한성욱
2001-02-20 12:55:33
2
626
최근에 어느 책에서 맵스라는 것에 대해 나온 작은 글을 읽은적이 있는데요.
기계공학에서 이분야로 가는 사람이 얼마나 되는지요?
또 기계공학에서 이분야하고 많은 관계가 있는지..
잘 모르는 상황에서 질문을 하게 되어 죄송하군요.
대부분의 몇몇 홈페이쥐를 보니.
전자, 재료공학이 주를 이루는것 같아서 이렇게 질문 드립니다.
기계공학에서 이분야로 가는 사람이 얼마나 되는지요?
또 기계공학에서 이분야하고 많은 관계가 있는지..
잘 모르는 상황에서 질문을 하게 되어 죄송하군요.
대부분의 몇몇 홈페이쥐를 보니.
전자, 재료공학이 주를 이루는것 같아서 이렇게 질문 드립니다.
퍼옴(이노넷)
미래의 高부가가치 복합기술 MEMS
-- 마이크로휴먼 로봇 과 손목시계형 PDA 개발
전자전기분야(반도체, 디스플레이분야), 기계분야, 그리고 소형화분야, 바이오분야의 기술이 어우러진 인간 친화적인 기술(Human- Friendly Technology)인 21세기의 산업적인 요구를 충족시킬 수 있는 MEMS기술은 우리나라의 경우 기술의 빠른 발전과 발맞추어 출원도 특히 1987년에 시작하여 꾸준히 증가되고 있으며, 특히 1993년부터 지난 몇 년간 급격히 증가하고 있다. 반도체가 20세기의 혁명을 일으켰 듯 21세기의 정보통신 및 의료계의 혁명을 일으킬 기술로 주목받고 있는 기술이 MEMS(Micro lectroMechanical System)라는 마이크로머신 기술이다. MEMS란 마이크로 시스템, 마이크로 머신, 마이크로 메카트로닉스 등의 동의어로서 혼용되고 있으며 초소형 시스템이나 초소형 정밀기계를 의미한다.20세기에는 기술만의 혁명과 독립된 분야의 발전이 이루어졌지만 21세기 에 들어서는 각 산업분야의 기술의 고유영역을 파괴하고, 다른 분야와의 협조가 불가피하게 되었다. 다시 말해 기술끼리의 퓨존(fusion)이 되어 새 로운 기술을 탄생시키고, 더욱이 기술만의 발전이 아니라 인간과 환경을 고려한 휴머니즘적인 기술발전을 요구하게 되었다. 이러한 요구는 MEMS 기술의 특성인 전자전기분야(반도체, 디스플레이 분야), 기계분야, 그리고 소형화 분야, 바이오분야의 기술이 어우러진 인간 친화적인 기술(Human-Friendly Technology)이므로 21세기의 산업적인 요구를 충족시킨다. 이렇듯 MEMS를 연구하는 분야는 복합적이다. 분야별 연구참여 정도를 그림1(첨부 참고)에 나타내었다. 그림1에서 기타는 제어계측공학, 의공학, 항공공학, 정밀공학, 생물공학, 기계설계공학을 나타낸다. 일반적으로 기계적 특성과 전기 전자적 특성을 가진 시스템을 의미했으나 현재에는 광학적/화학적/유체적/생물학적 특성을 가지기도 한다. MEMS는 표1(첨부 참고)에서와 같이 반도체 및 디스플레이 공정에 근거를 두어 실현화한 기술로 그 크기는 mm이하, 최고 nm이하의 구조품이다. 표1에서와 같이 마이크로 가공은 마이크로 단위를 중요시하는 기계적 요소와 극소형 기계장치의 제작 기술은 마이크로 일렉트로닉 디바이스 제조기술에 기계장치내의 물체의 이동 혹은 진동을 위한 공간이 필요하여 3차원적인 공간을 구현하기 위한 동정이 더욱 중요하다하겠다.그 가동법으로는 몸체가공법(bulk micro- machining), 표면가공법 (surface micromachining), 구조적인 다양성과 3차원구조를 위한 LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Adformung)(사진,인쇄술,전기도금, 주형법) 등이 있다. MEMS 기술은 복합기술이고 이로 인한 SoC(System on Chip)의 등장은 제조제품을 만들어 시장을 형성하는 것이 아닌 클라이언트가 필요한 application을 설정하고 그에 맞게 system을 구현하여 그 구성요소의 기술들을 복합시켜 나가에 되어, 다양한 기술을 혼합시킬 수도 있고 life cycle이 점차 짧아지는 미래의 시장의 흐름에 신속히 대응할 수 있게 되었다.이러한 기술의 개발은 지적재산권(Intellectural Property)이 필수적이 며 IP의 파급효과는 훨씬 증가된다고 하겠다. 미국의 경우 IBM이 가장 많은 출원을 하고 있으며, University of California와 Texas Instruments 등이 그 뒤를 따르고 있다.미국, 독일 및 일본의 경우 모두 제조공정에 관련된 특허 부품에 관련된 특허가 주를 이룬다. 미국과 우리나라의 경우 부품관련 기술에 대한 출원 이 제조공정관련 기술에 대한 출원보다 많았으나, 독일과 일본에서는 반대 로 제조공정관련 기술에 대한 출원건수가 부품관련 기술에 대한 출원건수 보다 많았다.일본의 경우도 대부분이(98%) 내국인에 의한 출원이며, 1980년부터 꾸준한 증가추세를 보이고 있다. 주요 출원인으로는 Matsushita, NEC, Mitsubishi, Toshiba, Hitachi등이 있다.우리나라의 경우 마이크로머신 기술의 빠른 발전과 발맞추어 출원도 특히 1987년에 시작하여 꾸준히 증가되고 있으며, 특히 1993년부터 지난 몇 년간 급격히 증가하고 있다. 국내 출원 중 내국인에 의한 출원 건수의 비중이 외국인 출원의 경우보다 더욱 크며 내국인에 의한 출원 건수는 지난 93년의 8건에서 98년에는 61건으로 5년만에 7배 이상 증가했다. 디스플레이 분야에서는 MEMS의 원천기술을 갖고 있고, 소자를 제조하는 반도체 및 디스플레이 공정이 우리나라가 우위에 있어 본격적이고 체계적 인 발전을 이룬다면 미래의 고부가가치의 산업으로 자리를 굳힐 수 있으리 라 본다.그러나 핵심분야의 특허는 미국, 일본, 독일이 전세계의 70%를 차지할 정도이다. 따라서 전반적으로 IP량이 적은 우리나라 입장에서는 앞으로 국내의 관련 산업이 본격적인 발전 단계에 접어들었을 때 심각한 저해 요인으로 작용할 우려가 높다는 것을 의미한다.또한 국내특허의 50%이하 정도가 대우전자, 삼성전기, 엘지전자, 현대 전자, 엘지반도체 등의 순으로 된 대기업 들의 출원에 치우처있다.MEMS기술은 앞에서 언급한 바와 같이 다양한 기술의 통합에서 비롯되는 기술이고, IP가 필수적인 산업이므로 국가적 차원의 연구와 독려가 필수적 이다. 일본 통상부는 1991년부터 10년동안 250억엔을 들여 산업 과학 기술 프론티어프로그램을 시작했고, 미국에서는 최근 10여년 전부터 미국과학 재단(NSF)에서 지속적으로 MEMS연구를 진행해 왔다. 유럽에서는 유럽공동체 의 공동투자를 계획하고 매년 미화 5500만불에서 2억불까지의 경비를 MEMS 연구개발에 투자하고 있다. 그림2는 우리나라 MEMS기술 연구의 참여자 소속 별 분포를 나타내었다.그림(첨부 참고)에서와 같이 우리나라의 경우는 아직 정부 차원의 연구지 원이 부족하다고 하겠다. 2000년 1월 WIPO(세계지적재산권기구)에서 마이 크로 머신 기술 영역에 대해 특허분류체계에 새롭게 신설한 것에 발맞충 특허청에서는 지난 수년간 신기술을 분석해오면서 2000년 12월 MEMS 분야 에 대해 기계분야를 선두로 공정, 전자 통신, 반도체 영상분야의 IP 분석 된 신기술동향조사보고서를 발간하였다.이러한 IP 분석 및 지속적인 출원와 그동안에 쌓아온 기반 기술을 중심 으로 산,학,연, 정부기관의 조직적이고 꾸준한 연구개발이 필요하다.세계시장은 지난 90년 140억 달러에서 오는 2002년에는 380억 달러까지 성장할 것으로 예상된다. 세계 시장의 지역별 분포를 보면 미국이 대략 60%, 유럽과 아시아가 각 각 20% 정도씩을 형성할 것이라는 전망이다.현재 MEMS의 응용분야는 센서가 주가 되고 있지만, 점차 확산되어 계 및 자동차분야, 의료분야, 항공우주분야, 환경분야, 기타 산업분야 및 일반 소비자 제품등 적용범위가 넓어졌다. 그 응용에 대한 분포도가 그림3에 나타나 있다.미래에는 인체 안에서 또는 기타의 사람이 직접 참여하기 어려운 곳에서 지능형 마이크로 로봇이 인간을 대신하여 치료하고 정보를 처리, 전달하게 될 것이다. 또한 지능형 마이크로 시스템의 통신응용으로 차세대손목시계 형 PDA는 통신기능과 정보처리기능, 그리고 음성과 영상까지 처리하게 될 것이다.금세기 집적회로 제조기술의 눈부신 발전은 전자회로의 경박 단소화를 통해 전자부품의 소형화, 다기능화, 고속화 및 저전력 소모화를 이룩함으 로써 20세기 전자혁명 시대를 주도하여왔다. 한편 현대 고부가가치 제품 과 21세기 지식정보시대에 요구되는 첨단제품의 대부분은 소형화(경량화), 다기능화, 고속화, 저전력화, 고밀화(대용량화), 지능화 및 가격저렴화가 미래 국제기술시장에서 제품경쟁력 제고의 핵심이 되며 이를 만족시키는 MEMS 기술에 의한 제품은 고 부가가치의 황금알을 낳는 차세대의 복합기술 로 자리를 굳힐 것이라 전망된다.* 첨부 : 그림1. 전공분야별 연구분포 표1. MEMS & Semiconductor Technologies 그림2. 소속 구분별 연구자 분포 그림3. MEMS 기술의 응용분야
미래의 高부가가치 복합기술 MEMS
-- 마이크로휴먼 로봇 과 손목시계형 PDA 개발
전자전기분야(반도체, 디스플레이분야), 기계분야, 그리고 소형화분야, 바이오분야의 기술이 어우러진 인간 친화적인 기술(Human- Friendly Technology)인 21세기의 산업적인 요구를 충족시킬 수 있는 MEMS기술은 우리나라의 경우 기술의 빠른 발전과 발맞추어 출원도 특히 1987년에 시작하여 꾸준히 증가되고 있으며, 특히 1993년부터 지난 몇 년간 급격히 증가하고 있다. 반도체가 20세기의 혁명을 일으켰 듯 21세기의 정보통신 및 의료계의 혁명을 일으킬 기술로 주목받고 있는 기술이 MEMS(Micro lectroMechanical System)라는 마이크로머신 기술이다. MEMS란 마이크로 시스템, 마이크로 머신, 마이크로 메카트로닉스 등의 동의어로서 혼용되고 있으며 초소형 시스템이나 초소형 정밀기계를 의미한다.20세기에는 기술만의 혁명과 독립된 분야의 발전이 이루어졌지만 21세기 에 들어서는 각 산업분야의 기술의 고유영역을 파괴하고, 다른 분야와의 협조가 불가피하게 되었다. 다시 말해 기술끼리의 퓨존(fusion)이 되어 새 로운 기술을 탄생시키고, 더욱이 기술만의 발전이 아니라 인간과 환경을 고려한 휴머니즘적인 기술발전을 요구하게 되었다. 이러한 요구는 MEMS 기술의 특성인 전자전기분야(반도체, 디스플레이 분야), 기계분야, 그리고 소형화 분야, 바이오분야의 기술이 어우러진 인간 친화적인 기술(Human-Friendly Technology)이므로 21세기의 산업적인 요구를 충족시킨다. 이렇듯 MEMS를 연구하는 분야는 복합적이다. 분야별 연구참여 정도를 그림1(첨부 참고)에 나타내었다. 그림1에서 기타는 제어계측공학, 의공학, 항공공학, 정밀공학, 생물공학, 기계설계공학을 나타낸다. 일반적으로 기계적 특성과 전기 전자적 특성을 가진 시스템을 의미했으나 현재에는 광학적/화학적/유체적/생물학적 특성을 가지기도 한다. MEMS는 표1(첨부 참고)에서와 같이 반도체 및 디스플레이 공정에 근거를 두어 실현화한 기술로 그 크기는 mm이하, 최고 nm이하의 구조품이다. 표1에서와 같이 마이크로 가공은 마이크로 단위를 중요시하는 기계적 요소와 극소형 기계장치의 제작 기술은 마이크로 일렉트로닉 디바이스 제조기술에 기계장치내의 물체의 이동 혹은 진동을 위한 공간이 필요하여 3차원적인 공간을 구현하기 위한 동정이 더욱 중요하다하겠다.그 가동법으로는 몸체가공법(bulk micro- machining), 표면가공법 (surface micromachining), 구조적인 다양성과 3차원구조를 위한 LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Adformung)(사진,인쇄술,전기도금, 주형법) 등이 있다. MEMS 기술은 복합기술이고 이로 인한 SoC(System on Chip)의 등장은 제조제품을 만들어 시장을 형성하는 것이 아닌 클라이언트가 필요한 application을 설정하고 그에 맞게 system을 구현하여 그 구성요소의 기술들을 복합시켜 나가에 되어, 다양한 기술을 혼합시킬 수도 있고 life cycle이 점차 짧아지는 미래의 시장의 흐름에 신속히 대응할 수 있게 되었다.이러한 기술의 개발은 지적재산권(Intellectural Property)이 필수적이 며 IP의 파급효과는 훨씬 증가된다고 하겠다. 미국의 경우 IBM이 가장 많은 출원을 하고 있으며, University of California와 Texas Instruments 등이 그 뒤를 따르고 있다.미국, 독일 및 일본의 경우 모두 제조공정에 관련된 특허 부품에 관련된 특허가 주를 이룬다. 미국과 우리나라의 경우 부품관련 기술에 대한 출원 이 제조공정관련 기술에 대한 출원보다 많았으나, 독일과 일본에서는 반대 로 제조공정관련 기술에 대한 출원건수가 부품관련 기술에 대한 출원건수 보다 많았다.일본의 경우도 대부분이(98%) 내국인에 의한 출원이며, 1980년부터 꾸준한 증가추세를 보이고 있다. 주요 출원인으로는 Matsushita, NEC, Mitsubishi, Toshiba, Hitachi등이 있다.우리나라의 경우 마이크로머신 기술의 빠른 발전과 발맞추어 출원도 특히 1987년에 시작하여 꾸준히 증가되고 있으며, 특히 1993년부터 지난 몇 년간 급격히 증가하고 있다. 국내 출원 중 내국인에 의한 출원 건수의 비중이 외국인 출원의 경우보다 더욱 크며 내국인에 의한 출원 건수는 지난 93년의 8건에서 98년에는 61건으로 5년만에 7배 이상 증가했다. 디스플레이 분야에서는 MEMS의 원천기술을 갖고 있고, 소자를 제조하는 반도체 및 디스플레이 공정이 우리나라가 우위에 있어 본격적이고 체계적 인 발전을 이룬다면 미래의 고부가가치의 산업으로 자리를 굳힐 수 있으리 라 본다.그러나 핵심분야의 특허는 미국, 일본, 독일이 전세계의 70%를 차지할 정도이다. 따라서 전반적으로 IP량이 적은 우리나라 입장에서는 앞으로 국내의 관련 산업이 본격적인 발전 단계에 접어들었을 때 심각한 저해 요인으로 작용할 우려가 높다는 것을 의미한다.또한 국내특허의 50%이하 정도가 대우전자, 삼성전기, 엘지전자, 현대 전자, 엘지반도체 등의 순으로 된 대기업 들의 출원에 치우처있다.MEMS기술은 앞에서 언급한 바와 같이 다양한 기술의 통합에서 비롯되는 기술이고, IP가 필수적인 산업이므로 국가적 차원의 연구와 독려가 필수적 이다. 일본 통상부는 1991년부터 10년동안 250억엔을 들여 산업 과학 기술 프론티어프로그램을 시작했고, 미국에서는 최근 10여년 전부터 미국과학 재단(NSF)에서 지속적으로 MEMS연구를 진행해 왔다. 유럽에서는 유럽공동체 의 공동투자를 계획하고 매년 미화 5500만불에서 2억불까지의 경비를 MEMS 연구개발에 투자하고 있다. 그림2는 우리나라 MEMS기술 연구의 참여자 소속 별 분포를 나타내었다.그림(첨부 참고)에서와 같이 우리나라의 경우는 아직 정부 차원의 연구지 원이 부족하다고 하겠다. 2000년 1월 WIPO(세계지적재산권기구)에서 마이 크로 머신 기술 영역에 대해 특허분류체계에 새롭게 신설한 것에 발맞충 특허청에서는 지난 수년간 신기술을 분석해오면서 2000년 12월 MEMS 분야 에 대해 기계분야를 선두로 공정, 전자 통신, 반도체 영상분야의 IP 분석 된 신기술동향조사보고서를 발간하였다.이러한 IP 분석 및 지속적인 출원와 그동안에 쌓아온 기반 기술을 중심 으로 산,학,연, 정부기관의 조직적이고 꾸준한 연구개발이 필요하다.세계시장은 지난 90년 140억 달러에서 오는 2002년에는 380억 달러까지 성장할 것으로 예상된다. 세계 시장의 지역별 분포를 보면 미국이 대략 60%, 유럽과 아시아가 각 각 20% 정도씩을 형성할 것이라는 전망이다.현재 MEMS의 응용분야는 센서가 주가 되고 있지만, 점차 확산되어 계 및 자동차분야, 의료분야, 항공우주분야, 환경분야, 기타 산업분야 및 일반 소비자 제품등 적용범위가 넓어졌다. 그 응용에 대한 분포도가 그림3에 나타나 있다.미래에는 인체 안에서 또는 기타의 사람이 직접 참여하기 어려운 곳에서 지능형 마이크로 로봇이 인간을 대신하여 치료하고 정보를 처리, 전달하게 될 것이다. 또한 지능형 마이크로 시스템의 통신응용으로 차세대손목시계 형 PDA는 통신기능과 정보처리기능, 그리고 음성과 영상까지 처리하게 될 것이다.금세기 집적회로 제조기술의 눈부신 발전은 전자회로의 경박 단소화를 통해 전자부품의 소형화, 다기능화, 고속화 및 저전력 소모화를 이룩함으 로써 20세기 전자혁명 시대를 주도하여왔다. 한편 현대 고부가가치 제품 과 21세기 지식정보시대에 요구되는 첨단제품의 대부분은 소형화(경량화), 다기능화, 고속화, 저전력화, 고밀화(대용량화), 지능화 및 가격저렴화가 미래 국제기술시장에서 제품경쟁력 제고의 핵심이 되며 이를 만족시키는 MEMS 기술에 의한 제품은 고 부가가치의 황금알을 낳는 차세대의 복합기술 로 자리를 굳힐 것이라 전망된다.* 첨부 : 그림1. 전공분야별 연구분포 표1. MEMS & Semiconductor Technologies 그림2. 소속 구분별 연구자 분포 그림3. MEMS 기술의 응용분야
공지사항
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최근에 어느 책에서 맵스라는 것에 대해 나온 작은 글을 읽은적이 있는데요.
기계공학에서 이분야로 가는 사람이 얼마나 되는지요?
또 기계공학에서 이분야하고 많은 관계가 있는지..
잘 모르는 상황에서 질문을 하게 되어 죄송하군요.
대부분의 몇몇 홈페이쥐를 보니.
전자, 재료공학이 주를 이루는것 같아서 이렇게 질문 드립니다.
----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?
우선 MEMS를 설명드리면, 다음을 참조 하십시오.
MEMS
또한, MEMS와 일반 반도체 제조와 다른 점을 알려드리겠습니다.
첫째, MEMS는 미소기계구조물이나 기계기구를 미소하게 구현하는 것이므로 거의 대부분 "움직임"이 들어간다는 점입니다. 이경우 최근 일반적인 구동메카니즘으로 어느정도 검증된" 머리빗모양의 정전구동기구"가 대부분을 이루고 있으며, 일반적인 모터나 기어를 축소하는 것은 표면 마찰력 문제로 그리 성공적이지 못합니다[흔히 사진에 실린 마이크로 모터나 기어는 눈을 기쁘게 해줄지는 몰라도 대부분 일회용이거나 구동되지 못하는 것이 대부분입니다].
둘째, 실리콘 단일 기판을 사용하는 것이 대부분입니다. 즉, 그 구동기구 등이 단지 기계구조물이나 기계기구를 구현하는 것이므로 실리콘 반도체 공정에서 확립된 공정을 대부분 그대로 사용하고 있습니다. 반면 반도체의 경우 실리콘이나 화합물(GaAs)반도체 등 그 기판의 종류가 다양하고 기판의 종류에(주로 도핑농도와 Growth특성)따라 그 기능과 특성이 변하므로 다양한 공정기술이 존재합니다.
셋째, MEMS는 고세장비(High Aspect Ratio)구조물을 만드는 것이 대부분입니다. 반도체 공정이 부가가공(메탈이나 산화막을 올리는 공정)이 대부분인 반면 MEMS는 제거가공(주로 드라이 에칭이나 LIGA 프로세스 : 이를 마이크로머시닝이라 합니다)이 주류라 볼 수 있습니다.
이외에도 여러가지 차이가 있지만, 연구소에서는 대부분 이를 중심으로 공정과 연구가 진행됩니다.
서론이 길어졌는데, 기계구조물이라는 개념에서 MEMS는 전기전자부분이 아니라 기계공학이 매우 중요한 분야입니다. 그 이유는 이미 전기전자부분은 잘 확립된 반도체 이론이 MEMS에 적용될 수 있으나 마이크로세계의 기계적인 문제는 연구가 거의 되고 있지 못한 실정이기 때문 입니다.
즉, MEMS는구동원리나 메카니즘이 마이크로의 세계를 반영해야 하기때문에 벌크(Bulk) 기계설계의 개념이 그대로 적용되지 않고, 강도설계나 중량감소 설계보다는 "탄소성역학/고체역학","진동학", "동력학", "마이크로 트라이볼로지(윤활)", "반도체 공정"등에 대한 복합적인 지식이 동등하게 필요한 분야라 볼 수 있습니다.
기계공학을 전공하신 교수님이나 학생들의 가장 큰 단점은 바로 반도체공정에 대한 이해가 부족하다는 점입니다. 대부분 이야기를 나누어보면 "몰라도 너무 모른다"는 생각이 들때가 많습니다. 그러다 보니 막연한 환상을 가지시는 분이 대부분입니다. 막연한 환상으로 MEMS를 보다보면 전기나 재료공학에서 접근하는 실용학문으로서 MEMS를 이론적인 분야만으로 넘길 수 있는 문제점이 발생합니다.
제가 생각하기에는 막연히 MEMS를 대단한 기술로 보기보다는 기계공학도로서 "반도체공정"기술을 습득하면 별 것 아닌 것으로 보시는 마음이 중요하다고 생각합니다. 그리고 MEMS는 기계공학의 새로운 "대안"이 아니고 바로 기계공학 원리 그 자체라 생각하시는 것이 좋을 것 같습니다. 그러므로 기계공학을 전공한 어느 분이든지 반도체 공정 지식을 습득하신다면 일단 MEMS를 하시는데 어려움은 없을 것입니다. 그리고 대부분의 MEMS엔지니어들은 기계역학을 배우거나(전기공학을 전공하더라도 기계공학을 동시에 공부합니다) 배운 기계공학도입니다.
도움이되었으면 합니다.
감사합니다.