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지난 몇 년 동안 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 시장은 스마트폰, 태블릿과 같은 스마트 기기 덕분에 고성장을 나타냈다. 하지만 전방산업 수요가 부진하면서 더 이상 이전과 같은 성장률을 기록하기는 어려울 전망이다. 한편으로는 사물인터넷(IoT)과 함께 체적탄성파(BAW) 필터로 새로운 성장 동력이 기다리고 있어서 업계간 경쟁이 한층 달아오를 전망이다.

스마트 기기의 대중화는 MEMS 센서와 밀접한 관련을 가진다. 애플과 삼성전자가 적극적으로 MEMS 센서를 채용한 결과 가속도, 자이로스코프는 기본이고 기압, 압력 등 다양한 기능을 사용할 수 있게 됐다. 이후로는 첨단 패키징 기술을 접목, 크기를 줄임과 동시에 전력소비량을 낮추는 방향으로 경쟁력을 높이고 있다.

ST마이크로일렉트로닉스 심규성 차장은 “지난 2012년만 하더라도 가속도계가 3축, 혹은 6축 정도가 쓰였지만 지금은 접목할 수 있는 MEMS는 대부분 들어간 상태”라며 “크기도 충분히 작아졌고 전력소비량이 관건으로 1밀리와트(mw) 이하의 전력소비량을 제공하는 제품이 나올 것”이라고 설명했다. MEMS는 스마트 기기의 화면이 꺼져 있어도 언제나 주변 상황을 인지해야 하므로 전력소비량은 중요한 이슈 가운데 하나다. 심 차장은 “스마트 팩토리 시대에서도 MEMS 센서는 필수적으로 사용되며 결과적으로 IoT와 맞물려 파급효과를 키울 것으로 예상된다”고 덧붙였다.

스마트 기기에 쓰이는 MEMS 센서 가운데 추가적으로 고성장이 예상되는 제품은 마이크로폰이다. 시장조사업체 IHS는 2015년에서 2019년 사이 MEMS 마이크로폰 시장의 연평균성장률(CAGR)이 11%에 이를 것으로 전망했다. 2019년 MEMS마이크로폰 시장은 연간 58억개 규모를 형성하고, 금액으로는 13억달러에 도달할 것으로 분석됐다.

올해 애플은 약 10억개의 MEMS 마이크로폰을 구매할 것으로 예상된다. 작년만 하더라도 애플 제품에 사용된 MEMS 마이크로폰은 전 세계 소비량중 30% 정도로 추산된다. 삼성전자, 샤오미, 화웨이, 오포, LG전자의 구매량을 합한 것보다 더 많은 MEMS마이크로폰을 구매할 것으로 보인다. 애플은 아이폰6에 3개, 아이폰6S에 4개의 MEMS 마이크로폰을 채택했다. 녹음 성능은 물론이고 핸즈프리 전화와 보이스커맨드 기능이 점점 더 중요한 수단이 되면서 한 제품에 3~4개의 MEMS 마이크로폰을 채택하는 추세다. IHS 마르완 보스타니 수석 애널리스트는 “애플에 이어 더 많은 제조업체가 3~4개의 MEMS 마이크로폰을 모바일 핸드셋에 포함시킬 것으로 기대된다”고 전했다.

IoT는 기본, 5G가 MEMS 이끈다
IoT와 함께 5세대(5G) 이동통신도 MEMS 시장을 이끄는 또 다른 축이다. 표면탄성파(SAW) 필터 대신 체적탄성파(BAW) 필터가 필수적이기 때문이다. IHS에 따르면 2015년 기준으로 BAW 필터의 전 세계 매출은 53억4300만달러에 이른다. 2014~2019년 CAGR의 경우 31.3%이며 전체 MEMS의 시장에서 오토모티브와 함께 양대 축을 이루고 있다. 5G는 4세대(4G) 대비 1000배 빠른 속도를 목표로 전 세계 통신사 제조사 등이 선점을 노리고 있다. 2020년 상용화가 목표다. 5G는 저대역 주파수뿐 아니라 초고대역 주파수까지 활용할 전망이다. 이를 위해서는 디바이스 차원에서의 대역통과 필터(band-pass filter)의 성능 개선이 필수적이다. 28GHz 초고주파가 쓰이기 때문이다. 대역통과 필터는 여러 주파수 중 필요한 주파수 대역만 걸러서 받을 수 있도록 해준다.

이전까지 사용하던 SAW 필터는 가격 경쟁력이 높고 1.5GHz 이하 저주파에서 효율을 검증받았지만 표면에 전극을 형성하기 때문에 크기를 줄이는 데 한계가 있다. MEMS 기술을 적극적으로 도입한 BAW 필터는 소형화와 함께 특정 주파수에서 공진하는 압전체가 위쪽과 아래쪽에 나란히 배치되어 있어 신호를 수직으로 전달할 수 있다. 이 경우 주파수의 특성을 최대한 활용할 수 있다는 장점이 있으나 그만큼 가격이 비싸지는 단점도 있다. 바꿔 말하면 MEMS 업체에 상당한 이익을 안겨줄 수 있다는 뜻. BAW 필터 최대 생산 업체인 아바고가 2010년부터 2014년까지 두 자릿수 CAGR와 함께 업계 6위에 자리매김할 수 있었던 원동력이다.

한편 시장조사업체 가트너에 따르면 IoT 산업 규모는 2020년 1조2000억달러에 달한 것으로 예측된다. IoT 산업의 국내 잠재시장 규모는 현재 적용 가능한 서비스 기준으로 2조2000억원에 달하는 것으로 평가된다.

<이수환 기자>shulee@insightsemicon.com