한국하니웰, 미래 고부가가치 산업의 동력 센서 기술 초고감도 센서인 나노파워 자기저항센서 IC

미래 산업을 좌우할 만큼 최근 센서 기술의 트렌드 변화에 관심이 집중되고 있다.
계측 및 자동화 기술의 핵심인 센서가 미래 고부가가치 산업으로 자리매김 하면서 초소형화, 다기능화, 지능화 및 네트워크화 함에 따라 최근 센서기술의 트렌드가 나노파워센서, MEMS 압력 센서, 첨단 바이오센서 등 다양하게 변화하고 있다.

센서 기술, 고부가가치 산업으로 급부상
센서 기술이 인류 미래를 바꿀 10대 기술 중 하나로 꼽히면서 최근 관심이 집중되고 있다. 센서(Sensor)란 물리·화학·생물학적 정보를 감지하여 유용한 신호, 즉 전기적 신호로 변환, 출력하는 모든 장치를 의미한다. 센서기술은 1970년대 산업생산의 효율을 개선하기 위해 추진된 산업자동화의 시작으로 개발 됐다.

 
최근 다양한 분야의 과학 기술과 결합하며 센서 기술은 계측 및 자동화 기술의 핵심인 고부가가치 산업으로 자리 잡았으며, 그 시장 규모가 급성장하고 있다. 기존의 센서 기술은 양산화, 표준화, 가격합리화에 초점을 뒀다면, 최근에는 초소형화, 다기능화, 지능화 및 네트워크화 등 새로운 트렌드 경향이 나타나고 있다.

 초소형, 초고감도의 나노파워 자기저항센서 IC
최근 회로 설계의 발전으로 리드 스위치를 대체할 만한 컴팩트한 크기, 품질 및 내구성 증가, 배터리 수명 최대화를 실현시킬 수 있는 자기저항센서(MR센서)가 등장했다.

MR센서는 홀 이펙트 센서처럼 고체 상태의 자기 센서로 센싱 물체와 평행방향으로 자기 감지가 이루어져 홀 이펙트 센서에 비해 일반적으로 감도가 더욱 뛰어나다고 알려져 있다. MR센서는 초소형, 고감도의 특성으로 사실상 모든 배터리식 제품에 사용될 수 있다.

 
또한, 2mm 안팎의 나노파워 시리즈 자기저항센서는 동일한 감도와 동일한 비용으로 리드 스위치보다 작으면서도 더욱 견고하고 안정적인 성능을 제공해 준다. 그 동안 매우 낮은 전력과 큰 공극 때문에 주로 리드 스위치에 의존할 수밖에 없던 배터리 방식 제품에 나노파워 자기저항센서를 적용하여 낮은 전력과 높은 효율을 유지할 수 있게 됐다. 또한, 자동화 픽 앤 플레이스(Pick-and-place) 부품 설치에 사용할 수 있도록 테이프 및 릴(릴 당 3000개) 포장의 초소형 SOT-23 표면 실장 패키지로 제공된다.

나노파워 자기저항센서 IC의 적용분야
나노파워 시리즈는 자기 감도 유형에 따라 두 가지로 분류할 수 있는데, 초고감도 SM351LT 및 고감도 SM353LT는 1.8Vdc에서 각각 360nA, 310nA만을 소모한다.
나노파워 제품은 크게 산업용, 의료용, 백색 가전 제품, 소형가전제품으로 적용분야를 나눌 수 있다.

 
산업용으로 모바일 장비(노트북, 스캐너)는 배터리식 기기의 리드 개폐를 감지 한다. 수도, 전기 및 가스 검침기에 적용시 검침기의 계수 기능을 조작, 속도를 늦추거나 또는 정지시키기 위해 대형 자석을 검침기 외부에 부착하여 자기장의 존재 여부를 감지한다. 나노파워 제품은 500nA 미만의 낮은 전력을 사용하기 때문에 배터리 수명에 민감한 분야에서 리드 스위치 대신 사용할 수 있다.

 
건물 출입 통제에는 배터리 작동식 보안 시스템용 리드 스위치를 대신해서 문 개폐 여부를 감지하고 신호를 무선 모듈로 전송 및 중앙 제어 장치로 전달한다.
의료용으로는 운동장비에서 비상 정지 스위치로 사용하거나 RPM 및 경사 위치를 감지하고 약물 주입 펌프시 주입 카트리지의 위치를 감지한다.

의료용 캐비닛의 서랍 위치를 감지해 약물 분배 캐비넷 서랍을 원격으로 잠금 및 잠금 해제가 가능하다. 따라서 의약품의 보안과 투약 오류를 줄일 수 있다. 또한 전기적으로 병원 침대 조정이 가능해 병원 침대를 최소/최대로 위치를 결정할 수 있다.

백색 가전 제품에는 식기세척기, 전자레인지, 세탁기, 냉장고 등 뚜껑, 문 및 서랍 위치 감지에 적용하고 유체 흐름을 감지해 커피머신에서 흐름을 측정하는 계수 메커니즘으로 활용할 수 있다.
소형 가전 제품에는 배터리 최적화 위치 센서로 적용할 수 있는데 자석의 존재를 감지하여 노트북, 태블릿, 무선 스피커 등의 가전 제품의 작동을 중지하여 배터리 수명을 최대화 한다.

고집적 기술 다양한 센서에 활용
센서에 미세전자기계시스템(MEMS : Micro Electro Mechanical System) 기술이 적용되면서 자동차 부품, 스마트폰 등 다양한 기술 혁신을 불러일으켰다. 미세전자기계시스템이란 반도체 제조 공정을 응용해 마이크로미터(㎛, 100만분의 1미터) 크기의 초미세 기계부품과 전자회로를 동시 집적하는 기술로 동작, 가속, 기울기, 진동 등을 측정하는 다양한 센서에 활용되고 있다.

 
MEMS 가속도 센서는 자유낙하 혹은 비정상적인 움직임이 있을 시 통합 시스템에 하드디스크 드라이브의 모든 기능을 멈추도록 명령한 후, 자기 헤드(Magnetic Head)를 안전한 위치에 안착하도록 한다. 자동차 에어백용 센서가 대표적인 제품으로 가속도가 기준치 이상 증가하면 에어백이 작동하게 된다.

 
또한, 각운동 센서로 불리는 MEMS 자이로스코프는 가속도 센서를 보완하여 인간-기계 사이의 인터페이스 상에서 다양한 모션, 구동 성능을 향상시켰다. 이 센서는 스마트폰, 태블릿, 게임기 등에 탑재돼 사용자의 팔목, 팔, 손 동작 등의 움직임을 인식, 앱을 구동시키거나 웹페이지로 이동, 게임 캐릭터 움직임을 구현시킬 수 있다.

ST마이크로일렉트로닉스가 최근 출시한 MEMS 압력 센서 LPS22HB는 고도를 측정 가능케 한다. 이 센서는 스마트폰, 태블릿은 물론 스포츠 워치, 스마트 워치, 피트니스 밴드와 같은 웨어러블 기술에서 사용이 점점 늘어나고 있다. 정확한 고도 감지와 더 나은 위치 기반 서비스 제공이 가능해 추측항법(dead-reckoning) 계산을 더욱 정확하게 수행할 수 있으며, 이를 통해 날씨 분석이나 건강, 스포츠 모니터링과 같은 새로운 스마트폰 앱 개발을 가능하게 할 수 있다.

사물인터넷(IoT) 시대 도래로 지능화 및 네트워크화
최근 사물인터넷(IoT) 시대가 도래하며, 첨단 센싱 기술 기반의 센서 시장이 주목을 받고 있다. 산업통상자원부에 따르면 세계 센서사장 규모는 2012년 796억 달러에서 2020년 1천 417억 달러로 연평균 9.4% 성장할 것으로 나타났다. 이 중 첨단 센서 비중은 현재 20%에서 2020년 49%로 크게 높아질 것으로 전망된다.

 
첨단 바이오 센서가 개발되며, 눈물, 땀샘, 침을 측정해 질병을 실시간으로 모니터링할 수 있게 됐다. 구글은 현재 당뇨병 환자들을 위해 당혈당 체크가 가능한 스마트 콘택트렌즈를 개발 중에 있다. 환자의 눈물 속 포도당 수치를 포도당 센서로 측정함으로써 혈당측정기로 피를 뽑는 수고를 덜 수 있다. 또한, 지난 9월 애플이 발표한 아이워치에 적용된 센서는 발광다이오드(LED) 광원을 피부에 비춰 반사되는 양을 근거로 혈관 운동을 판단해 사용자의 맥박 측정 등 건강 정보를 수집하는 기능을 하고 있다.

자료제공 | 한국 하니웰(www.honeywell.co.kr)