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압전 세라믹 액추에이터(下) 압전 세라믹 액추에이터(下) 관리자 기자입력 2007-08-06 15:02:19

2. 국내외 시장동향

가. 해외시장동향

해외시장동향에서는 세계 압전 소재 시장에서 주도적인 위치를 점하고 있는 일본을 중심으로 PZT소재와 최근 차세대 이동통신에 응용될 것으로 예측되는 Langasite(La3Ga5SiO4)소재의 시장을 분석하고, 아울러 압전 세라믹스의 세계시장 및 일본시장을 살펴보기로 한다.


<표 4>와 같이 2001년도에 900톤(190억원)에 이르렀던 PZT는 2002년도에는 1,250톤(260억원)으로 증가하였으며, 2003년도 1,300톤(270억원), 2005년도 1,400톤(290억원)으로 계속적으로 증가할 것으로 예측되고 있으나, 2007년도부터는 전자디바이스의 소형화가 급격하게 진행됨에 따라 그 사용이 차츰 감소하게 되어 1,300톤(260억원)으로 축소될 것으로 예상된다.
또한 환경문제로 비납계의 요구가 강해 PZT의 생산량은 지속적인 감소 추세를 보일 것으로 전망된다.
Langasite는 1997년부터 주목받는 재료로서 수정의 온도안정성과 LiTaO3의 전기기계결합계수의 좋은 특성을 갖고 있어 W-CDMA의 SAW 필터로 사용될 가능성이 크다.
현재 유일한 생산업체는 일본의 미쓰비시로서 재료에서 500매/월의 생산능력을 가지고 있다. 향후 Langasite는 그 응용성이 점점 증가 될 것으로 예측되어 2010년에는 100억원의 시장이 형성될 것으로 예측된다.
압전 세라믹스의 세계시장 규모는 1997년에 1,112억 엔, 2000년도에는 1,505억 엔, 그리고 2002년도에는 1조 9,000억 엔에 달하는 것으로 나타났다.
세계시장은 1997년과 1998년에 5.7%의 성장을 보이다가 1999년을 기점으로 2002년까지 12%가 넘는 연평균 성장률을 보이며 성장하고 있다.
일본의 경우에는 1997년 663억 엔이었던 시장 규모가 2000년도에는 825억 엔, 그리고 2002년에 945억 엔으로 약 7%의 연평균 성장률을 보이며 비교적 완만한 성장을 해오고 있다. 그리고 1997년부터 2001년도까지 세계 시장의 50% 이상의 높은 점유율을 보이고 있다.
한편 세계 주요 업체들의 동향으로는 현재까지 Murata사와 마쓰시타사가 일본 압전 세라믹 부품시장에서 50% 이상을 점유하고 있는 가운데, Murata사는 세라믹 부저류, 필터류, 발진자 부품에 주력을 하고 있고, 마쓰시다사는 세라믹 부저류, 필터류 부품과 지연소자와 점화소자 부품도 함께 생산하고 있다.

나. 국내시장동향
국내 압전체의 생산현황을 보면 2002년에 620억원, 2005년과 2010년에는 연평균 10% 성장으로 각각 820억원, 1,314억 원의 생산이 이루어질 것으로 예측된다. 압전 종류별 생산을 보면 의료기 탐촉자 및 진동자, 세라믹 필터 및 Resonator 순으로 생산되고 있다.
압전체의 국내 시장규모는  <그림 5>와 같이 1997년부터 2000년까지는 연평균 4.3% 정도의 성장률을 보였고 2000년부터 2002년까지는 11%로 두 배가 넘는 성장률 보였다.
이는 IMF 외환위기의 영향이 컸던 것으로 추측된다. 금액면으로는 1997년에 3,992억 원을 기록하고 2000년에 4,626억 원에 이르러서 2002년에는 5,576억 원을 기록했다.
압전 필터는 삼성전기에서 주로 AM용 455kHz, FM용 10.7MHz 또는 4.5˜6.5MHz의 필터를 생산하고 있다.
Resonator는 코아텍, 두원전자, 동양화학, 레트론, 삼성전기에서 생산하고 있는데, 범용 마이크로프로세서용, DTMF용, TV나 FM스테레오에서 사용되는 VOC용을 생산한다.
전망은 스트레오방송, 통신기기에 사용됨으로써 수요가 증가하고 있으며 제품 동향은 고주파화, SMD화이다.
Saw filter의 경우 TV, VTR, CATV, 이동통신 등에 사용되면서 수요가 급격히 증가하고 있다. 생산현황을 살펴보면 수정단 결정은 ABC 전자, crystal filter는 한국전자, 코닝정밀, 씨테크, 청호전자, 지엔티Tech., 삼성전기, LG 이노텍, 일진통신, 샤니전기 등에서 생산하고 있다. 개발동향은 소형화, chip화, 박막화, 고정도화(주파수 편차가 1ppm 이하)를 추진하고 있으나 주파수 대역에 따라 응용이 달라 다른 특성이 요구되므로 개발이 쉽지 않다.
압전 부저 및 음향부품은 압전 세라믹 중 가장 먼저 국산화된 품목으로 유니모르프형(시계, 완구용)과 하우징형(컴퓨터, 세탁기, 전자렌지, 경보기, 프린터용)으로 구분하며, 부저는 부전, 선진전자, 우일전자, 코스모세라믹, 신우전자 등이, 스피커는 신우전자, 삼륜 등이 생산하고 있다.
그러나 스피커나 리시버의 고급품은 일본의 수입품이 사용되고, 부저는 대만과 홍콩제품에 경쟁력을 상실한 실정이며, 이러한 압전부저 및 기타 음향부품은 각종 전자기기와 무선전화기에 채택함으로써 수요와 생산은 계속 증가할 것으로 전망된다.
초음파가습기, 세척기용 진동자 및 초음파진단장치용 탐촉자는 단일 품목으로는 국내생산이 가장 많은데 초음파가습기용 압전체는 경원훼라이트공업, 제원신소재가, 초음파진단장치용 탐촉자는 메디슨, CNM Tech, 대원전자가, 세척기용 진동자는 경원훼라이트공업, 디지털에코, 발해 등에서, 초음파 혈류계용 압전체는 메디슨, 세인전자, 자원메디칼, 메디아나, 메스메드시스템, 닥터리, 바이오시스, 메드메이트 등에서 생산하고 있다.
압전착화소자는 제원신소재, 삼륜전자, 경원훼라이트공업, 발해에서 생산하였으나 중국산이 수입되면서 경쟁력을 잃어가고 있어 일부기업은 생산을 포기하고 있다.
압전센서류는 적외선, 유량, knock, 거리, 자이로스코프, 압력 등에 이용되어 메타텍, 한국오발, 세진전자, 공화금속, 대광기전, 신창, 경원훼라이트, 삼성전기 등에서 생산중이다.
개발현황은 미래 자동차의 자동항법장치, 비디오 카메라 화면 보정용, 캠코더의 손떨림 방지용 감도센서나 에어콘․공기청정 출력 자동제어용 등에 사용되는 활동량 센서에 대해 행하고 있다.
압전 액추에이터는 미소정밀 제어가 가능하고 소형이면서 대출력을 요구하는 전자재료로서 카메라 셔터용, 잉크젯 프린터 헤드, 스윙동작형 LCD이미지 센서, 압전팬, VTR 헤드 등에 응용하기 위해 개발하고 있으며 일부는 삼화콘덴서, 대성전기, 하이트론 시스템 등에서 생산하고 있다.
압전 트랜스포머는 LG정밀, 동일기연, E2S, 공보엔지니어링, 레트론, 발해 등에서 개발 또는 생산하고 있으며, 응용은 노트북 PC, LCD 모니터, 형광등․방전등의 안정기로 개발하고 있다 그 외에도 IR 온도센서, 카메라나 비디오용 초음파 모터가 개발중에 있다.
압전액추에이터, 트랜스포머 IR센서, 초음파 모터는 정밀기기의 수요가 증가함에 따라 급격히 수요가 증가할 것으로 예측된다. <표 6>은 압전 소재의 응용 분야별로 제조업체들과 업체들의 동향을 나타내고 있다.

3. 국내외 압전 세라믹 관련 제품 현황

가. 압전 세라믹 필터

압전 세라믹에 교류전압 신호를 가하면 진동이 발생하고 이것이 세라믹의 물리적 공진 주파수와 일치하면 공진에 의해 큰 변동이 얻어져서 주파수 선택에 이용되는데 유전율이 높게 조정된 압전소자(병렬공진자)와 유전율이 낮게 조정된 압전소자(직렬공진자)를 저항의 직?병렬결합과 동일하게 사다리형으로 결합한 것이 압전 세라믹 필터이다.
수요를 보면 국내의 경우 2002년에는 59억원(19백만개) 정도이고 세계 수요는 1,180억 원(379백만개)이며 이동 통신기기용에 들어가는 필터의 49%가 SMD화(셀룰라용은 전부 SMD)되어 있다.

나. SAW 필터

압전 기판상에 송수신용 2개의 빗형 전극(IDT)을 Al 박막으로 제작한 소자로 압전 왜곡에 의한 진동으로 표면파를 형성하는 부품으로, 수요는 국내의 경우 연간 2억 3천만개 정도이고, 생산은 삼성전기가 CDMA용과 GSM용 RF 제품을, LG이노텍 등이 SAW 필터를 생산하고 있으나, 공급량이 절대적으로 부족하여 소텍(SAWTEK), 지멘스, 마쓰시타 등 외국 회사가 수요의 88%를 공급하고 있다.
세계 시장은 2002년 14억 개, 2003년 15억 4천만 개로, 연평균 12%의 안정적 성장을 거듭하고 있으며, 듀얼밴드 휴대전화기의 증가 및 IMT-2000 서비스 등에 따라 이동통신 단말기용 SAW 필터는 14%의 성장이 예상되고 있다.

다. 발진기

수정진동자 개체로서 곤란하던 주변 환경 영향의 제거로써 주파수 특성의 무조정화를 가능케 하여 95% 이상이 이동통신 단말기에 사용되고 있다.
- TCXO : 수정진동자에 발전회로를 추가하고 외부온도 변화에 따른 발진 주파수의 변동을 보상하기 위해 감온 소자를 부가한 수정발진기.
- VCO : 안정적 출력을 가지는 높은 주파수 안정도, 저위상 잡음(P/N), 소형화․박형화, 저소비전력화 및 고주파화한 제품.
국내 생산량은 2002년에 8,700만개이고 이중 70%를 수출하고 있으며 일본은 TCXO의 경우 일본전파, 교세라, 동양통신기, 도쿄전파 등의 순으로 생산하고 있으며 세계시장의 83%를 점유하며, VCO의 경우 무라타․마쓰시타부품․알프스전기 등에서 생산하고 있으며 세계시장의 60%를 점유한다.
기술현황을 보면 TCXO는 아날로그의 경우 0.07cc까지 제품화되어 있으나 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 교체중이며, DTCXO의 경우 서미스터를 이용해 온도보상 회로가 IC화되어 소형화(0.024cc) 되어가고 있다. VCO의 경우 소형․듀얼밴드화하고 있으며, 고부가 제품인 고출력 제품의 비중이 확대되고 있다.
향후 국내 업체들이 세계 시장에서 보다 경쟁력을 갖추기 위해선 이러한 취약점들의 보완과 개선이 선행되어야 할 것으로 보인다.

4. 향후 시장동향 전망

압전 부품은 범용부품으로 수입되는 국내 수요는 대략 2천 억원 정도이고 세계시장은 1조 5천억원 정도이다.
여기에 특수용도(계측기기, 군수용, 각종 액추에이터 분야)의 시장을 고려한다면 기하급수적 수요증가가 예상된다.
국외의 사례를 보면 압전 세라믹스 제품은 세계시장에서 60~70%를 일본이 주도하고 있다. 세계적 시장은 공식적인 자료가 나와있지 않으나 일본은 비교적 자국내 시장과 기업별 매출액이 상세히 소개되어 있으며, 일본의 범용 압전 세라믹스 제품의 매출은 약 150,000백만 엔이다.
20여개의 압전 부품 생산업체중 무라타가 60%, 마쓰시타 10%, TDK 8%, 일본특수도업 4%, 기타 18%(토킨, 쿄세라, 타이요유전 등) 정도로 점유율이 형성되어 있다. 이 중 무라타는 압전 세라믹 재료에서부터 공정, 제품까지 일괄 생산한다.
일부 저가용 압전 부품은 자체 생산한 원료를 공급하여 하청 생산하는 경우도 있으나 압전 제품의 핵심이 되는 압전 세라믹스는 전부 자체 수요분만 생산하며 외부 판매는 하지 않는다. 이것이 오늘날 무라타가 압전 분야의 세계 1위로 자리잡을 수 있었던 요인이라 사료된다.
마쓰시타는 압전 제품도 생산하지만 PCM, LTT라는 상표로 압전 세라믹스 원재료의 판매도 하고 있다.
PCM은 필터, 초음파, 센서, 광통신부품 등의 용도에 사용되며, LTT는 티탄 산납을 주성분으로 하며 고주파용 진동자와 필터 재료에 사용된다. 일본 특수도업은 반도체 세라믹스에 이어 압전 세라믹스가 큰 비중을 차지하며, NTK상표로 생산판매하고 있다.
최근 이동통신기기와 PC 및 그 주변기기가 폭발적으로 확대되고 있고 앞으로도 CATV네트워크와 무선통신기기를 비롯한 디지털 통신 분야 시장이 주목을 받고 있어 압전 세라믹스 재료 시장도 함께 확대되리라 예상된다.
한편, 향후 많은 수요가 창출될 압전 액추에이터 분야에서 미국은 군수요, 우주항공분야의 액추에이터로 AVX, Norgan Matroc 등이, 일본은 범용 전자기기 분야의 액추에이터로, Tokin, NEC 등이, 유럽은 실험설비 및 정밀계측 기기 분야의 액추에이터로 필립스, 지멘스, Hoechst 등이 중심이 되어 활발히 연구개발을 하고 있다.
응용기술분야로는 고출력 압전 트랜스포머, 압전 액추에이터, 의료용 3차원 탐촉자, 복합재료 등에 개발 초점이 맞추어 질 것으로 예상된다.
부저, 스피커, 레조네이터, 초음파 센서 등의 벌크형 압전 소자 시장은 마그네트 타입의 부저, 스피커(무선이동기기 등)류에 비하여 기술적으로나 가격적으로 열위에 있으므로 소멸 및 잠식 가능성이 있다.
또한 센서류 등은 MEMS 기술이 급격히 향상됨에 따라 초소형 센서와 높은 안정성을 가진 센서들이 속속 개발되어 점차 시장이 잠식되어가고 있다.
그러나 정밀부품 조작용 구동기(밸브, 펌프, 능동제어기, 스테이지) 부품에서는 초정밀 이동(나노 급까지) 및 저전력이 필요한 요구사항에 맞추어져 점차 시장이 확대되어가고 있다.
특히 현재 유량제어용 밸브시장은 약 100억 원, 안전 밸브시장은 1,500억 원, 화학 플랜트용 공정제어 밸브 유닛 시장은 3,000억 원으로서 국내시장이 형성되어 있고 이미 선진국(일본, 독일 등)에서는 일부 압전 소자를 사용중에 있다. 또한 반도체 산업용 유량 제어 시스템과 고온 유량제어 밸브의 시장 규모는 약 200억 원 이상이며 점차적으로 그 규모가 확대되어 나가고 있다. 광 관련 부품 및 초정밀 구동기 응용시장도 잠재적으로 확장되어 갈 것으로 보인다.


Ⅳ. 결론

압전 세라믹스 기술은 여러 산업의 근간이 되는 기술로서 통신기기, 의료기기, 센서기기, 가정용 전자기기, 정밀계측기기, 디스플레이 분야 등 실로 다양한 산업 분야에서 광범위하게 사용되고 있는 기술이다.
특히 미래 성장 산업에 있어서 빼놓을 수 없는 중요한 기술 중에 하나인 압전 세라믹 액추에이터 기술은 커져 가는 시장만큼이나, 그 중요성도 날로 커져 가고 있다. 그러나 우리나라의 경우 전체 국내 시장의 반 이상을 아직도 수입에 의존하고 있는 실정이다.
특허분야의 경우, 1978년부터 연평균 13.7%의 높은 성장률을 보이며 관련 특허에 대한 특허의 성장이 지속적으로 성장하고 있는 것으로 조사되었다.
이는 전기․전자․통신산업 등과 같은 최첨단 산업의 급속한 성장에 따른 관련소재들의 기술개발과 투자에 산물이라 할 수 있으며 향후에도 이러한 경향은 계속될 것으로 사료된다.
주요 출원인들로는 주로 MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO LTD, MURATA MFG CO LTD, NEC CORP 등이 있으며, 이들 주요 출원인들의 출원동향 역시 전체 출원동향과 마찬가지로 향후 계속적인 특허출원이 예상된다.
해외 시장동향은 특허동향에서 나타난 소재들에서 나타난 PZT와 Langasite소재의 시장이 급속한 성장이 이루어질 것으로 예상되며, Langasite 소재의 경우는 W-CDMA의 SAW 필터로 사용될 가능성이 큰 소재로 앞으로 주목할 만한 소재라 하겠다.
현재 국내 전자 산업계는 반도체, 휴대 단말기 등 특정분야에서는 세계를 선도할 만한 수준의 경쟁력을 가지고 있으나 원천기술 및 융합기술의 확보가 미흡해서 압전 세라믹스와 같은 부품소재 산업분야에 있어서 수입 의존도가 상당히 높은 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해선 국내 기술과 산업, 그리고 시장 환경을 고려해 볼 때, 압전 소재 산업에 대한 정부와 업계차원의 중점적인 지원과 투자가 따라야 할 것이다.

관리자 기자
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