스마트 센서(Smart Sensor)

과학(Science)/산업 (Industry)

스마트 센서(Smart Sensor)

SURPRISER - Tistory 2023. 7. 23. 00:55

0. 목차

'센서'란?
'스마트 센서'로의 진화
'스마트 센서'의 발전 방향
'스마트 센서' 핵심 기술
트릴리언 센서 시대
'스마트 센서' 정책 동향
'스마트 센서' 관련 기업

1. '센서'란?

'센서(Sensor)'는 개체로부터 '압력(Pressure)', '가속도(Acceleration)', '온도(Temperature)', '주파수(Frequency)', '생체신호(Biosignal)' 등의 정보를 감지하여 전기적 신호로 변환해 주는 장치를 의미한다. '센서'는 '구성 방법', '감지 대상', '구현 기술', '집적도', '동작 방식' 등에 따라 다양하게 분류되며, '스마트폰', '자동차', '가전', '제조 장비' 등 다양한 적용분야별 목적에 맞는 기준으로도 분류되고 있다.

한편, '센서(Sensor)' 산업은 센서 제작을 위한 '소재(Material)', 칩 단계에서 센서의 고유 기능을 구현하는 '소자(Device)', 복수의 소자를 조립하여 특정 기능을 구현하는 '모듈(Module)', '복수의 센서', '입출력 장치' 등을 조립하여 완성된 '시스템(System)'과 '이를 이용한 시스템'을 포함한다.

센서의 분류	설명	종류
소재(Material)	기본 재료	실리콘 기판, 유리 기판, 세라믹 기판, Au, Ag, ZnO, CNT 등
소자형(Device)	소재를 사용하여 고유 기능이 구현된 것 (부품)	Sensor Chip, Sensor IC, 가속도 센서, 압력 센서, 온도 센서 등
모듈형(Module)	복수의 '부품(소자)'을 조립하여 특정 기능을 가진 장치 (부품과 제품의 중간적 존재)	압력 센서 모듈, 습도 센서 모듈, 가스 센서 모듈, 충격 센서 모듈, 인체 감지 센서 모듈 등
시스템형(System)	복수 센서, 입출력장치, 제어장치 등이 유기적으로 결합되어 작동되는 장치 (최종제품이 다수)	타이어 압력 모니터링, 레이더 센서, 캡슐 내시경, 수질 모니터링, 적외선카메라 등

1-1. '센서'의 구분

'센서(Sensor)'는 '감지 대상', '동작 방식', '재료', '구현 기술', '집적도(Deegre of Integration)' 등에 따라 다양하게 구분된다. '이미지 센서(Image Sensor)', '모션 센서(Motion Sensor)', '음향 센서(Acoustic Sensor)' 등 감지 대상에 따라 구분되기도 하고, '반도체 센서(Semiconductor Sensor)', 'MEMS 센서(Micro Electro Mechanical System Sensor)', '나노 센서(Nano Sensor)' 등 구현 기술에 따라 나누기도 한다.

조도 센서(Light Sensor): 주변 빛의 양을 측정해 그 밝기에 따라 동작을 조절해 주는 센서
이미지 센서(Image Sensor): 반도체 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛이나 영상 정보를 '전기 신호' 즉 '디지털(Digital)'로 변환해 주는 'CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)' 센서
자외선 센서(Infrared Sensor): 자외선을 감지하는 센서.
라이다 센서(Lidar Sensor): '레이저(Laser)'를 이용해 목표물에 비춤으로써 사물까지의 '거리', '방향', '속도', '온도 물질 분포' 등을 감지할 수 있는 센서
자기 센서(Manetic Sensor): 자기 신호를 검출하는 센서
화학 센서(Chemical Sensor): 화학물질을 측정 대상으로 하는 센서. '가스 센서', '습도 센서', '바이오 센서' 등이 이에 포함된다.
가스 센서(Gas Sensor): 가스를 검출하는 센서. 각종 가스가 에너지원으로 이용되기 시작하면서, '공업 분야'는 물론 '가정용'으로서도 요구가 높아진 센서의 하나이다.
연기 센서(Smoke Sensor): 연기를 감지하는 센서. '광산란식', '이온화식' 등의 연기 센서가 있다.
온도 센서(Temperature Sensor): 온도 변화를 감지하여 측정 가능한 신호로 변환하는 센서. 크게 '접촉식 온도 센서'와 '비접촉식 온도 센서'로 구분한다.
습도 센서(Humadity Sensor): 공기 중의 수분에 관련된 여러 가지 현상을 이용하여, 습도를 검출하기 위해서 사용되는 센서
수질 센서(Water Qualtiy Sensor): 수중에 녹아 있는 물질의 농도를 측정하기 위하여, 수중의 화학량을 전기신호로 변환하여 검지하는 센서. 크게 '전압 측정 방식', '전류 측정 방식'의 2가지 방법이 있다.
비 센서(Rain Sensor): 강우의 시작과 그 강도를 검출하여 전기출력을 하는 센서. '전기저항식'과 '압전체식'이 대표적인 방식이다.
알코올 센서(Alchohol Sensor): 알코올의 농도 측정에 사용되는 센서.
압력 센서(Pressure Sensor): 압력을 전기량 또는 다른 물리량으로 변환하는 센서. 압력을 '전기량', '공기압', '유압' 따위로 변환시켜 원격제어에 쓴다.
터치·지문 센서(Touch·Fingerprint Sensor): '터치 센서(Touch Sensor)'는 기기와의 주요 상호작용 수단인 '터치(Touch)' 여부를 감지해 주는 센서로 감압식·정전식·적외선식 등의 방식이 있다. 최근에는 넓은 의미의 터치 개념으로 전전용량식·광학식·초음파 방식의 '지문 센서(Fingerprint Sensor)'까지 확장되었다.
근접각 센서(Proximity Sensor): 산업용 로봇의 지능화를 위해서 필요한 촉각 센서의 하나로서, 로봇이 다루는 대상물의 장소를 알기 위해서 로봇의 팔 등 대상물 근방에 고정되는 위치각 센서.
가속도계(Accelerometer): 가속도를 측정하는 센서.
자이로스코프(Gyroscope): 빛 또는 레이저를 일정한 경로로 방사하여 물체 회전에 따라 발생하는 빛의 경로 차를 검출함으로써 동체의 자세를 산출하는 센서.
모션 센서(Motion Sensor): 위치·변위 센서, 속도 센서, 근접 센서, 토크 센서 등 물체의 움직임이나 위치를 인식하는 기능을 가지며 고도계, 자이로 등의 기능이 하나의 칩에 들어가 있는 복합 센서 형태로 출시되는 센서.
음향 센서(Acoustic Sensor): 물리적인 소리를 전기적인 신호로 변환하는 센서 (마이크로폰)

2. '스마트 센서'로의 진화

'센서(Sensor)'는 1990년대에 나노 및 반도체 기술이 도입되면서 소형화되었다. 그리고 2012년 이후에는 센서에 'MCU(Micro Controller Unit)'가 내장되면서 제어·판단·저장·통신의 지능화 기능을 갖춘 '스마트 센서(Smart Sensor)'로 진화되었다. 그리고 최근 사회 전반적으로 쓰임이 다양해진 스마트 센서는 단순히 정보측정의 수준을 넘어 '센서 네트워크(Sensor Network)' 통신을 통해 정보를 다른 기기와 주고받는 기능을 구현한다.

즉 '스마트 센서(Smart Sensor)'란 기존 센서에 'MCU(Micro Controller Unit)' 등의 반도체 기술을 접목하여 '데이터 처리 기능', '자가 진단 기능', '의사 결정 지능', '통신 기능' 등을 갖춘 지능화된 센서를 의미한다. '스마트 센서(Smart Sensor)'는 특정 환경 변화를 감지하는 '센서(Sensor)', 데이터를 수집·분석·처리하는 MCU 및 데이터를 서버로 전송하거나 수신 받은 '통신 모듈(Communication Module)'이 하나의 반도체로 집적화되어 있다. 그리고 센서 자체에서 '데이터(Data)'를 가공하여 '서버(Server)'로 전송하는 분산 방식이 가능하다. 또한 센서를 통해 생성된 데이터는 실질적인 자동화·스마트화의 기초가 되며, '상태 모니터링' 및 '진단'을 통해 설비 등의 유지 보수에 활용된다. 이러한 특징에 의해 스마트 센서는 4차 산업혁명을 주도할 핵심부품 중 하나로 부상하고 있다. 첨단 기술이 융합된 다양한 센서 제품이 출시되어 '자동차', '가전기기', '빌딩', '항공', '의약' 등 다양한 분야에 활용 범위를 넓혀가고 있다. '스마트 센서'는 기술이 발전됨에 따라, '고성능화', 소형·경량화', '다기능화', '저전력화' 등이 요구되고 있다.

'센서' 기술의 발전 단계는 '1세대(Discrete Sensor)', '2세대(Intergated Sensor)', '3세대(Digital Sensor)', '4세대(Smart Sensor)'로 나눌 수 있다.

1세대(Discrete Sensor): 온도, 압력, 가속도, 변위 등의 물리량을 전기적 신호로 변환하는 기능의 '센싱 소자'와 증폭, 보정, 보상의 신호처리 회로를 별개로 분리.
2세대(Intergated Sensor): 센서의 잡음 성능을 높이고 소형화하기 위해, 센서와 신호처리 회로가 결합된 형태로 제작, MEM 기술이 도입.
3세대(Digital Sensor): '시모스(CMOS)' 기술의 발전으로 아날로그 회로에 디지털 회로가 집적되면서 센서의 '오프셋(Offset)', '비선형(Non-Linearity)' 등을 디지털 방식으로 보정하고, 보정 데이터를 비휘발성 메모리에 저장. 'CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)'란 마이크로프로세서나 SRAM 등의 디지털 회로를 구성하는 집적회로의 한 종류이다.
4세대(Smart Sensor): MCU가 센서에 내장되고 '단일 칩 시스템(SOC: System on Chip)' 기술이 접목, MCU의 제어·판단·저장·통신 등의 기능을 활용하여 센서의 성능 향상과 '다중센서', '네트워크 센서', 'IoT(사물인터넷)' 센서로 진화

3. '스마트 센서'의 발전 방향

'스마트 센서'의 발전 방향은 '단일 칩 시스템(SoC: System on Chip)' 기술의 진화에 따른 '고성능화', '소형화'로 요약할 수 있다. 최근 센서는 초소형 정밀 기계 기술인 '초소형 정밀기계 기술(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems)' 기술과 여러 가지 기능을 하나의 칩으로 구현하는 '단일 칩 시스템(SoC: System on Chip)' 기술이 진화됨에 따라 고성능화·소형화 기술 개발이 활발하다. 이를 통해, 센서는 설치 장소 등의 제약적 환경에서 자유롭고, 소형 부품에도 적용이 가능하게 되었다.

초기의 센서는 '벌크형 센서'로 크게에 상관없이 특정 기능만을 구현하는 형태였으나, 기술의 발전으로 소형화·고성능화 등의 기능이 요구되었다. 이에 '벌크 시스템' 형태에서 'SiP(System in Package)'로 발전하여 패키지를 층층이 쌓는 '멀티칩 패키지(MCP: Multi-Chip Package)'가 등장하고 있다. 또한 '스마트 센서'는 '벌크형 센서'와 '초소형 센서'가 하나의 칩에 집적화된 'iMEMS(intergrated MEMS)' 센서 및 하의 모듈로 동시에 다기능을 구현하거나 복수의 센서를 단일 모듈로 집적화하여 서로 다른 감지 데이터를 결합하는 '복합센서 모듈(Composite Sensor Module)'이 등장하고 있다.

한편, 스마트 센서의 '마이크로 프로세서(Microprocessor, 컴퓨터의 연산장치와 제어장치를 1개의 작은 실리콘 칩에 모아놓은 처리 장치)'는 저전력 구동으로 센서의 출력 신호를 디지털 신호로 변환 처리하고 있으며, 대부분 '통신 인터페이스'를 가지고 있어 디지털화한 신호를 '제어 네트워크(Control Network)'로 전송하는 것이 가능하다. 이에 따라 '센서가 받는 빅데이터들을 처리하는 다양한 기술', '센서의 데이터들을 전송하는 기술', '데이터 보안 기술' 관련 연구가 활발해졌다. 또한 에너지 효율을 향상시키기 위한 '저전력 센서 네트워크 기술' 등이 개발되고 있다.

3-1. 8대 핵심 스마트 센서 분야

이렇듯 기술의 발전으로 인해 '센서(Sensor)'의 성능은 데이터의 검출에서 끝나지 않고 있다. '데이터 분석(Data Analysis)', '데이터 처리의 고속화', '데이터 측정의 정확도' 등 기술적 요소들에 대한 사용자의 요구가 꾸준히 증가할 것으로 전망된다. 이러한 산업의 흐름에 따라, 최근 여러 분야에 활용되는 '레이더 센서', '물체 형상 인식 센서', '자기 IC 센서', '관성 센서', '압력 센서', '영상 센서', 'Optics 센서', '바이오메디컬 센서'의 8대 핵심 스마트 센서에 대한 지원과 산업화가 진행 중이다. 아래는 '8대 핵심 스마트 센서 분야'를 표로 정리한 것이다.

센서 분야	중분류	주요 기능 및 적용 제품 (시스템)
스마트 레이더 센서	2D 레이더, 영상 레이더	전방 충돌 방지 시스템
		자동차, 군수 보안
스마트 인식 센서	PMD 라이더, FPA라이더	3차원 거리 측정
		첨단UI/UX 기술, 게임기, 로봇, 가전
스마트 자기 IC 센서	스마트 자기센서	회전속도, 각도측정
		배터리 감시, 전력모니터링
스마트 관성 센서	MEMS 자이로 센서	3축 자이로 센서
		MEMS 패키징, 9축모션 SoC 통합형
스마트 압력 센서	MEMS압력, 반도체압력	자동차용 압력센싱 나노 센서
		고압/고감도 반도체식 압력트랜스듀서
스마트 영상 센서	다파장영상 센서, 초소형영상 센서, WDR영상 센서	적외선/가시광 WDR 영상 센서
		로봇비전용 초소형 영상 센서
		초광대역 이종접합 영상 센서
스마트 Optics 센서	적외선 Optics, Fiber Optics, 바이오 Optics	적외선 감지
		건축물 안전진단, 전력기기 진단
		산업, 항공, 전력, 의료
스마트 바이오메디컬 센서	암진단 센서, 마이크로 유체칩, 모바일용 진단칩, Digital X-ray	폐암진단 마이크로유체칩
		휴대형 저전력소모형 바이오 센서
		디지털 X-ray 바이오 센서

4. '스마트 센서' 핵심 기술

최근 '스마트폰', '출퇴근 지문인식기', '자율주행차' 등 전자기기의 스마트화가 급속하게 진행됨에 따라, 제품당 탑재되는 센서의 개수가 증가하고 있다. 더불어 스마트 센서의 초소형화·고성능화 등의 기능 향상에 대한 요구도 높아지고 있다. 이에 따라 기존보다 향상된 기능을 갖는 '센서 소재(Sensor Material)', '센서 모듈(Sensor Module)', '센서 네트워크(Sensor Network)'의 기술 개발이 늘어나고 있다.

4-1. 초소형 센서를 구현하기 위한 '소자 기술'

'스마트 센서'를 소형화하기 위해서는 '초소형 정밀기계 기술(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems)'와 같은 반도체 집적화 기술이 필요하다. MEMS 기술은 반도체 미세가공 기술을 이용해 마이크로 단위의 기계적 구조물과 전자 회로를 집적하는 기술이다. MEMS 기술은 전자 기계적인 미세 구조체를 이용해 물리적·화학적 정보를 전기적 정보를 변환하여 마이크로 또는 나노 단위의 고감도 센서 구현이 가능하다. 또한 MEMS 기술은 '3차원 미세가공 기술'을 통해 기존의 기계식 센서를 일괄적으로 생산할 수 있다. '3차원 미세가공 기술'이란 기존에 2차원 방식으로 얇게 집적하던 기계식 센서를 3차원적으로 공간을 마련해 회로를 배열하는 기술이다. 이러한 MEMS 기술을 이용한 센서 제조는 초기 설계 비용이 많이 들 수 있다. 하지만 대량 생산이 가능하여 제품당 양산 단가가 낮고, 반도체 미세공정을 통해 여러 가지 기능을 탑재할 수 있어 신뢰도가 높은 장점이 있다.

한편 '초소형 정밀기계 기술(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems)' 센서를 구현하기 위한 대표적인 공정 기술에는 '표면 미세가공(Surface Micromachining)' 방법과 '벌크 미세가공(Bulk Micromachining)' 방법이 존재한다.

표면 미세가공(Surface Micromachining): '표면 미세가공(Surface Micromachining)' 방법은 '웨이퍼(Wafer)'의 표면에 '희생층(Sacrificial Layer)'과 다층의 '구조층(Structure Layer)'을 증착한 뒤, '희생층'만 선택적으로 제거하여 3차원 미세구조를 형성하는 방법이다. 이 방법은 기판 자체의 가공이 거의 이루어지지 않아, 모양과 패턴 사이즈를 보다 넓고 섬세한 범위에서 선택·조절할 수 있다. 또한 다층 구조를 형성할 수 있어, '시모스(CMOS)' 회로 집적이 가능한 특징이 있다.
벌크 미세가공(Bulk Micromachining): '벌크 미세가공(Bulk Micromachining)'은 벌크 상태의 실리콘 웨이퍼를 웨이퍼 표면에 대해 특정 방향성을 갖는 '식각 공정(Etching Process)'을 통해, 선택 영역들이 가공하여 도랑형 등의 3차원 입체 구조체를 형성하는 방법이다. '식각 공정(Etching Process)'이란 화학 약품의 부식 작용을 이용하여 웨이퍼 상의 특정 물질을 제거하는 과정을 말한다.'벌크 미세가공'은 기판 자체를 3차원으로 가공할 수 있어 구조의 자유도가 높은 편이다. 다만, '벌크 미세가공'의 경우 '표면 미세가공' 방법에 비해 공정 절차가 복잡하고, '접합공정' 등의 추가 공정이 필요하다. 때문 비용적인 부분에서 부담이 있어 '미세가공' 방법에 비해 활용도가 덜한 편이다.

이와 같은 '초소형 정밀기계 기술(MEMS)' 기술을 접목한 스마트 센서는 초소형·고성능 전자식 반도체 센서로 대체할 수 있으며, 최근에는 'IoT(사물인터넷)', 'RF(Radio Frequency)', '블루투스(Bluetooth)' 등 다양한 서비스가 출현함에 따라 'RF MEMS', '광 MEMS' 등이 개발되고 있다. 또한 의료진단 기술의 발전에 따라 '바이오 센서(Biosensor)', '화학 센서(Chemical Sensor)'로 그 개발 범위도 확대되고 있다.

4-2. 고성능 및 새로운 폼팩터 구현을 위한 '센서 소재 기술'

'스마트 센서(Smart Sensor)'는 소형화된 칩 면적당 높은 효율을 제공하는 고성능 소재에 대한 개발이 이루어지고 있다. 또 '플렉시블 디스플레이(Flexible Display)', '웨어러블 기기(Wearable Device)' 등의 수요가 증가함에 따라 각 기기에 탑재되는 센서의 새로운 '폼팩터(Form Factor, 제품의 물리적 외형을 뜻하는 말)' 구현을 위한 노력이 이어지고 있다. 이를 위해 '첨단 소재'와 '공정 기술'을 접목한 '유연 센서 소재'에 대한 연구가 활발하다.

4-2-1. 나노기술을 활용한 센서 소재

'스마트 센서'는 제조공정에 따라 칩면적 최소화를 위해 '2차원 배선' 및 '3차원 집적' 분야의 나노 공정 기술이 요구된다. 하지만 나노 공정 기술을 사용하면, 칩면적의 최소화로 인해 센서를 구성하는 소재의 기능저하가 발생된다. 이에 따라, 최근에는 센서에 고감도의 나노소재를 적용하여 효율을 높이고 있는 실정이다. 이렇듯 나노기술은 기존 센서의 크기를 줄이면서 물리량 검출의 민감성을 높일 수 있는 기술이라고 할 수 있다. 사용되는 '나노소재'로는 '나노입자(Nanoparticle)', '나노와이어(Nanowire)', '나노튜브(Nanotube)' 등 다양한 형태의 '나노소재'가 있다. 또한 100nm 이하의 형상을 갖는 '금속', '무기', '유기', '바이오', '복합 재료' 등 다양한 조성을 갖는 나노소재를 이용한 센서 개발이 진행되고 있다.

'나노소재(Nano Material)'의 경우, 독특한 물리적·화학적·기계적·광학적 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 활용하여 제작된 나노센서는 사용되는 물질에 따라 '나노입자 센서(Nanoparticle Sensor)', '나노튜브 센서(Nanotube Sensor)', '나노와이어 센서(Nanowire Sensor)', '나노 캔틸레버 센서(Nanocantilevers Sensor)'로 구분된다.

나노입자 센서(Nanoparticle Sensor): '나노입자 센서'는 나노입자의 특성을 활용한 센서로, 대표적으로 '팔라듐(Pd)' 나노입자를 활용한 센서가 있다. 팔라듐은 수소가 흡착되면, 팔라듐 나노입자가 팽창하면서 서로 연결되어 팔라듐 저항이 낮아지는 특성이 있다. 이러한 특성을 이용하여 수소를 검출하는 수소가스센서의 소재로 활용되고 있다.
나노튜브 센서(Nanotube Sensor), 나노와이어 센서(Nanowire Sensor): '나노튜브 센서' 및' 나노와이어 센서'는 나노튜브 및 나노와이어의 전도도를 활용한 센서이다. 가스 분자나 바이오 분자가 '산화아연(ZnO) 나노와이어나 '탄소나노튜브'에 결합하면서 발생되는 전도도의 변화나, 전도 방향에 따라 결합된 분자량의 측정이 가능하다. 물질의 종류를 구분할 수 있어, 특정 가스를 검출하는 '가스 센서(Gas Sensor)' 혹은 특정 박테리아나 바이러스를 검출하는 '바이오 센서(Biosensor)'에 활용되고 있다.
나노 캔틸레버 센서(Nano-cantilevers Sensor): '나노 캔틸레버 센서'는 분자가 '캔틸레버(Cantilever)'에 흡착하여 발생한 무게의 변화에 따라 '공진 주파수(Resonance Frequency)' 특성이 변하는 특성을 이용한 센서이다. '나노 캔틸레버 센서'는 박테리아나 바이러스를 검출하는 '바이오 센서'에 활용되고 있다. 구체적으로 '캔틸레버 센서'는 특정 박테리아나 바이러스에 결합하는 항체 분자로 캔틸레버를 코팅하여, '캔틸레버 센서'를 통해 검출할 수 있는 박테리아나 바이러스를 특정할 수 있다. 이에 '캔틸레버 센서'는 단일 분자를 검출할 수 있는 센서에 활용되고 있다. '캔틸레버(Cantilever)'는 한쪽 끝은 고정되고 다른 쪽 끝은 자유로운 형태의 구조물을 지칭한다.

4-2-2. 새로운 폼팩터 구현을 위한 유연센서 소재

최근 '스마트 워치(Smart Watch)', '피트니스 밴드(Fitness Band)' 등 '웨어러블 기기(Wearable Device)'에 대한 관심이 빠르게 증가하고 있으며, '착용하는 형태의 웨어러블 기기'에서 '피부에 붙이는 형태의 웨어러블 기기'로 기술의 영역이 확장되고 있다. 이에 따라 고성능 센서를 다양한 형태와 종류의 기판에 구현할 수 있는 '유연 센서(Flexible Sensor)' 기술에 대한 요구가 늘어나고 있다.

'유연센서(Flexible Sensor)'는 '웨어러블 기기'를 동작시키기 위해서 투명하고 전도성 높아야 한다. 또 인체에 접착되어 인체 정보를 센싱할 수 있도록, 인체에 무해하고 반응성을 가지는 소재와 공정 분야 기술 개발이 필요하다. 이에 따라 '탄소 나노소재', '전도성 고분자', '나노금속' 등의 소재를 활용한. '유연 센서' 개발이 활발하게 진행되고 있다.

2017년에는 당뇨병과 녹내장 진단이 가능한 '스마트 콘택트렌즈 센서(Smart Contact Lens Sensor)'를 개발하여, 인체에 직접 착용할 수 있는 유연 센서 구현 가능성을 확보하였다. '울산과학기술원(UNIST)' 신소재공학부에서 개발한 '스마트 콘택트렌즈 센서'는 '그래핀(Graphene)'과 '금속 나노와이어(Metal Nanowires)'로 투명전극을 제작하여 시야를 확보하였다. 또 센서를 통해 수집한 바이오 데이터를 무선 안테나로 보내 안테나의 전기 저항과 공진 주파수가 변하는 원리를 이용하여 혈당과 안압을 실시간으로 측정하고 있다. 또한 통신 코일이 '블루투스(Bluetooth)' 신호를 이용한 무선 충전 방식으로 전력을 공급받기 때문에 배터리 같은 별도 전원이 필요 없어, '유연화' 및 '저전력화' 기능을 동시에 갖는 '스마트 센서'를 구현하고 있다.

4-3. 고성능의 지능화를 위한 '센서 모듈 기술'

네트워크의 발전에 따라 '센서 모듈(Sensor Module)'은 신호를 수집·전송만 하던 수준에서 벗어나, 디지털 신호 처리 기반의 '컴퓨팅 파워(Computing Power)'를 가지는 '지능형 센서 모듈'로 변화하고 있다. '지능형 센서 모듈'은 '컴퓨팅 파워'의 집적화를 통해, 인공지능 프로세서 및 신호처리가 집적되어 자체적으로 센서 오차를 측정하고 보정하고 있다. 또 자체 컴퓨팅 파워를 통해 센서소자 신호의 정밀도를 향상시키고 있다. 최근에는 세계 최초로 전자파를 측정하는 비코일 방식의 전류 센서 모듈이 개발되는 등 '센서 모듈(Sensor Module)'의 소형화·저전력화·다기능화·고성능화 등을 구현하기 위한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

'한국전자통신연구원(ETRI: Electronics and Telecommunications Research Institute)'에서 개발한 '전류 센서 모듈'은 전자식 과전류 차단기에서 전력도선에 흐르는 전류를 측정하는 장치이다. 회로에 '전선(Electric Wire)'과 '센서선(Sensor Line)'을 나란히 배치하여, 유도되는 전력 주위에 발생하는 전자파를 측정하여 전력을 차단하고 있다. 또한 비접촉 방식으로 전력 손실도 적고 수 '밀리미터(mm)'로 작게 만들 수 있다. 더불어 전자파를 활용하기 때문에 기존 대비 전류 측정 속도가 5배 빠른 장점이 있어 '스마트 공장(Smart Factory)', '전기 자동차' 등에 적용이 가능할 것으로 보인다.

4-4. 센서와 네트워크를 연결하는 '센서 통신 네트워크 기술'

'센서 네트워크(Sensor Network)'는 기존에 신뢰성 높은 유선통신 네트워크가 주로 사용되었다. 하지만 공정의 변화에 따른 공장 재배치나 '제조 기계' 및 '제조 로봇'의 이동으로 유선통신 네트워크를 재배치하는 등의 한계로 인해 '무선통신 네트워크'로 통신 기술이 전환되고 있다. '센서 네트워크'는 '센서 노드(Sensor Node)'를 네트워크로 구성한 것을 말하며, '라우터(Router)'와 '데이터 소스(Data Source)'의 2가지 역할을 동시에 수행하고 있다.

구체적으로 '센서 네트워크(Sensor Network)'는 센서로 범위 내에 있는 특정 영역에 대한 데이터를 수집하여 중앙 시스템에 전송하고, 중앙 시스템에서는 모든 센서로부터 정보를 전달받아 특정 환경에 대한 데이터를 수집·비교·분석한다. 이와 같은 '센서 네트워크'는 센서와 액츄에이터로 구성되는 '센서 노드(Sensor Node)', 센서 네트워크를 다른 아키텍처나 프로토콜을 사용하는 다른 네트워크에 연결하여 이들 간의 정보 교환을 허용하는 '게이트웨이(Gateway)', 센서와 액츄에이터를 위한 독립적 통신 인터페이스인 '네트워크 인터페이스(Network Interface)', 정의된 요구사항을 충족시키고 사용자에게 일련의 기능을 제공하는 '응용프로그램(Application)' 등으로 구성된다.

4-4-1. 저전력 장거리 무선통신(LPWA)

'센서 네트워크(Sensor Network)'는 '사물인터넷(IoT: Internet of Everything)' 기술이 확장됨에 따라 'LTE-M', 'NB-IoT', 'LoRa', 'SigFox' 등의 '저전력 장거리 무선통신(LPWA: Low Power Wide Area)' 네트워크가 주로 적용되고 있다. 'LTE-M', 'NB-IoT'는 기존 LTE 망의 대역폭을 줄여 장거리 저전력 통신 네트워크를 구현하는 방식으로, 기존의 인프라를 사용하기 때문에 초기 투자 비용이 낮은 장점이 있다. 하지만 지속해서 통신 사용료를 지급해야 하고, 통신사의 네트워크를 거치기 때문에 데이터 보안 문제 등의 단점이 있다. 단면 'LoRa', 'SigFox' 등의 경우는 비면허 대역의 주파수를 사용하여 사설 게이트웨이 설치 등 초기 네트워크 구축 비용이 드는 단점이 있으나, 통신 네트워크가 구현된 이후에는 통신 사용료가 없다. 또한 사설망으로 통신 방식을 사용자화할 수 있어 데이터 보안성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

이러한 '저전력 장거리 무선통신(LPWA)'의 장단점에 따라 국내 통신사들은 각 사에서 선호하는 특성을 보유한 LPWA를 구축하고 있다. 한국의 통신사 'SK텔레콤'의 경우, LTE-M과 LoRa를 둘 다 채택하여 사용하고 있으며, 기존에 LTE-M이 설치되지 않은 지역에 LoRa를 구축하여 센서 네트워크 서비스를 제공하고 있다.

구분	LTE-M	NB-IoT	LoRa	SigFox
통신 길이	~11km	~15km	~11km	~13km
통신 속도	1Mbps	~150kbps	~10kbps	~100bps
주파수 대역	면허 대역(1.4MHz)	면허 대역(200KHz)	비면허 대역(900MHz)	비면허 대역(900MHz)
장점	- 전국 서비스 가능 - 통신 품질의 안정성 - 기존 네트워크 활용	- LTE망 업그레이드만으로 서비스 가능 - 신규 인프라 구축비용 절감	-LTE-M 모듈의 1/4 가격 - 국가별 주파수가 거의 동일	- LoRa와 비교하여 저렴한 모듈 가격
단점	- LoRa에 비해 고가의 통신 모듈 가격	- Lora에 비해 고가의 통신 모듈 가격	- 비면허 대역으로 네트워크 불안정	- 전 세계 한정적 인프라 - 비면허 대역으로 네트워크 불안정
사용 통신사	AT&T, Verizon, SK텔레콤 등	HWAWEI, Intel, Qualcomm, Ericsson, Nokia, KT, LGU+ 등	KPN, Swisscom, ZTE, SKT 등	유럽 통신사 등

4-4-2. '센서 네트워크' 효율 향상 시키기

한편, '센서 네트워크(Sensor Network)'는 IoT 환경에서 효율적인 데이터 수집·전송이 가능하도록 대규모의 '센서 노드(Sensor Node)'로 구성된다. 다만 '센서 네트워크'를 구성하는 대규모의 '센서 노드'는 에너지·계산 비용 측면에서 한계를 가진다. 특히 '센서 네트워크'에 수집되는 중복 데이터와 불안정한 상황에서 수집되는 비정상 데이터는 '높은 에너지 소모'와 '낮은 전송 효율'을 가진다. 때문에 각 노드와 전체 네트워크의 효율을 저하시키는 단점이 있었다. 이에 따라, 다양한 기업과 연구소에서 '센서 네트워크'의 효율을 향상시키는 무선 센서 네트워크 기술을 개발하고 있다. 한 예로 성균관 대학교에서는 '자기 조직화 지도(SOM: Self-Organizing Map)' 신경망을 기반으로 센서 노드들로부터 수집되는 중복 데이터를 감소시키고, 이상 데이터를 제거하는 '데이터 병합 기법'을 개발하였다.

4-5. 센서 내 데이터 처리 등을 위한 '센서 알고리즘 기술'

'지능형 센서 알고리즘(Intelligent Sensor Algorithm)'이 적용된 '스마트 센서(Smart Sensor)'는 '센싱 기능', '통신 기능', '데이터 처리 기능', '인공지능 기능'을 갖추고 있다. 이러한 '스마트 센서'는 '상황인식', '분석', '추론'이 가능한 AI 알고리즘이 추가되어, 센서에서 생성되는 데이터를 '클라우딩(Clouding)' 방식이 아닌 '실시간(Real-Time)' 방식으로 처리가 가능하다. '스마트 기기(Smart Device)', '스마트 홈(Smat Home)', '스마트 팩토리(Smart Factory)', '스마트 시티(Smart City)', '자율주행차' 등의 다양한 스마트 IT 융합 플랫폼에 적용되어 실생활을 편하게 만들고 있다.

특히 자율주행차를 구현하기 위한 '첨단 운전자 지원 시스템 (ADAS: Advanced Driver Assistance Systems)' 등의 자율 주행 기술은 '자기 위치 추정', '외부 인식', '행동 계획', '차체 제어' 등 4가지 프로세서로 구성된다. 자율주행차에서는 '라이다 센서(LiDAR Sensor)', '초음파 센서(Ultrasonic Sensor)', '카메라 센서(Camera Sensor)' 등 각종 센서로부터 얻어진 정보를 처리하는 '패턴 인식 알고리즘(Pattern Recognition Algorithm)' 기술이 중요하다. 이에 따라 '딥러닝(Deep Learning)' 알고리즘을 적용하여 주행 중에 '비', '야간', '터널' 등의 요인에 의해 시야 확보가 어려운 상황에서, 차선을 감지하기 위해 수많은 상황을 추론하고, 조우 가능한 상황과 매칭하여 차로를 이탈하지 않게 하는 '센서 알고리즘(Sensor Algorithm)' 기술이 개발되고 있다.

4-6. 다기능을 갖는 '복합센서 기술'

센서를 활용한 IoT 디바이스 구현이 확산됨에 따라, 제품당 탑재되는 센서의 개수가 증가하고 있다. 하지만 물리적으로 제품에 탑재되는 센서의 개수는 한계가 있기 때문에 센서는 '단일 센서(Single Sensor)'에서 하나의 칩으로 다기능을 갖는 '복합센서(Complex Sensor)'로 전환되고 있다. '복합센서'는 실생활의 스마트화가 진행됨에 따라, 광범위한 영역의 정보를 수집하고, '모바일 컴퓨팅(Mobile Computing), '클라우드(Cloud)' 기술 등과 같은 기술과 융합되어 편의성을 증대시키고 있다.

다만, 복합센서는 하나의 칩을 통해 2개 이상의 센서 기능을 구현하기 때문에, 구동 전력 소모가 빠르고, 기존 단일 센서 성능 대비 효율이 떨어지는 문제가 있다. 이에 따라, 다수의 기업과 연구기관들은 복합센서의 효율을 향상시키기 위해 '센서 소재(Sensor Material)', '센서 모듈(Sensor Module)', '센서 시스템(Sensor System)' 등 전반에 대한 기술 개발을 진행하고 있다.

퀄컴(Qualcomm): '퀄컴'은 다양한 센서를 저전력으로 제어하는 동시에 복합센서 정보를 분석해 상황 정보로 처리하는 'Gimbal Project'를 진행하였다. Gimbal Project는 스마트폰이 주변 환경을 더 잘 인식할 수 있도록 모바일 앱에 기능을 추가한 기술로, 스마트폰에 탑재된 'GPS', '통신 모듈', '모센 센서', '기압계' 등의 정보를 종합하여 사용자의 위치·방향 등의 정보를 유추할 수 있도록 구성하였다.
애플(Apple): '애플'은 도로, 건축물 드에 애플 디바이스의 정보를 전달할 수 있는 센서 인프라를 구축하고 있으며, 디바이스 내 복합센서를 통해 사용자의 위치 변화에 따라 상황에 맞는 정보 및 서비스를 제공하고 있다. 애플은 2018년에 미국 메이저리그 구장에 'iBeacon'을 설치하여 사용자가 'iBeacon'이 설치된 구장에 들어가게 되면 자동으로 야구 경기와 관련된 정보를 앱으로 제공하는 테스트를 진행하였다.

4-7. 센서의 효율성을 향상시키기 위한 '저전력 기술'

'스마트 센서'는 무서 센서 기술 활용이 가속화되면서, 적은 전력으로도 센서를 가동하는 저전력 기술이 활발해졌다. 센서는 지속적인 전력 공급을 위해 '전력 배선'이나 '배터리'를 사용하여 전력을 공급하고 있다. 그런데 '전력 배선' 및 '센서 회로'에서의 '누설 전류', '잡음' 등의 발생이나, 효율성 낮은 배터리를 장시간 구동하면서 부하가 걸려 전력 사용량이 늘어나는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 '저전력 센서 소재', '초저전력 소모를 위한 회로설계 기술', '저전력 네트워크 기술', '배터리 수명 개선 기술' 등이 개발되고 있다. 최근에는 일상에서 버려지거나 소모되는 에너지를 수집하여 전력으로 변환해 사용하는 '에너지 하베스팅(Energy Harvesting)' 기술이 각광받고 있다. '에너지 하베스팅(Energy Harvesting)' 기술은 IoT의 배선과 배터리의 사용을 최소화할 목적으로, 자연에 존재하는 에너지를 IoT의 구동 전력으로 변환하는 기술로, 에너지 소스의 전력 발생 특성에 따라 '생성(Generation)', '변환(Conversion)', '전송(Transmission)'으로 분류된다.

생성(Generation): 태양광, 바람, 파도, 연료전지, 체온 등 주변 환경으로부터 에너지를 수확함
변환(Conversion): 온도 변화, 기계 진동, 충격 등의 에너지로부터 변환을 통하여 전기 에너지를 수확함.
전송(Transmission): 자기장, 전자기파 등으로부터 전력을 전송함.

이러한 '에너지 하베스팅(Energy Harvesting)'을 활용한 '에너지 자립' 기술은 IoT 디바이스의 전원 공급 방식을 다양화하여 IoT 서비스 확산을 촉진하고 있다. '에너지 하베스팅' 기술을 통해 '배터리 교환'과 '전기 배선의 유지관리' 비용도 줄일 수 있었다. 더 나아가, '에너지 하베스팅' 기술은 제조 공정 등 다양한 환경에서 요구하는 전력을 충족하기 위해 '단일 에너지'보다는 '다중 에너지' 수집이 가능한 에너지 하베스팅 기능을 IoT 플랫폼에 연동하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

5. 트릴리언 센서 시대

최근 생활의 편의성을 증대시키는 'IoT 기술', 'AI 기술', '빅데이터 기술'이 산업의 큰 성장 동력으로 주목받고 있다. 그리고 이를 활용하기 위한 데이터 수집·분석의 중요성이 부각되고 있다. 이러한 트렌드 변화에 따라 각 개체로부터 데이터를 수집하는 센서 수요가 급증하고 있다. 센서는 2007년부터 지속적으로 스마트폰, IoT 기기에 탑재되는 활용도가 높아지고 있다. 첨단 기술이 융합된 다양한 센서 제품이 출시되어 '자동차', '가전기기', '빌딩', '항공' 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 또한 기술의 발전으로 고성능·고품질의 제품이 요구되고 있어, 제품 하나당 탑재되는 센서의 종류가 많아지고 있다. 일례로, 스마트폰 제품은 '이미지 센서(Image Sensor)', '터치 센서(Touch Sensor)', '마이크로폰(Microphone)', 'GPS', '모션 센서(Motion Sensor)', '지자기 센서(Geo-Magnetic Sensor)', '조도 센서(Ambient Light Sensor)', '지문 센서(Fingerprint Sensor)' 등 약 20개 이상의 센서가 탑재되고 있다.

기존 제품들은 많은 개수의 센서로부터 수집되는 방대한 양의 데이터를 '중앙 집중 방식'으로 처리하기 위해, 광대역 폭의 통신이 필요하다. 이는 '애플리케이션 프로세서(AP: Applcation Processor)'의 전력 소모가 커지게 되는 문제점이 있었다. 이에 최신 제품들은 스마트 센서를 활용하여 센서 내에서 '원시 데이터(Raw Data)'의 잡음을 줄이고 의미 있는 정보만을 추출한다. 이러한 방식으로 '중앙 처리 장치'의 전력 소모를 줄이고, 동일 성능의 프로세서로도 가용 센서 수와 종류를 늘리고 있다.

6. '스마트 센서' 정책 동향

6-1. '미국'의 정책 동향

SMLC(Smart Manufacturing Leadership Coalition): 미국은 첨단 제조능력 확보를 목표로 범국가 차원의 R&D 컨소시엄인 '스마트 제조 선도 기업 연합(SMLC: Smart Manufacturing Leadership Coalition)'을 발족해 활동 기반을 조성하고 있다. SMLC에서는 스마트 제조를 위한 '개념 수립'부터 '기술 목표', '로드맵', '역할분담' 등 구체적인 실행 제안과 시행을 점단하고 있다. 특히 SMLC 내의 '미국 국립 표준 기술 연구소(NIST: National Institute of Standards and Technology)'는 미국 상무부 산하의 유일한 정부 연구 기관이자 핵심 추진기관이다. NIST는 스마트 제조의 상호 운용성을 위하여 표준의 정의 및 검증을 적극적으로 추진하고 있다. 또한 스마트 제조를 지원하기 위한 'IT 참고 구조'와 '워크플로우' 기반의 어플리케이션 구조 개발을 위한 프로그램을 추진 중이다.
NNMI(National Network for Manufacturing Innovation): 더불어 미국은 공공-민간 파트너십을 통한 제조 기술 개발에 중점을 둔 연구소 기관 네트워크인 'NNMI(National Network for Manufacturing Innovation)'를 발족해 상업화를 지원하고 있다. NNMI는 미국 내 제조 능력을 향상시키기 위해, 모든 기술 수준에서 제조 인력을 양성하고 있다. 공급망 통합과 중소 제조 기업과의 협력을 목표로 하고 있다.
IMI(Institutes for Manufacturing Innovation): 또한 미국은 '제조 혁신 연구소(IMI: Institutes for Manufacturing Innovation)'를 설립하여 운영하고 있다. 제조 혁신 연구소'는 정부 주도하에 정부와 기업의 매칭 펀드를 조성해 지역별·분야별 IMI를 설립하고 있으며, '첨단 기초 기술 연구'와 '제품 상용화' 사이의 간극을 메우는 기능을 수행하고 있다. 아래의 표는 IMI 중 센서 분야 설립 현황을 표로 정리한 것이다.

기관명	분야	소재지	설립시기	주무부서
America Make	소재, 소재공정, 경량화	오하이오주 영스타운	2012년	국방부
American Institute for Manufacturing Integrated Photonics	센서, 광학, 전자	뉴욕주 로제스터2015	2015년	국방부
Power America	전자, 소재	노스캐롤라이나주 랄리	2015년	에너지부
NextFlex	센서, 디지털, 전자	캘리포니아주 산호세	2015년	국방부
Advanced Functional Fabrics of America	센서, 전자, 소재, 소재공정	메사추세츠주 캠브리지	2016년	국방부
Advanced Robotics Manufacturing	AI, 로봇, 센서, 모델링, 시뮬레이션, 전자, 소재	펜실베니아주 피츠버그	2017년	국방부

6-2. '중국'의 정책 동향

'중국'은 반도체 산업 육성정책과 함께 2014년에 발표된 '국가 집적회로 산업 발전 추진 강령'에 따라 '집적회로(IC)' 설계 및 검측 기술 제조 시 필요한 핵심기술 개발을 전폭적으로 지원하고 있다. 이에 따라 '중국 제조 2025'로 센서 산업을 국가가 중점으로 지원하는 신흥사업으로 규정하고 있다. 또한 2017년에 '스마트 센서 산업 3년 추진 가이드'를 발표하며, 제조 강국으로의 발전 패러다임을 전환하기 위해 제조 부분 혁신 역량을 강화하고 있다.

6-3. '유럽'의 정책 동향

'유럽'은 '유럽 센서 시스템 클러스터(European Sensor Systems Cluster)'에서 센서 시스템의 '유럽 선도를 위한 로드맵'을 발표하였다. 이를 통해 산업환경에서 필요한 센서의 필요 요소 기술 및 발전전략을 제시하고 있다. 또한 범유럽적 네트워크를 구축해 기술을 연구개발하고 있다.

특히 독일은 2012년에 도입한 'Industry 4.0'으로 부품 및 제조혁신 프로젝트를 추진하여, 독일 내 제조업 경쟁력을 향상시키고, 이를 세계 생산현장의 표준으로 정착시키기 위한 목표를 설정하고 있다.

6-4. '일본'의 정책 동향

'일본은 '일본 재흥 전략 2016'의 5대 핵심 시책 내 관민 전략 프로젝트 10 중 하나로 '로봇', '센서' 산업 투자를 발표하였다. 일본은 대기업과 특정 분야 센서를 생산하는 다수 중소기업이 센서 시장에 참하고 있다. 특히 온도 센싱 기술은 세계 표준으로 인정받으며 센서 시장 전반의 경쟁적 우위성을 확보하고 있다.

6-5. '한국'의 정책 동향

'한국'에서는 2012년 산업통상자원부가 발표한 '센서 산업 발전전략'과 2015년 산업통상자원부에서 발족한 '첨단 센서 2025포럼' 및 과학기술정보통신부가 발표한 'K-ICT 스마트 디바이스 육성방안'을 통해 센서 관련 연구가 진행되고 있었다. 최근 제품의 스마트화가 급속도로 진행됨에 따라 센서를 포함한 소재 단위의 전략이 발표되고 있다.

2020년 7월 산업통상자원부는 첨단산업 세계 공장 도약을 위한 '소재 부품 장비 2.0 전략'을 발표하였다. 또한 2020년 8월에는 '디지털 기반 산업 혁신성장 전략'을 발표하였으며,, 이를 기반으로 빅데이터, AI를 활용한 디지털 혁신의 기반이 되는 '지능형 반도체', '스마트 센서', '임베디드', 'AI 로봇' 등 핵심 기술 개발 지원을 강화할 예정이라고 밝혔다. 2021년 1월에는 과학기술 관계장관회의에서 소자부터 솔루션까지 전반의 기술 개발을 추진하기 위한 '스마트 센서 R&D 투자전략'을 논의 및 확정하였으며, 미래 글로벌 시장 수요 등을 고려해 모바일, 자동차, 바이오헬스, 스마트 가전 등 4대 전략분야를 선정하였다.

7. '스마트 센서' 관련 기업

세계적으로 '가전', '제조', '의료' 분야의 스마트화에 대한 관심이 증폭되면서, 미국, 유럽, 일본, 중국, 한국 등 전 세계의 기업들이 경쟁적으로 '스마트 센서(Smart Sensor)' 기술 개발을 진행하고 있다. 스마트 센서는 '딥러닝(Deep Learning)' 등의 AI 기술을 접목하여 상용화하는 사례들이 점차 증가하고 있으며, 4차 산업혁명에 따른 '가전', '제조', '의료' 분야의 스마트화가 급속하게 진행됨에 따라 '스마트 센서'의 활용은 더욱 확대될 것으로 보인다.

7-1. 소니(SONY)

국적: 일본
특징: CMOS 이미지 센서 분야 선도 기업

'소니(SONY)'는 전자기기, 게임, 엔터테인먼트 등 다양한 분야의 사업을 영위 중인 일본의 다국적 기업이다. '소니'는 2020년 상반기 기준 CMOS 이미지 센서' 분야에서 시장 점유율 44%를 확보하며 '이미지 센서(Image Sensor)' 시장을 선도하고 있다.

'소니(SONY)'는 적층형의 고성능 센서 중심으로, 높은 가격대의 센서를 생산하고 있으며, 고기능성 센서를 요구하는 '애플(Apple)', '화웨이(HUAWEI)'의 요구에 대응하고 있다. 2020년에는 'IMX990 SWIR 이미지 센서'와 'IMX500'을 발표하였다. 'IMX990 SWIR 이미지 센서'는 육안으로는 보기 어려운 파장을 감지할 수 있으며, 대각선 길이 8.2m의 1/2형 제품이 1340만 화소를 지원한다. 한편 'IMX500'은 1230만 화소를 지원하며, AI 기능이 적용되어 이미지 센서 자체에서 개체로부터 수집된 데이터를 분석하고 분석 결과를 출력할 수 있다.

7-2. 아날로그 디바이스(Analog Devices)

국적: 미국
특징: 기업체를 인수하여 레이더 센서와 관련된 기술력 확보

'아날로그 디바이스(Analog Devices)'는 아날로그·디지털 부품 전문 업체로, 가전과 차량용 MEMS 관성 센서를 비롯하여, 가속도계, 각속도계 등 다양한 제품군을 가지고 있다.

'아날로그 디바이스(Analog Devices)'는 아날로그 소자에 특화된 'ADC/DAC 회로 설계 기술'과 '3μm 공정에서 65μm까지 다양한 크기의 'MEMS 센서' 및 '디지털 신호 처리 장치(DSP: Digital Signal Processor)' 설계 기술을 보유하고 있다. 또한, 자체적으로 소자의 회로 설계가 가능하여 전력 효율성을 향상시킬 수 있는 제품을 제공하고 있다. '아날로그 디바이스(Analog Devices)'의 'MEMS 가속도계' 및 '자이로스코프 솔루션(Gyroscope Solution)' 사용자에게 개별 부품 및 플러그 앤 플레이 'iSensor MEMS 서브 시스템'을 제공하여 사용자의 편의성을 증대시키고 있다. 더불어 'Analog Devices'는 독일의 '시메오(Symeo)'와 미국의 '포토닉스(Photonics)'를 인수하여 '레이더 센서(Radar Sensor)'와 관련 기술력을 확보하며 사업영역을 확장하고 있다.

7-3. ST 마이크로 일렉트로닉스 (ST Micro Electronics)

국적: 스위스
특징: 다양한 모션 감지 처리가 가능한 고정밀 모션 센서칩 출시

'ST 마이크로 일렉트로닉스(ST Micro Electronics)'는 반도체 전문 업체로 '센서(Sensor)', '파워(Power)', '차량용 반도체 제품', '임베디드 프로세서 솔루션(Embedded Processor Solutions)' 등이 주력 분야이다.

'ST 마이크로 일렉트로닉스(ST Micro Electronics)'는 '초소형 정밀기계 기술(MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems)' 기반의 스마트 센서를 개발하고 있다. 2019년에는 '3축 가속도 센서(3-Axis Accelerometer)', '3축 자이로스코프(3 Axis Gyroscope)'를 '신호 처리 회로(Signal Processing Circuit)', '머신러닝코어(Machine Learning Core)'와 결합한 저전력·고정밀 모션 센서칩을 출시하였다. 'ST 마이크로 일렉트로닉스'의 고정밀 모션 센서칩은 2.5×3×0.83mm³의 크기이며,'내부 모션 또는 자유 낙하 같은 '가속도 검출', '단일 또는 이중 탭 검출', '동작-무동작 보행 수 카운터', '보행 검출' 등 다양한 모션 감지 등의 처리가 가능하여 '스마트폰', '자율주행차', '로봇' 등에 활용할 수 있다.

7-4. 삼성전자

국적: 한국
특징: 초소형 이미지 센서 출시

'삼성전자'는 글로벌 '반도체', '전자기기' 제조업체로, 반도체 미세화 기술을 기반으로 스마트폰을 구현하기 위한 다양한 스마트 센서 개발을 진행하고 있다.

삼성전자는 2021년 6월 0.63μm의 초소형 이미지 센서 '아이소셀 JN1 (ISOCELL JN1)'을 출시하였다. '아이소셀 JN1'은 2.76분의 1인치 옵티컬 포맷으로 구성되어 있어, 카메라 모듈에 적용 시 기존 카메라 모듈 대비 약 10% 정도 높이가 줄어들어 '카툭튀 현상(카메라가 툭 튀어나오는 현상)'을 최소화할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 삼성전자는 업계 최초로 픽셀을 대각선으로 분할하는 '듀얼 픽셀 프로' 기술이 적용된 '아이소셀 GN2'를 출시하였으다. 기존 제품 대비 픽셀 크기가 0.2μm 커짐에 따라 빛을 받아들이는 면적이 약 36% 증가해 더욱 밝고 선명한 이미지를 촬영할 수 있게 되었다. 삼성전자는 2021년 기준 세계 2위 이미지 센서 기업으로 매출의 90% 이상을 스마트폰에서 창출하고 있다.

한편, 삼성전자는 '이미지 센서(Image Sensor)' 외에도 '지문인식 센서(Fingerprint Recognition Sensor)'를 개발하고 있으며, 갤럭시 S5 시리즈부터 다양하게 지문인식 센서를 접목하고 있다. 최근에는 디스플레이 내장형 '지문인식 기술'과 '얼굴인식 기술'을 접목하여 판매 중이며, 기존 스마트폰에만 적용되었던 생체 인식 기술을 노트북, 외장 하드까지 확대하고 있다.

7-5. 삼성전기

국적: 한국
특징: 삼성전자 카메라 센서 모듈 공급 업체

'삼성전기'는 삼성전자의 계열사로 '수동소자(MLCC, 칩인덕터, 칩처항 등)', '카메라 모듈(Camera Module)', '통신 모듈(Communication Module)', '반도체 패키지 기판(Semiconductor Package Substrate)', '경연성 인쇄회로 기판' 등을 제조하고 있다. '수동소자(Passive component)'란 전자 회로를 구성하는 소자 중 전기적 에너지를 소모·저장·전달할 뿐 다른 역할을 하지 않는 소자를 말한다.

특히 '삼성전기'의 '센싱 카메라(Sensing Camera)'는 정확한 '머신 비전(Machien Vision)' 애플리케이션에 최적화되어 확장된 감지 성능을 제공하고 있으며, '카메라'와 'ECU 하우징' 내부에서 열을 방출하는 기능을 확보하고 있다. 또한 '삼성전기'는 여러 이미지 센서 기업과 협력하여 유연한 '폼팩터(Form Factor)' 옵션을 제공하고 있다. 삼성전기는 카메라 모듈의 고성능화 추세에 따라 '광학 줌', '슬림화' 등 차별화된 기술력으로 경쟁력을 확보하고, 보급형 중 고사양 스마트폰 제품 공급을 지속해 나갈 계획이다. 카메라 모듈 제품 라인업의 확대와 공급처의 다각화를 통해 매출 확대에 나서고 있다.

7-6. 크루셜텍(CrucialTec)

국적: 한국

'크루셜텍(CrucialTec)'은 지문인식 모듈 제공 업체로, '삼성전자'의 협력업체 중 하나이다. '크루셜텍'은 스마트폰의 광학식 'FOD(Fingerprint on Display)' 및 'BTP(Biometric Track Pad)' 모듈을 공급하며 사업을 영위하고 있다. '크루셜텍'의 BTP 모듈은 사용자가 손가락으로 BTP 모듈을 터치하였을 때, 지문의 굴곡에 따른 정전용량 값의 변화를 측정하여 이미지화하고, 사용자마다 다른 특징점을 추출하여 암호화한 뒤, 전용 알고리즘으로 사용자를 식별하고 있다. 또한 크루셜텍은 2018년 세계 이동통신사업 전시회인 '모바일 월드 콩그레스(MWC: Mobile World Congress)'에서 여러 개 지문을 동시에 인식할 수 있고, 전체 화면의 지문인식이 가능하며, 디스플레이 패널 타입과의 높은 호환성을 가지는 정전식 일체형 'DFS(Full Display Fingerprint Solution)'을 선보이며 제품군에 대한 기술력을 확보하고 있다.

7-7. 파트론(Partron)

국적: 한국

'파트론(Partron)'은 2003년 '삼성전기'의 '유전체 필터 사업부'를 인수하여 스마트폰 안테나를 주력 사업으로 영위하며 성장하였다. 그리고 2005년부터는 고도의 반도체 패키징 기술이 요구되는 '카메라 모듈'을 주력 사업으로 영위하고 있다. '파트론'은 지문인식과 홍채인식/TOF 모듈을 '스마트폰', '노트북' 등의 전자기기에 탑재하고 있다. 이외에도 '핀테크(FinTech)', '자동차', '공문서 발급', '시험 시스템(수험 표 본인 확인)' '의료 정보(원격 정보)', '검역(감염병 환자 식별)' 같은 시장의 확대로 생체인증 관련 부품의 매출 확대를 기대하고 있다. 또한 '차선 유지 보조 시스템(LKAS: Lane Keeping Assistance System)', '신호 감지', '물체 감지' 등 '안전', '편의', '위험회피'를 목적으로 운전자를 지원하는 '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)' 차량용 카메라 모듈을 개발해 양산 중이고, '차량 위치 자동 표시 시스템(AVM: Automatic Vehicle Monitoring System)', '후방 카메라(Rear View Cam)', '블랙박스용 카메라 모듈'도 개발하여 다양한 제품군을 확보하고 있다.

7-8. 멜파스(Melfas)

국적: 한국

'멜파스(Melfas)'는 2000년 서울대학교 집적시스템 연구실의 실험실 벤처기업으로 사업을 시작하였다. '멜파스'는 정전용량 방식의 터치키 개발 기술을 기반으로, 정전용량 방식의 터치 기술의 핵심이라고 할 수 있는 '컨트롤러 IC(Controller IC)'를 자체 생산할 수 있는 기술력을 보유하고 있다.

'멜파스'는 2019년 중국 합작법인 '셀프라스(Selflas)'와 함게 개발한 스마트 워치용 무선 충전 칩을 양산하기 시작하였다. 멜파스의 무선 충전 칩은 스마트 워치 전용 '프로토콜(Protocol)'이 탑재돼 있고, 기존 제품 대비 효율을 개선시켰다. 이를 통해 발열 특성이 개선돼 과열의 위험 및 부품 수를 줄여 실장 공간을 최소화하고 있다.

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