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ICT/정보통신 센서(Sensor) 기술 트렌드

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2019-10-23 15:03:00
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1) 센서 기술 트렌드

 

고도 정보화 시대인 지금은 반도체 기술이 진화함에 따라 전자 시스템이 고도화되었고, 그에 발맞춰 센서의 기능도 고도화가 요구되고 있다. 예를 들어, 신호 처리 기능의 일체화를 통한 인텔리전트화, 검출소자의 어레이화, 서로 다른 검출소자의 복합화 등 더욱 시스템화되어 가고 있다.

이런 상황에서 현재의 커다란 기술 트렌드를 아래 표와 같이 ‘소형화’, ‘저렴화’, ‘저소비전력화’로 정리하였다.

 

<표1> 센서의 소형화ㆍ저렴화ㆍ저소비전력화

※ 1달러=110엔으로 환산함 자료 : Yole Developpemnet 자료를 기반으로 작성

 

(1) 소형화

 

센서의 소형화는 지속적으로 발전하고 있으며, 여기에는 1980년대에 실용화된 MEMS 센서의 등장이 크게 기여하였다.

애초에 애플리케이션에 탑재된 센서는 크기가 작을수록 더욱 애플리케이션의 설계가 자유로워지고, 경쟁력을 높일 수 있기 때문에, 기본적으로 센서는 더욱 소형화하기 위한 기술 개발이 이루어지고 있다.

프랑스의 조사업체인 Yole Developpemnet의 조사에 따르면, 예를 들어, 3축 가속도 센서는 2000년에는 10mm²→2010년에는 2~4mm²→2020년에는 1~2mm²로 착실하게 크기를 줄여나가고 있다고 한다.

IoT 회사에서는 센서의 소형화가 필수이다. 설치 장소의 크기에 관한 제한이 완화됨에 따라, 온갖 ‘사물’에 센서를 설치할 수 있게 되었고, 그와 동시에 센서의 네트워크화로 인해 데이터 수집 및 컨트롤이 가능해져, 편익이 기하급수적으로 증가하게 될 것으로 기대된다.

또한 기존에는 네트워크화가 어려웠던 기기, 예를 들어 콘택트렌즈나 칫솔 등을 활용한 저침습 검사로 인한 데이터 수집도 가능해질 것이다.

더욱이, 소형화는 그저 제품의 크기를 작게 만드는 것만은 아니다. 구동하는 부품이 작으면, 당연히 저소비전력화가 실현되어, 센서의 감도도 높아진다. 그에 더해 경량화도 꾀할 수 있는 등 여러 가지 이점이 있다.

 

<그림1> 패키지 사이즈의 추이 (이미지)

자료 : Yole Developpemnet 자료를 기반으로 작성

 

한편, 내구성ㆍ신뢰성이 중시되는 분야, 소형화에 대한 요구가 적은 분야의 센서의 소형화는, 일정한 수준에서 그칠 것으로 보인다. 예를 들어, 우주ㆍ항공과 관련된 용도로서는 소형화를 추구하기보다는 내구성ㆍ신뢰성이 소형화와 함께 중요한 개발 경향이 될 것이다.

 

(2) 저렴화

 

미국의 반도체 조사회사인 IC Insights가 2016년에 실시한 조사에 따르면, 센서 판매 평균 가격은 2011년 이후 지속적으로 감소하고 있다.

 

<그림2> 센서 단가의 추이

자료:IC Insights

 

센서의 판매를 수량 기준으로 보면, 2010-2015년의 평균 성장률이 20.5%이며, 2015-2020년에도 12.4%로서 두 자릿수 성장률을 보일 것으로 예상된다. 한편 센서의 판매 금액을 기준으로 보면, 평균 단가가 떨어짐에 따라 수량만큼 높지 않아, 센서의 2010-2015년 평균 성장률은 8.9%이고, 2015-2020년에는 5.3%가 되어 더욱 떨어질 것으로 보고 있다.

센서의 가격에는 수급요인을 비롯하여 다양한 요인이 기여하는데, 센서의 수요가 급속도로 증가하면서 가격이 떨어지고 있는 상황에 대하여, 동사는 “대량 소비 분야에서의 저렴한 센서에 대한 요구”, “일부 센서의 급격한 (가격) 저하”라고 표현한다.

그 밖의 가격저하 요인으로는 진출 기업이 증가함에 따른 경쟁 심화 및 스케일 메리트에 의한 가격 하락, 기술 혁신에 의한 비용 저하와 같은 것이 있다. 한편, 진출 기업이 한정되어 있는 센서, 이미 가격 하락이 한계에 다다른 시장, 성숙ㆍ쇠퇴 시장에서는, 가격이 크게 달라지지 않고 있다.

또한 범용 센서에서 내구성 및 특수한 형태로 맞춤 제작하는 등 부가가치가 높은 제품으로의 전환 및 모듈화ㆍ장치화를 꾀함으로써 이익률을 유지하고자 하는 업체들도 있다.

 

(3) 저소비전력화

 

가전제품 등 안정적으로 전력을 공급받는 센서에서는 문제가 되지 않지만, 웨어러블 디바이스와 같은 이동형 소형 디바이스나 도로ㆍ터널 등의 인프라 설비 센서 디바이스에서는, 전원 공급 수단으로서 전지를 사용하기 때문에, 정기적인 교환에 따른 작업 비용을 생각하면, 장기간 안정된 전원 공급에 더하여 저소비전력화가 요구된다.

앞서 기술한 소형화 역시 저소비전력화에 기여한다. 예를 들어, 반도체 센서의 크기가 1/α가 되면, 소비전력도 1/α²가 된다. (단, 누설 전류나 소자의 불균형 등으로 인해 실제 소비전력은 여기까지 떨어지지 않는다)

 

<그림3> ST Microelectronics제 6축 센서

 

또한 이동형 소형 디바이스는 배터리로 작동하기 때문에 한 번에 소비할 수 있는 전력이 한정되어 있다. 그러한 기기에 탑재되는 센서에서는 소비전력이 적다는 것이 제품의 경쟁력에 기여하기 때문에, 많은 회사들이 소비전력이 적은 센서를 개발하고 있다.

 

예를 들어 ST Microelectronics는 기존 제품에 비해 소비전력이 50% 감소된 6축(가속도+각속도) 센서 모듈을 발매하였다.

또한 전지가 필요 없는 센서도 실용화가 이루어지고 있다. 에너지 하베스팅은 작은 힘의 변화를 전력으로 바꾸는 기술이며, 유럽의 EnOcean Alliance가 기술을 표준화하고 있다. 예를 들어, 버튼을 눌렀을 때의 힘의 변화로 전력을 발생시켜, 그 타이밍에 조작 지시 데이터를 보내는 식이다.

한편, 전원을 확보하기 쉬운 자동차(EV 제외)나 산업용 기기 등에서는 저소비전력화보다도 신뢰성ㆍ내구성과 같은 요소가 중시된다.

 

<표2> 에너지 하베스팅 기술

자료 : 각종 자료를 통해 작성함

 

(4) 고정도화ㆍ신소재

 

위의 3가지 항목 이외에는 애플리케이션의 정밀ㆍ고성능 제품을 기반으로 하는 센서의 측정 정밀도 향상, 분해능이 높은 센서의 개발, 습도, 압력 센서 등의 측정 대상ㆍ범위 확대 등도 이루어지고 있다.

그에 더해 새로운 소재를 사용한 센서도 개발되고 있다. 예를 들어, 그라펜, 그라파이트와 같은 탄소계열 소재를 재료로 하는 센서의 개발도 보고되었으며, 앞으로도 탄소계열 소재를 중심으로 한 신소재를 사용한 센서가 개발될 것으로 기대된다.

 

이와 같은 ‘소형화’, ‘저렴화’, ‘저소비전력화’, ‘고정도화’ 등의 최근 트렌드는 트레이드 오프와는 상관없이, 이노베이션 등에 의해 동시다발적으로 실현되고 있다.

 

 

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