형 센서의 상용화는 엔진 제어용 흡기 압력 센서로부터 시작됐다. 현재는 에어백 시스템, 내비게이션 시스템, ABS, 전자 안정성 제어 시스템 등의 안전 편의 장치에서 다양하게 사용되고 있다. 특히 에어백과 타이어 공기압 측정 장치(TPMS)의 장착, EPS의 일반화 등 안전성 향상에 대한 요구는 반도체 센서 수요를 증가시키고 있는 상황이다.

자동차 전기전자 시스템에 사용되는 센서 종류는 다양하다. 전기전자 시스템의 구성은 마이크로프로세서를 갖춘 ECU(electronic control unit), 물리적인 동작을 하는 액추에이터 및 차량 상태를 감지하기 위한 센서 등으로 구성돼있다.

이상학 센터장은 “과거 프리미엄 차량에만 탑재됐던 센서도 센서 가격 하락과 사용자 편의를 마주해 보편화가 이뤄지고 있다”고 밝혔다.  

센서 산업의 구성

1970년대 센서의 개념은 단지 검출기가 특정 물질을 감지하는 수준에 머물렀다. 그러나 현재의 센서는 감지 신호를 전달해 중앙처리장치가 특정 판단을 내리도록 하는 형태다.

이같은 센서의 발전엔 MEMS 기술의 공이 컸다. MEMS 기술을 통해 무거운 조립식 센서를 반도체 IC와 같은 실리콘 기판 상에 작게 구현할 수 있게 됐기 때문이다. 이는 센서 시장 성장을 본격 점화시켰다.

현재 센서 산업은 소재, 그리고 소재에 반도체 공정이나 MEMS 공정을 통해 고유 기능이 구현된 부품(소자형), 부품 단계에서 패키징이나 조립 공정을 거친 모듈형, 그리고 여기서 다시 조립 공정을 거친 시스템형이 포함된다.

부품은 소재를 사용해 고유 기능이 구현된 단계다. 센서 칩, 가속도 센서, 압력 센서, 온도 센서 등이 해당된다.

모듈형은 추가적인 여러 부품을 함께 조립한 조그만 장치다. 부품과 제품의 중간 단계로 볼 수 있다. 압력 센서 모듈, 습도 센서 모듈, 가스 센서 모듈 등이 있다.

마지막으로 시스템형은 복수의 센서와 입출력장치, 제어장치 등이 유기적으로 결합된 장치다. 적외선 카메라, 캡슐 내시경, 레이더 센서, 타이어 압력 모니터링 등 최종 제품이 많다.

센서 부품인 가속도 센서에서는 ST마이크로일렉트로닉스와 프리스케일이, 이미지 센서 분야에선 샤프와 옴니비전, 마이크론, 삼성, 하이닉스 등이 경쟁하고 있다. 

지자기 센서 부문에선 ST마이크로일렉트로닉스, 허니웰, AKM, Memsic, Sensitec이 경쟁 중이다. 센서의 개발은 인간의 감각 능력을 확대하기 위한 수단으로 시작됐다. 따라서 센서는 종종 인간의 오감과 비교돼왔다.

하지만 오늘날 센서의 역할은 이미 오감의 한계를 넘어섰다. 인간의 시각·청각·후각·미각·촉각을 모방하는 것에서 나아가 물체의 방위 변화를 측정하거나 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서가 등장했기 때문이다. 그리고 이런 센서 산업 발전의 최종 도착점은 IoT다.   

이상학 센터장은 “전자제품에 채용되는 센서 수의 급증은 IoT 시대에 다양한 서비스 앱을 출현시킬 것”이라며 “아날로그에서 시작된 센서가 반도체, MEMS 센서로 발전해 최근 지능형 첨단센서로 변화하고 있는 단계”라고 밝혔다.