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MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 마이크로폰은 애플, 삼성 제품을 포함한 모든 주요 제조사의 스마트폰과 태블릿에서 볼 수 있다. 시장조사업체 IHS마킷에 따르면 애플이 MEMS 마이크로폰 제품 성장을 이끄는 주요 동력이라고 한다. 예컨대 아이폰6는 3개의 MEMS 마이크로폰을 사용한 반면 아이폰6S는 4개를 탑재했다. 3~4개의 마이크로폰이 필요한 이유는 핸즈프리 통화와 시리(Siri)의 음성명령, 비디오 촬영 시 더 나은 음실, 노이즈 캔슬링, 향상된 통화음질 및 녹음 성능 등 때문이다.

놀즈(Knowles)는 현재 시장을 이끄는 주요 MEMS 마이크로폰 제조업체다. 상품화된 제품 중 59%의 시장점유율을 가지고 있다. 그리고 애플과 삼성에 주로 공급하고 있다. 칩웍스는 80여개의 아이폰6 패밀리 샘플 안의 컴포넌트를 분석했고 샘플의 42%에서 놀즈의 디자인을 찾을 수 있다. 아시아 업체 가운데서는 AAC테크놀로지가 31%를 고어텍(GoerTek)이 17%의 시장점유율을 보였고 ST마이크로일렉트로닉스가 10%를 차지하고 있다.

MEMS 마이크로폰은 이제 일반적인 필수 자재가 되어서 애플은 여러 벤더로부터 같은 부품을 공급받을 수 있는 것으로 보인다. 특히 놀즈는 10년 이상 MEMS 마이크로폰을 만들고 있다. 칩웍스는 2016년에 그들의 초기 제품인 ‘SP0103BE3’을 분석했다. 이 디바이스는 MEMS 마이크로폰 다이를 가지고 있는데 1.6mm 정방형에 하나의 직경 0.65mm 다이어프램을 가지고 있고 S2.14라는 다이 표식을 가지고 있다. 이 마이크로폰 다이어프램은 예전 마이크로폰 제품에서 다이 크기의 13% 밖에 차지하지 않는다.

놀즈는 점차적으로 MEMS 마이크로폰 다이 크기를 줄여갔고 MEMS 다이어프램 크기는 유지하면서 다이의 크기를 1mm 정방형으로 줄였다. 최근에는 새로운 다이어프램을 추가했다. 아이폰6에서 발견된 KSM1과 KMM1 마이크로폰은 싱글 다이에 0.64mm 크기의 마이크로폰 두 개를 가지고 있다. 다이 크기는 1.1×1.7mm 이며 두 개의 MEMS 다이어프램은 다이 공간의 35%를 차지하고 있는데 이는 2006년 SP0103BE3 디바이스에 비교해 두 배 이상 늘어난 것이다.

K0614라고 하는 싱글 다이에 네 개의 마이크로폰 다이어프램이 있는 디바이스도 있다. 아이폰5에 들어가 있으며 마이크로폰 다이어프램이 다이 공간의 36%를 차지한다. 모든 놀즈 제품은 정전 센싱 방식에 기반하고 있으며 두 개의 얇은 폴리실리콘 플레이트로 MEMS 다이어프램을 형성한다. 시장조사업체 욜디벨롭먼트에 따르면 놀즈는 소니를 이용해서 마이크로폰 다이를 만드는데 6인치 웨이퍼를 쓴다고 한다. 다이 크기가 1.1×1.7mm이므로 웨이퍼 1개당 약 7700개를 만들 수 있다.

아이폰6 라인업은 AAC테크놀로지와 고어텍의 마이크로폰도 사용하고 있다. 이들 업체는 인피니언이 제조한 1.4×1.4mm MEMS 다이를 사용하고 있다. MEMS 다이어프램은 놀즈 디바이스보다 크며 직경이 1.0mm이고 다이 공간의 40%를 차지한다. 칩웍스는 2008년도에 나온 인피니언의 초기 제품을 분석했다. 인피니언 MEMS 마이크로폰은 정전 센싱을 사용하고 역시 두 개의 폴리 프로세스로 만들어졌으나 상단 폴리의 백 플레이트가 MEMS 다이어프램의 폴리 1 플렉시블 플레이트 보다 두꺼웠다.

ST마이크로의 MEMS 마이크로폰은 분석한 아이폰6 샘플의 약 10%에서 발견됐다. 오므론(Omron)에서 제조한 MEMS 마이크로폰 다이를 쓴다. 1.3×1.4mm 크기의 다이는 특이한 (0.73mm) 정방형 MEMS 마이크로폰 다이어프램을 가지고 있으며 다이 공간의 약 29%를 차지한다.

MEMS 마이크로폰은 비교적 성숙단계의 반도체다. 정전 방식 센싱을 거의 모든 제조사가 사용하고 있으며 미세한 MEMS 마이크로폰 신호도 센싱하기 위해 ASIC 서킷에 많은 혁신이 일어나고 있다. 시장은 놀즈가 주도하고 있으며 인피니언도 다이 제조에 있어 주요 플레이어이다. 다만 인피니언은 더 이상 자체적으로 MEMS 마이크로폰 솔루션을 생산하지는 않고 있으며 단지 다수의 벤더에게 위탁생산(파운드리)을 제공하고 있다. ST마이크로, 인벤센스(아날로그디바이스의 마이크로폰 사업을 인수), 그리고 어쿠스티카(보쉬의 자회사) 등이 이 시장에서 약간의 점유율을 가지고 있다.

<이수환 기자>shulee@insightsemicon.com