NT융합부품연구부 / 융합부품소재연구부문 IT R&D Global Leader 아날로그 신호 출력형 MEMS 음향센서 ROIC 칩 기술 ETRI Technology Marketing Strategy 권 종 기 (jkkwon@etri.re.kr) NT융합부품연구부 / 융합부품소재연구부문 융합 부품·소재연구부문 ETRI OOO연구소(단, 본부)명
목 차 ---------------------------------------------- 1. 기술의 개요 목 차 ---------------------------------------------- 1. 기술의 개요 2. 기술이전 내용 및 범위 3. 경쟁기술과 비교 4. 기술의 사업성 - 활용분야 및 기대효과 5. 국내외 시장 동향 융합 부품·소재연구부문
[ MEMS형 음향센서와 신호처리 칩 동작 개념도 ] 1. 기술의 개요 마이크로폰 ROIC 기술 개요 ○ 마이크로폰 ROIC 기술은 ECM Microphone, MEMS Microphone 등 음성신호를 전기적 신호로 바꾸는 음향센서의 출력신호를 증폭기, 신호변환기 등 음성신호 후처리 회로에서 처리 가능한 전기적 신호로 변환하는 회로기술 [ MEMS형 음향센서와 신호처리 칩 동작 개념도 ] 융합 부품·소재연구부문
1. 기술의 개요 MEMS 마이크로폰의 장점 MEMS 마이크로폰 ROIC로 요구되는 주요 특징 ○ 소형 마이크로폰은 지금까지 ECM type이 주로 사용되었으나, 점차 MEMS type으로 대체중 MEMS Mic.의 경우 ECM Mic.에 비해 소형(~1/10)으로 구현 가능 ECM Mic.는 열공정 취약성으로 자동화된 모듈 제작 방법 적용이 제한되어 생산 단가가 높음. 그러나 MEMS는 이러한 문제가 없어 자동화된 모듈 제작 방법 적용으로 모듈 생산 비용을 절감할 수 있음 MEMS Mic.는 온도/습도/진동에 따른 감도 열화가 ECM Mic.에 비해 적어 제조시 품질관리에 유리하고, 사용중 제품 성능 변화에 의한 문제가 적게 발생함 MEMS 마이크로폰 ROIC로 요구되는 주요 특징 ○ 높은 입력 임피던스 : 1GΩ 이상 오디오 신호 대역에서의 일정한 신호크기 유지를 위해 ○ MEMS Mic. 바이어스용 DC 전압 : ~10V 동작 전원전압은 1.6V~3.6V 조건에서 ○ 표준 CMOS 공정에서의 상기의 요구되는 특징 만족 생산단가 절감 및 향후 MEMS Mic.와의 단일칩 구성을 위해 융합 부품·소재연구부문
2. 기술이전 내용 및 범위 기술의 정의 기술의 특성 기술의 구성 ○ MEMS 마이크로폰의 출력 신호를 처리할 수 있는 아날로그 신호 출력형 MEMS 음향센서 Read-out IC 회로기술, IP기술 및 성능측정 기술 기술의 특성 ○ 표준 CMOS 공정에서 1GΩ 이상의 입력 임피던스 구현 ○ MEMS 마이크로폰 바이어스를 위한 10V DC 전압 생성 ○ 1.6V~3.6V 가변 전원전압 동작 ○ 기존 경쟁사 제품 대비 15% 작은 칩 면적 기술의 구성 ○ 고 입력 임피던스 저잡음 증폭기 회로 기술 ○ 고 입력 임피던스 자잡음 증폭기 도면설계 기술 ○ 10V 생성 전하펌프 회로 기술 ○ 10V 생성 전하펌프 도면설계 기술 ○ 저잡음 성능측정 및 측정 데이터 처리기술 : 성능시험보드 설계기술, 측정환경 구성 및 측정방법, 데이터 분석 방법 ○ 핵심 설계기술 : 특허, TM, TDP 융합 부품·소재연구부문
2. 기술이전 내용 및 범위 기술 개발 현황 : 블록 구성도 및 제작된 칩 사진 [ MEMS MIC ROIC 블록 구성도 ] ○ 제작 공정 : 0.18um Standard CMOS Process, 1P5M ○ 칩 크기 : 0.25mm2 (0.5mm X 0.5mm) ○ 5-pin I/O 구성 : SigIn, SigOut, Vbias, VDD, GND 융합 부품·소재연구부문
2. 기술이전 내용 및 범위 기술 개발 현황 : 성능 측정 환경 AP SYS-2722 Analog Input Analog Output ○ 전원 잡음 차폐를 위한 저잡음 전원모듈 ○ 외부 잡음 차폐를 위한 신호선 차폐 및 시험보드 차폐 필요 융합 부품·소재연구부문
2. 기술이전 내용 및 범위 기술 개발 현황 : 주요 성능 측정결과 주요규격 성능측정 결과 전원전압(V) 1.6~3.6 소모전류(uA) ~120 이득(dB) SNR(dB) 60.4 THD(%) 0.1 PSRR(dB) -50 Gain Flatness(dB) <0.4 BIAS 전압(V) 9.7 출력-Z (ohm) 7 코어 크기(mm2) 0.25 [ THD+N @ -42dBV ] [ 주파수 응답 특성 ] * 경쟁재품 : Knowles사 제품 융합 부품·소재연구부문
3. 경쟁기술과 비교 상용 제품과의 성능비교 주요규격 경쟁제품 성능 성능측정 결과 전원전압(V) 1.6~3.6 소모전류(uA) ~250 ~120 이득(dB) SNR(dB) 59.0 60.4 THD(%) 1 0.1 PSRR(dB) -50 Gain Flatness(dB) <1 <0.4 BIAS 전압(V) 10.2 9.7 출력-Z (ohm) 100 7 코어 크기(mm2) 0.30 0.25 * 경쟁재품 : Knowles사 제품 융합 부품·소재연구부문
[ MEMS Mic. 적용 제품별 성장세 (I) ] [ MEMS Mic. 적용 제품별 성장세 (II) ] 4. 기술의 사업성 MEMS 마이크로폰 적용 제품 ○ 실리콘 MEMS 마이크로폰 적용 영역은 휴대폰에 국한되지 않고 보청기나 전자 청진기뿐만 아니라 노트북 컴퓨터, 캠코더, 디지털 카메라 그리고 자동차 등 음성 입력이 있는 기기로 시장이 확대되며 성장 또한 향후 지속적으로 증가될 것으로 예상됨 * 출처: iSuppli 2009 * 출처: Yole Development 2009 [ MEMS Mic. 적용 제품별 성장세 (I) ] [ MEMS Mic. 적용 제품별 성장세 (II) ] 융합 부품·소재연구부문
4. 기술의 사업성 기술이전 업체 조건 사업화 시 극복해야 할 문제 ○ MEMS 마이크로폰 모듈 및 ROIC 칩 설계/제작 업체 ○ CMOS 회로설계 경험 인력 및 설계 환경 ROIC 제작공정 변경, 적용 제품에 따른 최적화 등의 작업 수행이 가능할 수 있도록 사업화 시 극복해야 할 문제 ○ 수율 향상을 위한 회로설계 마진 확보 ○ 낮은 기생 커패시턴스 ESD 보호회로 확보 ○ MEMS Mic. 제품별 ROIC 최적화 필요 MEMS Mic. 모델에 따른 바이어스 전압/기생성분이 상이한 문제점 극복 융합 부품·소재연구부문
5. 국내외 시장 동향 MEMS 마이크로폰의 시장 동향 ○ MEMS MIC 시장은 2008~2013년 연평균 18.3% 성장 예상 2013년 MEMS Mic. 시장규모 3.1억달러, 공급수량 11억개 이상으로 예상 ○ 국내 생산 제품이 세계 시장의 70% 점유 (iSuppli 2009) 시장 2013 2014 2015 2016 세계 시장규모 해외 310 366.7 433.8 513.2 국내 217.0 256.7 303.7 359.2 이전기술 적용제품 점유율 12% 20% 30% 45% 13% 24% 35% 50% 예상 매출액 37.2 73.3 130.1 230.9 2.2 61.6 106.3 179.6 * 출처: iSuppli 2009 * 국내 제품의 세계시장 점유율 70% 기준으로 작성 * 예상 매출액 = 세계시장규모 X 이전기술 적용제품 점유율 [ MEMS Mic. 시장동향 ] [ 예상 시장규모 및 매출액 ] 융합 부품·소재연구부문
감사합니다. ♣ 연락처 : NT융합부품연구부 권종기 부장 (042-860-6530, jkkwon@etri.re.kr) www.etri.re.kr ♣ 연락처 : NT융합부품연구부 권종기 부장 (042-860-6530, jkkwon@etri.re.kr) ETRI OOO연구소(단, 본부)명