이제, 몇층에 있는지가 아니라 몇번째 계단에 있는지를 확인하자

ST마이크로일렉트로닉스, 더욱 정밀해진 3D 위치확인 압력 센서 출시

세계 초소형 디지털 압력 센서, 정밀 고도 측정 위해 혁신적인 MEMS기술 이용

다양한 전자 애플리케이션을 제공하는 세계적인 반도체 회사이며, 세계 최고의 MEMS 제조사이자 , 휴대 기기용 MEMS 센서의 리더인 ST마이크로일렉트로닉스 (STMicroelectronics, 이하 ST)가 새로운 압력 센서 LPS331AP를 출시했다.

이번 신제품은 휴대폰과 같은 휴대 기기에서 해수면 기준 고도를 매우 정밀하게 측정할 수 있다. 이는 현재 건물의 ‘몇 층’에 있는지가 아니라 ‘몇 번째 계단’에 있는지를 파악하는 수준의 정밀한 수치 제공이 가능하다는 뜻이다.

모바일 기기 상에서의 정확한 위치 확인은 최근 각광받는 다양한 위치 기반 서비스의 핵심 요소이다. 또한, 이러한 서비스는 모바일 관련 산업에서 차세대 ‘뜨는 앱’으로 큰 기대를 모으고 있다. 공간 해상도, 신뢰성, 물리적 크기, 내구성 및 비용 등의 제약을 해결하면서 모바일 기기의 위치를 3차원으로 확인할 수 있는 방법을 제공하는 것이 숙제이다.

위도와 경도에 대해서는 GNSS(글로벌 내비게이션 위성 시스템)가 전 세계적으로 널리 사용되는 솔루션인데, 이 시스템은 4개 이상의 위성에서 신호 수신이 가능한 최적의 상태에서 1미터 내의 오차로 장치의 수평 위치를 측정할 수 있다.

하지만, ST는CSR社와 함께 위성 신호가 전혀 없는 곳에서도 모바일 기기의 수직 및 수평 위치를 확인할 수 있는 실내 내비게이션 솔루션을 개발하여 시연에 성공했었다.

3차원 위치(수직 고도)의 확인을 위해서는 기압 측정이 GNSS보다 더 나은 해결책을 제공할 수 있다. 고도가 높아질 수록 압력이 서서히 점진적으로 떨어지는 특성을 활용하기 때문에 위성 신호가 4개 이하로 확인되는 경우에도 유용하기 때문이다.

이번에 출시된 ST의 최신 압력 센서는 260 밀리바에서 1,260 밀리바 사이에서도 기압을 매우 정확하게 측정할 수 있다. 260 밀리바는 에베레스트산 정상 보다 1,500미터나 더 높은 약 10km 높이에서의 일반적인 기압이며, 1,260밀리바는 해수면 1,800미터 아래에서 나타나는 기압으로, 이는 역사상 가장 깊이 파내려간 광산의 절반 깊이에 맞먹는다.

이번 신제품은 3x3mm 패키지로 제작되고 저전압 및 초저전력 소모를 보장하기 때문에 스마트폰, 스포츠 시계 등 뿐만 아니라, 기상 관측소, 자동차 및 산업용 애플리케이션 등에서도 이상적이다. LPS331AP는 삼성이 가장 최근 선보인 최첨단 스마트폰에도 탑재가 된 상태이다.

ST마이크로일렉트로닉스의 아날로그, MEMS 및 센서 그룹의 베네디토 비냐(Benedetto Vigna) 부사장은 “컨수머 기기에서의 MEMS 디바이스 탑재가 시작된 이후, 우리는 중력, 가속화, 각속도 및 지구 자기장 감지가 가능한 제품을 개발하여 제공해왔다.”며 “이러한 센서들은 스마트 기기의 동작에 대한 감지 및 대응을 지원하는데, 이번에 새롭게 선보이는 디바이스는 대기의 무게를 파악하여 사람이나 물체가 위로 올라가는지 아래로 내려가는 지를 인식하도록 돕는다.”고 소개했다.

LPS331AP는 일체형 실리콘 칩에 압력 센서를 제조를 하는 “VENSENS”라고 불리는 MEMS 특유의 제조 기술로 생산된다. 이런 방식은 웨이퍼-투-웨이퍼 접합이 불필요하고 제품 신뢰성은 증대된다. LPS331AP의 센싱 요소는 틈을 제어하고 내부 압력이 확인된 공기의 동공 위에 자리한 유연성이 좋은 실리콘 막(membrane)에서 비롯된다.

이 막은 기존의 마이크로머신으로 제작된 실리콘 막에 비해 훨씬 작을 뿐만 아니라 내장형 기계식 스토퍼가 파손을 방지해준다.

압전저항(piezoresistor)은 이 실리콘 막이 외부 압력에 따라 구부러지면 전기 저항이 변화하는 아주 작은 구조물인데, 실리콘 막 안에 내장되어 저항의 변화가 모니터링되고 실리콘 외부 압력 변화에 따라 구부러짐에 따라 전기 저항이 달라지는 작은 구조물인 압전저항(piezoresistor)은 멤브레인에 내장되어 있고 저항 변화는 모니터링되고, 온도 변화를 보완하며, 디지털 압력값으로 변환되어 호스트 프로세서의 산업 표준형 I2C 나 SPI 인터페이스로 읽을 수 있게된다.

LPS331AP는 현재 맞춤형 설계 및 제품주기 단축을 위한 샘플 및 평가 키트도 제공 가능하다. ST의 압력 센서 평가 키트는 마더보드(STEVAL-MKI109V2), 플러그-인 모듈, LPS331AP 압력 센서를 포함한 STEVALMKI120V1 어댑터로 구성되어 있다.

아이씨엔 매거진 2012년 10월호