성공하는 IP-R&D 전략 07 - 특허로 본 초소형 MEMS 마이크로폰 기술
서론
MEMS 마이크로폰은 기존의 ECM(Electret Condenser Microphone)을 비롯한 압전세라믹스 마이크로폰에 비해 많은 장점을 가지고 있어, 스마트폰의 보급과 더불어 급속도로 시장을 확장해 가고 있는 기술 분야이다.
MEMS 마이크로폰의 가장 큰 장점은 초소형화가 가능하고 온도, 습도, 진동 및 시간에 따른 감도 저하가 나타나지 않는다는 점 이외에도 생산 공정이 기존의 실리콘 웨이퍼를 이용한 반도체 공정을 이용할 수 있다는 점에서 많은 장점을 가지고 있어, 많은 국내외 연구기관과 기업들이 연구개발 및 생산에 참여하고 있다.
이에 본고에서는 MEMS 마이크로폰에 대한 특허 동향 및 특허전략 방향을 제시하고자 한다.
환경 분석
MEMS 마이크로폰 시장은 조사기관마다 차이는 있으나 2020년까지 연평균 23% 내외의 성장을 이룰 것으로 전망되며, 연간 생산량이 2012년 10억 개에서 2020년 25억 개가 될 것으로 전망된다.
특히 시장의 70% 이상은 스마트폰을 포함한 휴대전화용으로 만들어질 것이라 보고 있다.
그 외에 노트북, 카메라, 태블릿, 캠코더 등의 휴대용 전자기기와 보청기 등의 의료용 기기에 적용될 것으로 전망된다.
MEMS 마이크로폰의 주요 업체 4곳을 선정하여 주요 기술에 대해 살펴보았다.
Akustica는 Bosch의 계열사로서 2001년도에 설립됐으며, 카네기 멜론 대학으로부터 CMOS MEMS 기술을 라이선스 받아 상업화했다.
또한 2006년도에 동일 칩 상에 MEMS 마이크로폰 부와 전치 증폭기 및 ADC를 병합하는 기술을 개발하여 보유하고 있다.
Knowles Electronics는 1946년에 설립되었으며 보청기, MEMS 마이크로폰, 다이내믹 스피커와 수신기 등의 최신 미세청각, 인간 인터페이스를 제공하는 유수 글로벌 공급업체다.
세계 최대 MEMS 마이크로폰 생산업체로 초소형 MEMS 마이크로폰 시장을 선도하며, 2010년 기준 전 세계 시장의 80%를 점유하고 있다.
독자적인 CMOS-MEMS 마이크로폰을 개발 중에 있다.
Analog Devices는 3×4×1㎣ 패키징에서 60.5dBA의 SNR과 100Hz에서 12kHz 사용주파수대 제품을 개발했다.
Audience는 인간의 청각 기능을 그대로 모방하여 주변 소음을 제거하는 IC 칩을 개발했고, 130㎚의 CMOS 공정기술을 적용했다.
국내의 기존 ECM 생산 관련 기업들은 MEMS 마이크로폰 시장의 확대에 따른 진출을 모색하고 있으며, 후발주자로서 경쟁에 뒤처지지 않기 위해 지재권 확보에 큰 관심과 노력을 기울이고 있다.
특허 분쟁
MEMS 마이크로폰 시장 확대에 따라 이 분야에서 특허 분쟁이 발생하고 있다.
그 중 대표적 사례를 살펴보면 2009년 10월 Analog Devices사가 특허침해를 이유로 Knowles Electronics사를 ITC에 제소했으며, 2010년 12월 Analog Devices가 승소했다.
대상특허는 웨이퍼 점착방지 애플리케이션(WASA: Wafer Anti-Stiction Application) 특허 중 하나인 US7364942였다. Knowles Electronics사는 이에 일부 침해를 인정하기는 했으나 이 특허가 ‘일반적인 기술’이라는 내용으로 무효화를 시도하였고, 두 업체는 점차 다른 특허를 이용해서도 침해 주장 및 무효 주장을 하며 맞섰다.
최종적으로는 2013년 3월에 양사는 모든 분쟁을 종결함과 동시에 Cross-Licensing을 하기로 합의하여 본 분쟁을 종결하게 되었으며, 구체적 합의 내용은 공개하지 않았다.
2011년 Knowles Electronics사는 MEMS Technology Berhad사가 자사의 US7242089와 US6781231을 위반했다는 내용에 대해 ITC의 승소판결을 받기도 했다.
이러한 내용에서도 알 수 있듯이 이 분야도 시장이 거대화됨에 따라 더 이상 특허 분쟁의 안전지대가 아니며, 특히 후발주자로서는 경쟁업체의 특허를 면밀히 분석하여 침해문제가 발생하지 않도록 명확한 전략을 가져야 하고, 더불어 경쟁력 있는 특허권 확보만이 특허권 전쟁에서 살아남을 수 있는 가장 확실한 방법임을 알아야겠다.
특허 동향 분석
본 조사에서는 기술범위를 MEMS 기술을 적용한 정전용량 방식으로 한정했으며, 하우징 설계기술을 포함했다.
특허 범위는 1991년 이후 출원된 한국, 미국, 일본 및 유럽 특허로 하였으며 총 1,082건의 관련 특허를 추출했고 이에 대한 분석을 진행했다.
< 그림 2 >와 같이 특허국가별 분석을 진행한 결과 일본특허가 42%, 미국특허는 37%였으며, 한국특허는 11%로 나타났다.
특히 국가별-연도별 분석을 살펴보면 일본과 미국의 경향이 매우 유사하게 나타났는데 2006년을 중심으로 크게 출원이 증가하는 경향을 보였다.
이는 선도업체들이 핵심기술들을 출원한 이후 공정 관련 특허들이 많이 출원되기 시작한 시기이며, 또한 스마트폰으로 인한 MEMS 마이크로폰의 시장의 요구가 폭발적으로 커진 시기와도 일치한다.
국내에서도 이 시기에 특허가 증가 경향을 보이고는 있으나 미국, 일본 등에 비해서는 그 증가량이 적었다.
주요 출원인의 점유율< 그림 3 >을 살펴보면 일본의 Yamaha가 79건으로 8% 점유율을 보이며 최다 출원을 했고, Audio Technica가 71건을 출원했으며, 국내의 비에스이가 67건의 출원을 한 것으로 나타났다.
시장 점유율이 가장 높은 Knowles Electronics는 특허에서 24건으로 7위권에 랭크됐으며, 시장장악에 비해서 견고한 특허 포트폴리오를 가지지는 못한 것으로 나타났다.
또 다른 선도업체인 Akustica 역시 본 기술과 관련해서는 10건 정도의 특허만 보유한 것으로 나타났다.
이 분야에서는 시장의 장악은 Knowles Electronics가 주도하고 있으나, 특허적으로는 Yamaha, Audio Technica, Funai 등의 일본의 음향전자기기 업체 등이 주도하는 경향을 확인할 수 있었다.
현재 많은 업체가 특허경쟁을 하고 있는 상황이므로 국내 업체들도 독자 기술에 대한 특허 확보 및 경쟁 업체 특허의 분석을 통해 충분히 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 보인다.
기술분야별< 그림 4 >로 특허 동향을 살펴보면, 구조와 관련된 특허가 전체의 54%를 점유함을 알 수 있었고, 하우징 구조에 관련된 특허도 31%를 나타냈다.
멤브레인 소자와 관련된 기술은 5%에 그쳤는데, 이는 소자로 사용될 수 있는 물질 특성이 어느 정도 한정되어 있고 이에 대한 문제를 부가적 구조로써 해결하려고 하는 시도들이 많이 있었기 때문으로 풀이된다.
주요 특허 분석
Knowles Electronics가 2001년 1월에 출원하여 등록받은 미국특허 US7166910< 그림 5 >는 미국에서도 본 특허를 우선권으로 한 개량특허뿐만 아니라 일본, 유럽, 중국 및 한국 등에 46건의 Family 특허로 확장된 핵심특허이다.
본 특허는 아직 권리가 유효하며 특허권 만료일은 2021년 1월로 예상된다. 본 특허는 MEMS 마이크로폰의 기본적 구조에 대한 권리를 포함하고 있다.
특히 본 특허를 기본으로 하여 많은 개량특허에 대한 권리도 확보하고 있으므로, MEMS 마이크로폰 시장에 진입하기 위해서는 가장 먼저 Knowles Electronics의 본 특허를 중심으로 한 특허 포트폴리오를 면밀히 분석하고 이에 대한 대응 전략을 수립하는 것이 필수적이라 하겠다.
Akustica가 2003년 11월 미국에서 출원하여 등록 보유한 US6936524< 그림 6 >는 일본과 유럽 등에 우선권 주장을 통한 출원을 통해 모두 등록됐다.
현재까지 모두 권리가 유효하며 예상 특허 만료일은 2023년 11월로, 아직도 10년여 정도 권리가 유효한 Akustica의 핵심 기술이다.
이 특허는 MEMS 마이크로폰을 매우 얇게(Ultrathin Form) 만드는 공정에 관하여 매우 광범위한 권리를 포함하고 있다.
특히 마이크로 머시닝된 메쉬를 가지는 장치의 실리콘 기판을 얇게 한 후 공정상 캐리어 기판을 하부에 부착하여 후 공정을 고려할 경우 본 특허를 면밀히 검토할 필요가 있다.
맺음말
MEMS 마이크로폰 기술은 원천특허가 출원된 지 15년도 채 되지 않았음에도, 스마트폰에 적용이 되면서 기존 ECM 소자의 시장을 빠르게 대체하며 급부상하고 있다.
많은 휴대 전자기기의 소형화 추세를 볼 때 MEMS 마이크로폰에 대해 소형화와 고음질에 대한 니즈는 더욱 커질 것으로 전망된다.
현재 국내에서는 이 분야에서 뚜렷한 성과를 내는 업체가 나타나지 않고 있다.
그러나 반도체 및 디스플레이 제조 기술에서 쌓은 많은 노하우 등이 접목된다면 지금 기술을 뛰어넘는 기술 혁신적 제품 개발도 충분히 가능하리라 판단된다.
경쟁 업체의 기술을 파악하고 뛰어넘기 위해서는 특허의 분석은 필수적이다.
이를 통해 명확한 특허 전략을 수립하고 이를 바탕으로 한 기술 개발을 진행하여 국내에서도 세계와 경쟁할 수 있는 업체가 나타나길 기대해본다.