유비쿼터스개론 17

 'MEMS'라는 용어에서, 'M'은 마이크론 스케일로 매우 작은 크기를 의미하고, 'EM'은 전자와 기계적인 동작 영역을 말하며, 'S'은 특정한 기능을 갖는 기구를 뜻하는 것으로, MEMS는 말 그대로 전자기계 소자를 육안으로는 보이지 않을 정도로 작은 수 밀리미터에서 수 마이크로미터의 크기로 제작하는 기술이다. 기본 단위는 마이크로미터로 사람 머리카락의 직경이 약 100마이크로미터 내외인 것을 고려하면, 초소형 기계나 부품들은 대개 이 머리카락 직경 정도의 크기를 가지며, 머리카락 속에 모터나 기어 등이 들어 있는 것과 같다. MEMS는 최소 수 밀리미터 이상의 기존 기계 부품이나 시스템보다 작고, 나노 영역의 분자 소자나 탄소 나노 튜브보다는 큰 영역에 속하며, 이보다 더 작은 영역은 NEMS로 분류하고 있다. 또한 단순히 기존의 기계를 축소한다고 해서 '마이크로 기계'가 되는 것은 아니다. MEMS 기술로 만들어진 기계는 뇌와 신경에 해당하는 논리회로, 시각 또는 청각 등을 담당할 각종 센서, 팔과 다리 역할을 할 기계장치, 그리고 이들을 유기적으로 움직이게 할 수 있는 구동 장치까지 완벽하게 갖추어야 하며, 느끼고 생각하면서 운동할 수 있는 하나의 통합 시스템이어야 한다. 이러한 MEMS의 제작은 전통적인 기계 가공 방법으로 불가능하여 반도체 미세가공 기술을 이용하여 제작된다. 집적회로 제조공정 기술을 그대로 이용하므로, 대량생산이 가능하고, 가격이 저렴하며, 소형이고, 고밀도 집적화가 가능하다. 하지만 반도체칩은 작고 좁은 면적에 수많은 전기회로를 2차원적으로 집적화 한 것이고, MEMS는 3차원적으로 공간을 마련해 회로를 배열하는 점이 다르며, 반도체 소자와는 차별화된 특수 첨단 제작 공정이 필요하다. 또한 대규모 집적회로가 프로세서에 의한 '신호처리'. 메모리에 의한 '기억'기능을 수행한다면, MEMS는 외부세계와의 '인터페이스'역할을 한다. 대규모 집적회로가 인간의 두뇌라면, MEMS 디바이스는 눈, 귀, 피부 등에 해당한다고 할 수 있다.

 

3. MEMS 기술의 특징

 MEMS는 부품보다 시스템 응용에서 더욱 고부가가치를 발휘할 수 있다. MEMS는 군사, 항공우주, 자동차, 정보통신, 바이오, 의료, 가전, 엔터테인먼트, 환경, 산업 프로세스 등 광범위한 응용 분야에 적용할 수 있다. 지금까지 성공한 MEMS 디바이스의 예는 잉크젯 프린터 헤드, 압력 센서, 가속도 센서, 디스플레이 소자 등이며, 아직까지는 매우 한정된 영역에서 사용되고 있다. 그 이유는 반도체 대규모 집적회로와 MEMS의 기술적 차이 때문이다. 즉 MEMS는 입체 구조를 형성하는 기술로 제조 과정이 다양하고 복잡하여 표준화하기 어렵고, 설계와 제조가 직결되기 때문에 실리콘 제조 공정과 같은 형태를 채택하는 것이 어렵다. 또한 완성된 칩 형태가 제 각각이기 때문에 후공정 설비를 공통화하기 어렵고, 공정에서 칩 내부의 구조체가 파손될 가능성도 있다. 집적회로의 경우에는 표준화와 공통화가 쉽기 때문에 대량생산을 위한 공장 구축도 진행되고, 다품종 소량생산도 어느 정도 가능하다. 반면 MEMS는 처리 등이 다양하고, 장비 설계가 처리와 관계가 있어 집적회로와 같이 설계 규칙에서 처리를 구별하여 블랙박스로 하고 시스템과 회로를 분리하여 설계하는 것이 어렵다. 따라서 반도체 LSI 제조 설비를 모으는 것만으로 다품종에 대응한 MEMS 개발은 곤란하다. MEMS의 특징을 간략히 정리하면 다음과 같다.

 

- 짧은 기술개발 역사

 MEMS는 기존의 타 첨단기술에 비하여 기술 역사가 짧아 주변 첨단기술과의 융합을 통해 기술의 효과와 신기술 창출을 이루고 있는 것이 특징이다. 선진국에서도 센서 및 일부 품목을 제외하고는 아직 제품화되어 있지 않기 때문에 후발주자인 개발도상국에서도 단기간의 집중투자 및 새로운 아이디어만 도출한다면 충분히 승산이 있는 분야이다.

 

- 광범위한 산업분야와 연계

 MEMS는 자동차, 의료, 가전, 운수, 우주항공, 군사 등 산업 전반의 광범위한 분야와 연관되어 시스템의 핵심 구성요소로 자리 잡기 시작했으며, 향후에는 더욱더 많은 분야에서 더 큰 비중을 차지할 것으로 예상된다.

 

- 기술의 융합성

 MEMS는 기계, 전기, 전자, 재료, 물리, 화학 등 거의 모든 분야의 기술을 필요로 하며, 이들 기술 간의 유기적인 결함 또는 융합에 의한 새로운 기능의 창출이 가능하다.

 

- 기술의 혁신성

 MEMS는 기존 제품의 대체도 가능하지만, 특히 인간 생활의 근본적인 변화를 일으킬 수 있는 인슐린 펌프 생체삽입 의료기기, 마이크로 로봇, 미세 구동 장치, 착용 컴퓨터 등과 같은 새로운 제품 또는 새로운 시장의 창출이 가능하다.

 

- 제품의 경박단소

 MEMS는 경박단소한 제품 개발이 가능하다, 따라서 협소한 공간에서 미세하고도 정교한 기능을 발휘하여 인간의 인지 및 판단 능력을 보완할 수 있다.

 

- 전자,기계 복합부품의 극소화 및 집적화

 전통적인 기계가공 기술의 가공 정도를 향상시킨 정밀기계 가공기술은 기계부품의 극소화를 추구하려는 반면, 반도체 미세가공 기술에 근거한 MEMS 기술은 전자,기계 복합부품의 극소화 및 집적화를 추구하고 있다. MEMS 기술은 기존의 정밀 메카트로닉스 기술을 기반으로 발전해온 전자,기계 복합 시스템의 소형화, 경량화/다기능화, 고속화, 고신뢰도, 저전력 소모, 가격의 저렴화를 이룸으로써 전자,기계 복합시스템의 경박단소화를 발전시킬 것으로 전망된다.