“더 작고 더 강하게 감지한다”
한국하니웰, 차세대 나노파워 개발…배터리식 기기에 최적화

‘더 작고 더 강하게 감지’하는 나노파워가 국내에서 첫선을 보였다. 한국하니웰이 나노파워 자기저항센서를 개발하고 지난 7월부터 판매에 들어간 것. 하니웰의 새로운 자기저항센서 IC인 나노파워 시리즈는 자기 감도 유형에 따라 초고감도 ‘SM351LT’와 고감도 ‘SM353LT’의 2가지로 제공된다.
나노파워 센서의 특징과 적용 분야 등에 대한 연구 개발 스토리를 한국하니웰로부터 들어봤다.

정리 임근난 기자 (fa@hellot.net)


Q. 자기저항센서를 개발하게 된 계기는?
A. 나노파워 시리즈 자기저항센서는 동일한 감도와 동일한 비용으로 리드 스위치(Reed Switch)보다 작으면서도 더욱 견고하고 안정적인 성능을 제공해준다. 그동안 매우 낮은 전력과 큰 공극 때문에 주로 리드 스위치에 의존할 수밖에 없던 배터리 방식 제품에 나노파워 자기저항센서를 적용하여 낮은 전력과 높은 효율을 유지할 수 있게 됐다.



리드 스위치는 비활성화 가스를 충전한 유리 튜브 속에 자성체가 되는 가동접점을 봉입하여 넣고 자석을 접근시킴으로써 유리 튜브 내의 접점을 개폐해 작동하는 구조이다. 리드 스위치 작동은 자석의 자력 세기와 연관이 있어 자력이 낮을 경우 리드 스위치가 작동하지 않거나 리드 스위치의 작동 특성이 일정하지 않는 점, 유리관의 파손 가능성 등의 약점이 있다. 이런 특성으로 인해 기존 리드 스위치에 의존하던 배터리 방식 제품에 획기적인 전기를 마련하고자 한국하니웰에서 나노파워 자기저항센서를 개발했다.
또한, 업계는 희토류 자석의 가격이 대폭 상승하면서, 그동안 홀 이펙트 센서를 사용해 온 설계 엔지니어들은 이보다 저렴한 자성 물질을 사용하거나 더욱 보편적인 자석 물질을 사용하여 설계비용의 절감방법을 모색해 왔다. 또 엔지니어들은 높은 배터리 수명, 제품의 소형화, 품질 및 내구성 향상을 위해 리드 스위치를 대체할 제품을 찾게 됐다. 이런 계기로 한국하니웰은 나노파워 자기저항센서를 개발, 출시하게 됐다.



Q. 자기센서란?
 자기센서라는 것은 자기장 또는 자력선의 크기와 방향을 측정하는 센서다. 자기장의 영향으로 여러 가지 물질의 성질 등이 변화하는 효과를 이용하여 자기장을 측정한다. 반도체에 흐르는 전류에 대해 수직으로 자기장을 걸면 전압이 발생하는 홀 효과(Hall effect)나, 자기장의 영향으로 전기저항이 증대하는 자기저항 효과 등을 이용하는 것이다. 보통 Hall 센서 또는 MR 센서라고 부른다.



Q. 나노파워 자기저항센서는 어떤 제품인가?
 나노파워 자기저항센서는 나노암페어(nA) 수준의 낮은 전력을 사용하여 높은 자기 감도를 제공할 수 있다는 점이 가장 큰 특징이다. 하니웰의 새로운 자기저항센서IC, 나노파워 시리즈는 큰 공극, 작은 자기장 및 낮은 전력을 필요로 하는 다양한 분야에 활용할 수 있게 설계된 초고감도 센서이다. 나노파워 시리즈는 자기 감도 유형에 따라 2가지 모델로 제공된다.
초고감도 SM351LT는 일반 동작 시 7가우스(최대 11가우스)와 매우 낮은 전류 소모(일반 360nA)를 해야 하는 제품에 적합한 센서이다. 또 하나는 고감도 SM353LT로, 일반 동작 시 14가우스(최대 20가우스)와 매우 낮은 전류 소모(일반 310nA)를 해야 하는 제품에 적합하다.
하니웰 자기저항센서는 대부분의 릴 스위치보다 작은 크기로, 자동화 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 부품 설치에 사용할 수 있도록 테이프 및 릴(릴 당 3000개) 포장의 초소형 SOT-23 표면 실장 패키지로 제공된다.



Q. 나노파워 자기저항센서의 장점은?
 나노파워 자기저항센서를 사용하면 다양한 경제적 효과를 얻을 수 있다. 첫째는 매우 높은 자기 감도로 감지 범위가 확장되는 것은 물론, 더 작고 낮은 강도의 자석을 사용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 둘째는 배터리식 기기에 최적화된 나노파워로 최저 1.65V의 공급 전압에서도 작동 가능하므로 전력 소모를 최소화하여 배터리 수명을 연장시킬 수 있다. 이외에도 옴니폴라 방식의 나노파워 제품은 센서와 평행 방향으로 N극 또는 S극에 활성화되므로 자석 극성을 식별할 필요가 없어 설치가 간편하고 시스템 비용을 줄일 수 있다. 또한, 푸시-풀(CMOS) 출력은 외부 저항기가 필요하지 않아 오픈 드레인 출력 장치와 비교해 간편하고 비용 측면에서 효율적이다.



Q. 엔지니어들은 주로 어떤 제품을 개발할 때 이용할 수 있나?
A. 나노파워 시리즈 자기저항센서는 기본적으로 배터리 작동식 기기에 주로 이용된다. 일상생활에 많이 사용되는 식기 세척기·전자레인지·세탁기·냉장고·커피머신과 같은 가전제품에 다양하게 사용할 수 있다.
우선 산업용으로는 노트북·스캐너 등 모바일 장비에서 배터리식 기기의 리드 개폐 감지, 수도·전기·가스 검침기에서 검침기의 계수 기능 조작 및 속도를 늦추거나 정지시키기 위해 검침기 외부에 대형 자석을 부착하여 자기장의 존재 여부 감지, 그리고 수도·가스 사용을 확인하는 계량기 카운터 등에 적용할 수 있다.
특히, 현재 수도 및 가스계량기에 리드 스위치가 많이 사용되고 있지만, 하니웰 제품은 500nA 미만의 낮은 전력을 사용하기 때문에 배터리 수명에 민감한 분야에서 리드 스위치 대신 사용할 수 있는 유일한 센서 솔루션이다.
빌딩 내에서는 건물 출입 통제를 위한 배터리 작동식 보안 시스템용 리드 스위치 대신에 사용 가능하며, 산업용 화재 감지기에서 알람 테스트 센서로 다양하게 적용할 수 있다.
의료용으로는 운동 장비의 경우, 비상 정지 스위치로 사용하거나 RPM 및 경사 위치 감지용에 적용할 수 있다. 약물 주입 펌프 경우는 주입 카트리지의 위치 감지용으로 사용할 수 있으며, 의료용 캐비닛 등 서랍 위치 감지 등에도 적용함으로써 약물 분배 캐비닛 서랍의 보안 강화와 투약 오류를 최소화할 수 있다. 또한, 전기적으로 조정 가능한 병원 침대의 최소/최대 위치를 결정하는 데 활용할 수 있다.
백색 가전제품에는 식기 세척기·전자레인지·세탁기·냉장고 등 뚜껑, 문 및 서랍 위치 감지와 커피머신에서 흐름을 측정하는 계수 메커니즘 활용 등에 이용할 수 있다. 소형 가전제품에는 자석의 존재를 감지하여 노트북·태블릿·무선 스피커 등 가전제품의 작동을 중지하여 배터리 수명을 최대화하는 데 이용할 수 있다.