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Kafe 바로가기주관연구기관 | 신성씨앤티 |
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연구책임자 | 김용국 |
참여연구자 | 정회영 , 한승오 , 이병렬 , 임상호 , 유천열 , 김태완 , 신광호 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2018-09 |
과제시작연도 | 2017 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200007363 |
과제고유번호 | 1415153053 |
사업명 | 센서산업고도화전문기술개발사업 |
DB 구축일자 | 2022-09-03 |
키워드 | 멤즈.자이로스코프.자이로센서.가속도센서.관성센서.모션센서.실리콘관통전극.시스템온칩.지자기센서.거대자기저항. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 본 과제의 개발 대상 제품은, 스마트폰 등 모바일기기 용도의 9축 스마트 모션센서의 파일롯 규모 시제품 이며, 1) 6축(가속도+자이로) 관성센서 와 2) 3축 지자기센서 으로 구성됨.
□ 개발내용 및 결과
1) 6축(가속도+자이로) 관성센서
○ 3축 driving+3축 sensing 자이로가 적용된 1.875 × 2.1 × 0.4mm 크기의 6축 가속도+자이로 콤보 MEMS를 제작하였다. 또한, bumper, cap ground, via cavity 등의 Ant
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 본 과제의 개발 대상 제품은, 스마트폰 등 모바일기기 용도의 9축 스마트 모션센서의 파일롯 규모 시제품 이며, 1) 6축(가속도+자이로) 관성센서 와 2) 3축 지자기센서 으로 구성됨.
□ 개발내용 및 결과
1) 6축(가속도+자이로) 관성센서
○ 3축 driving+3축 sensing 자이로가 적용된 1.875 × 2.1 × 0.4mm 크기의 6축 가속도+자이로 콤보 MEMS를 제작하였다. 또한, bumper, cap ground, via cavity 등의 Anti-Stiction 프로세스를 개발하여 MEMS 파운드리 프로세스에 적용하였다. 이를 통해 웨이퍼 내 다이들 간 산포(die to die variation)가 1차년도 Capacitance > 5%, Frequency Difference > 6%, Q-factor > 150% 에서 Capacitance < 1%, Frequency Difference < 1%, Q-factor < 20% 으로 개선되었음.
○ ① 가속도 동적범위: ≥ ±16g(tunable), nonlinearity error ≤ 0.2% ② 각속도(자이로) 동적범위: ≥ ±2,000dps (tunable), nonlinearity error ≤ 0.1% ③ 가속도 noise: X축 = 1.77, Y축 = 3.73, Z축 = 10.62 mg/√Hz, ④ 각속도 (자이로) noise: X축 = 7.79, Y축 = 3.51, Z축 = 0.73 dps/√Hz ⑤ 콤보 소비전류(가속도+자이로): 4.06 (PWR 0.33+가속도 1.14 + 각속도 2.60) mA at 500Hz, ⑥ 6축 관성센서 패키지 크기: 20pin-LGA, 3.5x3.5x1.2mm(MEMS 1.875x2.1x0.4mm, ASIC 2.120x2.534x0.1 mm)),
⑦ 9축 모션센서 패키지 크기: 20pin LGA, 3.5x3.5x1.4mm(MEMS 1.875x2.1x0.4mm, ASIC 2.120x2.534x0.1mm, 지자기 1.170x1.170mm), ⑧ 온도사이클 시험: Pass(변화율 ≤ ±20%, 2차년도), ⑨ 온도충격 시험: Pass(변화율 ≤ ±20%, 2차년도), ⑩ 전자파내성(EMS) 시험: Pass (2, 3차년도)
2) 3축 지자기센서
○ x, y축용 거대자기저항 소자 + z축용 홀 소자를 결합한 1.2×1.2×0.5 mm3 사이즈의 3축 지자기센서 패키지 소자를 제작하였음. 특히 x, y축 소자의 전기적인 바이폴라 출력 신호를 구현하기 위해 Meander pattern으로 공정을 진행하였음.
○ ① 자기센서 감도 : 0.48 mV/G 이상, ② 자기센서 감도온도계수 : 0.01%/℃, ③자기센서 출력잡음 : 1.5 mG 이하 (at 8 Hz), ④ 자기센서 측정대역범위 : ±2, ±4, ±8, ±12 G, ⑤ 자기센서 소모전류 : 0.2 mA 이하, ⑥ 자기센서 패키지 사이즈 : 1.2×1.2×0.5 mm3 이하.
□ 기술개발 배경
1) 6축(가속도+자이로) 관성센서
○ 모바일 및 스마트기기를 비롯한 각종 응용 분야에서 관성센서의 수요가 급증하는 추세이나 국내에는 뚜렷한 관성센서 기업이 없는 실정임.
- 국내의 경우, 삼성과 LG와 같은 세계적인 모바일기기 기업을 보유하고 있음에도 핵심이 되는 부품을 전부 수입에 의존하고 있다. 이의 극복과 국내 산업발전을 위해 관성센서 분야에 집중적인 투자와 지속적인 연구개발이 필요함.
2) 3축 지자기센서
○ 스마트폰 및 웨어러블 기기 등의 모바일 기기의 연구 개발에 있어서 GPS와 같이 동적인 위치를 검출함과 동시에 정확한 목적지와 이동 궤적에 대한 정보가 요구되지만 국내에는 기업들의 지자기센서에 대한 연구 개발이 부족한 실정임.
- 현재 널리 쓰이는 홀 센서는 정밀도가 떨어지는데, 이마저도 대부분 수입에 의존하고 있기 때문에 이보다 정밀도가 우수한 자기저항효과를 이용한 센서 소자에 대한 연구 개발에 노력이 필요함.
□ 핵심개발 기술의 의의
1) 6축(가속도+자이로) 관성센서
○ 3축 가속도/자이로센서, 6축 콤보 관성센서 및 9축 콤보 모션센서는 스마트폰 및 자동차 필수 부품으로 기술 난이도가 높기 때문에, 이 부품에 대한 개발 및 사업화 성공을 통해 센서의 설계, 제조 및 테스트 등 원천 기술과 양산 기술 모두를 확보함으로써 미래 국내 신성장 산업의 한 축이 될 수 있으며, 그에 따른 수입대체 및 수출증대 효과가 예상됨.
2) 3축 지자기센서
○ x, y축용 거대자기저항 센서와 z축용 홀 센서를 결합하여 만든 3축 지자기센서는 높은 수준의 감도 특성이 특히 x, y축인 평면 방향으로 나타났고, 이러한 3축 지자기센서 소자의 설계 및 공정 기술을 모두 확보함으로써 이 분야에 대한 산업 발전에 따른 이익 창출 효과가 기대됨.
□ 적용 분야
1) 6축(가속도+자이로) 관성센서
○ 스마트폰 등의 모바일 기기를 비롯한 소비자 가전, 자동차, 항공, 개인 항법, 게임 등 모션 (병진 운동, 회전 운동)을 감지할 수 있는 다양한 분야에 폭넓게 적용될 수 있음. 아울러 소비자 가전 분야를 중심으로 관성센서에 대한 요구 또한 증대되고 있음.
2) 3축 지자기센서
○ 스마트 기기 이외의 다양한 분야에서도 핵심 소자로 사용되는 기본센서로 각도, 거리, 토크 등에 대한 감지가 필요한 내비게이션, 토크센서, 위치센서, 타코미터 등으로 다양하게 활용될 수 있음.
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 11p)
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