MEMS(마이크로전자기계시스템) 시스템은 마이크로 또는 나노 규모의 장치 또는 시스템을 의미하며, 대량 생산이 가능하고 마이크로 센서, 액추에이터, 기계 구조, 전원, 신호 처리, 제어 회로, 고성능 전자 집적 장치, 인터페이스 및 통신을 통합합니다.

MEMS 센서는 마이크로일렉트로닉스 기술을 기반으로 개발된 다학제적 첨단 연구 분야입니다. 이는 마이크로일렉트로닉스 및 미세가공 기술을 이용하여 제조되는 새로운 센서입니다.

기존 센서와 비교했을 때, 소형, 경량, 저비용, 저전력 소비, 높은 신뢰성, 대량 생산 적합성, 손쉬운 통합 및 지능화 등의 특징을 가지고 있습니다.

동시에 마이크론 수준의 특징 크기는 기존의 기계식 센서로는 달성할 수 없는 특정 기능을 수행할 수 있도록 해줍니다.

MEMS 기술은 21세기의 혁신적인 첨단 기술 중 하나입니다.

1947년 미국 벨 연구소의 트랜지스터 발명은 전체 산업 발전의 시초가 되었고, 1987년 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 마이크로모터 발명은 MEMS 기술의 시작으로 여겨지며, 1993년 ADI의 마이크로 가속도계 제품이 자동차 충돌 방지 에어백에 대량으로 사용되면서 MEMS는 공식적으로 산업화 단계에 진입했습니다.

2016년 이후 국내 센서 기술 및 산업은 급속도로 발전해 왔습니다. 동시에 국내 사물인터넷, 5G, 인공지능 등의 기술 발전에 힘입어 센서는 MEMS, 지능화, 네트워크화, 시스템화 방향으로 지속적으로 발전해 왔습니다.

MEMS 산업 공급망: 네 가지 주요 연결 고리로 구성됨

MEMS 산업 사슬은 크게 설계 및 연구 개발, 생산 및 제조, 포장 및 테스트, 시스템 응용의 네 가지 주요 단계로 구성됩니다.

MEMS 산업 사슬의 상류는 MEMS 소자 설계, 재료 및 생산 장비의 연구 개발 및 공급을 포함하고, 중류는 MEMS 소자의 제조, 가공, 포장 및 테스트를 포함하며, 하류는 MEMS 제품을 사용하여 최종 전자 제품을 통합하는 것을 포함합니다.

통계에 따르면 MEMS 및 센서 파운드리의 생산 능력은 2019년 월 3.9만 개에서 2023년 월 4.7만 개로 증가할 것으로 예상됩니다.

MEMS 센서 산업의 경쟁 환경

세계 MEMS 센서 시장의 주요 선두 기업은 보쉬와 브로드컴 그룹으로, 두 회사 모두 약 12%의 시장 점유율을 차지하고 있습니다.

중국은 세계 최대의 전자제품 생산 기지이자 최대의 전자제품 소비국입니다. 2019년에는 전 세계 MEMS 기기 시장에서 절반 이상의 점유율을 차지했습니다.

하지만 국내 시장은 여전히 ​​외국 제조업체들이 장악하고 있으며, 국내 시장 상위 10개 업체 중 국내 업체는 6%에 불과합니다. 그중 브로드컴, 보쉬, ST마이크로일렉트로닉스가 각각 11%, 8%, 4%의 ​​시장 점유율로 상위 3위를 차지하고 있습니다.

MEMS 센서 산업 구조 점유율

2019년 세계 MEMS 산업 구조의 비중을 보면, 소비자 가전이 주요 응용 분야로 약 60%를 차지하고 있으며, 자동차 전자 장치가 두 번째로 큰 응용 분야로 약 19%를 차지합니다.

2019년 중국 MEMS 시장 구조를 보면 네트워크 및 통신, 컴퓨터, 가전제품 분야가 50%, 자동차 분야가 29%를 차지했습니다.

중국에서 스마트폰과 태블릿 같은 소비자 전자제품 생산량이 꾸준히 증가함에 따라 가속도계, 자이로스코프, 마이크로 마이크와 같은 MEMS 제품에 대한 수요도 증가하고 있으며, 이로 인해 중국은 세계 MEMS 시장에서 가장 빠르게 성장하는 지역이 되었습니다.

가전​​ 제품

현재 소비자 가전은 전 세계 MEMS 산업에서 가장 큰 응용 시장이며, 전체 MEMS 산업에서 차지하는 시장 점유율도 증가하고 있습니다. 무선 주파수 MEMS, 마이크로 마이크, 압력 센서, 가속도계, 자이로스코프 등을 포함한 MEMS 제품은 스마트폰과 태블릿을 비롯한 소비자 가전 제품에 널리 사용되고 있습니다.

스마트폰에서 MEMS 센서는 음향 성능, 장면 전환, 제스처 인식, 방향 감지, 온도/압력/습도 감지 등 광범위한 응용 분야를 제공합니다.

2019년 전 세계 소비자 가전 분야 MEMS 시장 규모는 약 71억 6,300만 달러였으며, 2019년부터 2024년까지 연평균 복합 성장률은 8.4%에 달할 것으로 예상됩니다.

자동차 전자 제품

자동차 전자 산업은 에어백 충돌 센서, 타이어 공기압 모니터링 시스템 및 차량 안정성 제어와 같은 MEMS 센서 응용 분야의 첫 번째 물결을 주도한 것으로 여겨지며, 이러한 센서는 차량 성능을 향상시킵니다.

환경 정보 인식은 주행 보조 시스템의 핵심입니다. 레벨 1/2 자율주행에는 카메라 모듈 1개, 초음파 레이더 및 라이다 1~3개, 융합 센서 0~1개만 필요합니다. 레벨 4/5 자율주행 차량에는 초음파 레이더 및 라이다 7~13개, 카메라 모듈 6~8개, V2X 모듈, 그리고 다중 센서 융합 솔루션이 도입될 예정입니다. 새로운 반도체 가격은 1,000달러 이상입니다.

의료 건강

MEMS 센서는 심장박동기, 정밀 수술 기구, 의료 기기, 스마트 보철물, 혈당 측정기, 디지털 혈압계, 혈액 가스 분석기, 디지털 맥박계, 심박수 모니터, 디지털 온도계, 임신 테스트기, 경피 약물 전달 시스템, 투석 시스템 및 산소 농축기 등과 같은 생물학 및 의료 전자 제품에 널리 사용됩니다.

압력 센서, 미세유체 장치, 유량계 및 가속도계는 의료용 MEMS 시장에서 상당한 비중을 차지합니다. 전 세계 의료 분야 MEMS 시장 규모는 2019년 8억 4,400만 달러였으며, 2019년부터 2024년까지 연평균 7.5%의 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다.

사물의 인터넷

사물인터넷의 대중화는 MEMS의 응용 시나리오를 크게 확장시켰습니다. 사물인터넷은 스마트 스피커, 스마트 TV, 웨어러블 기기 등과 같은 다양한 신규 시장을 창출했습니다. 동시에, 사물인터넷의 지능화 수준 또한 지속적으로 향상되면서 단일 기기에 MEMS를 사용하는 사례가 증가하고 있습니다.

MEMS 센서 산업에서 장치 유형별 비율

전 세계 MEMS 제품 구조에서 무선 주파수 MEMS가 19.2%의 점유율로 1위를 차지하고 있으며, 그 외 제품 중에서는 압력 센서, 마이크, 가속도계 등이 10% 이상의 점유율을 차지하고 있습니다.

중국 시장 구조는 세계 시장과 유사합니다. 데이터에 따르면 2019년 국내 RF MEMS 제품 매출은 25.9%를 차지했으며, 압력 센서가 19.2%로 2위, 마이크, 관성 센서, 가속도계가 각각 7.1%, 8.9%, 6.5%를 차지했습니다.

MEMS 마이크

MEMS 마이크는 MEMS 시장에서 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나입니다. MEMS 마이크 시장의 성장은 주로 스마트폰, 스마트 스피커 및 TWS 헤드셋의 발전 덕분입니다.

MEMS 마이크는 스마트폰의 표준 구성 요소입니다. 일부 고급 스마트폰은 3~4개의 MEMS 마이크를 사용하기도 합니다. 스마트 스피커에는 2~8개의 MEMS 마이크가, TWS 이어폰에는 4~6개의 MEMS 마이크가 탑재될 수 있어 MEMS 마이크 시장은 강력한 성장세를 보이고 있습니다.

중국 MEMS 센서 산업의 발전 동향

소형화

장비 소형화 및 저에너지 소비가 가속화되는 미래 사회에서 제품 크기와 비용의 지속적인 절감은 MEMS 센서 산업의 중요한 발전 추세 중 하나입니다.

MEMS 센서 제품의 하위 응용 분야에서는 더욱 얇고 가벼운 제품에 대한 요구 사항이 높아지고 있습니다. MEMS 제조업체들은 제품 성능을 보장하면서 패키징 구조를 개선하고 장치 크기를 줄이는 한편, 칩 크기도 줄이고 있습니다. 단일 웨이퍼의 크기가 고정된 경우, 칩 크기를 줄이면 칩 생산량이 증가하고 평균 비용이 효과적으로 절감됩니다. 앞으로 MEMS의 크기가 더욱 작아짐에 따라 MEMS(미세전기기계시스템)는 점차 NEMS(나노전기기계시스템)로 전환되면서 크기와 비용을 지속적으로 줄일 수 있을 것입니다.

통합

다중 센서 융합 및 협업: 단일 장치에 탑재되는 센서의 수가 점차 증가하고 있습니다. 동시에 신호 인식 및 수집 효율과 장치 통합 수준을 향상시키기 위해 센서들이 융합 및 협업을 실현하기 시작했습니다(예: 가속도계, 자이로스코프, 자기계 및 IMU를 결합하여 관성 센서 그룹을 구성).

유연한 압력 감지 MEMS는 분명한 장점을 가지고 있습니다.

기존의 정전식 방식과 비교했을 때, 유연한 MEMS는 최종 제품의 구조 및 내부 공간에 대한 요구 사항이 낮고, 조립 비용을 효과적으로 절감할 수 있으며, 스마트폰 압력 감지 터치, 웨어러블 제품, 산업/의료 측정 등 다양한 분야에서 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다.

다양한 애플리케이션 시나리오

인공지능과 사물인터넷 기술의 발전과 함께 MEMS 센서의 응용 시나리오는 더욱 다양해질 것입니다. MEMS 센서는 인공지능의 핵심 기반 하드웨어 중 하나이며, 센서가 수집하는 데이터가 풍부하고 정확할수록 인공지능의 기능은 더욱 완벽해질 것입니다.

미래에는 스마트홈, 산업인터넷, 차량인터넷, 스마트시티와 같은 새로운 산업 분야가 MEMS 센서 산업에 광범위한 시장 공간을 제공할 것입니다.

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