가격 경쟁력 있는 주변부품 통합 모델을 찾아라

이동통신 부품 동향 ③ 프런트엔드모듈(FEM)

이동통신용 단말기에서 말하는 부품의 소형화는 비단 어제오늘의 이야기가 아니다. 더구나 갈수록 단말기의 수명이 짧아지고, 고기능을 요구함에 따라 단품보다는 모듈화 부품을 선호하고 있다. 이 같은 추세에 가장 중심에 서 있는 부품이 프런트엔드모듈(Front end Module, FEM)이다.FEM은 LTCC(저온동시소성 세라믹) 기술을 기반으로 안테나 스위치 및 SAW 필터를 통합한 모듈 제품이기 때문에 부품수와 면적을 줄이는 것은 물론, 기능을 향상시키는데 핵심적인 역할을 한다. 그래서 항상 거론되는 이슈가 주변부 부품의 통합과 이 모듈을 얼마나 줄일 수 있느냐하는 문제이다. 여기에 다중대역화 추세에 맞춰 몇 개의 대역을 처리하는지도 관심의 대상이다.현재 GSM 방식을 중심으로 듀얼/트리플/쿼드 밴드용의 4532, 5440 제품이 주류를 이루고 있다. 국내 시장은 주로 트리플/쿼드 FEM 4532 제품이 공급되고 있다.하지만 최근 FEM 시장에는 이상 기류 현상이 일어나고 있다. 지난해까지만 해도 ‘누가 더 작게 만드느냐’, 즉 소형화가 초점이었지만 지금은 분위기가 바뀌고 있다는 얘기다. 이제는 송·수신단 중심의 Rx, Tx 모듈에 어떤 부품을 통합해 가격을 줄일 수 있을 것인가가 핫이슈로 등장했다. 말하자면 FEM 기술의 과도기에 접어들었다는 의견이 지배적이다.업계의 한 관계자는 “예전에는 단말기 업체들의 움직임에 따라 부품업체들이 제품 개발의 방향을 잡았지만 지금은 상황이 달라졌다”며, “제품 출시에 압박을 받고 있는 단말기 업체들은 시장에 나온 모듈을 골라 편리하게 쓰려고 하기 때문에 부품 업체들의 기술 개발이 중요해졌다”고 말했다. 사정이 이렇다보니 어떤 부품을 어떤 방식으로 통합한 모듈 제품을 내놓을지 부품 업체 간의 눈치 경쟁이 심해지고 있다. 특정 방식의 FEM 제품이 시장에서 호응이 좋으면 단기간의 트렌드가 될 가능성이 크기 때문이다. 그럼 FEM 제품의 동향을 살펴보자.FEM 시장은 지금 ‘과도기’가장 간단한 구분으로 ASM(안테나스위치모듈)에 SAW 필터를 모듈화한 것을 FEM이라고 부른다. 하지만 최근에는 이런 간단한 수준을 넘어서고 있다. 듀플렉서와 전력증폭기(PA) 결합형태의 FEM은 물론, ASM에 PAM을 통합한 반도체 형태의 Tx FEM 제품이 나오기도 했고 일부 반도체 업체는 IC를 중심으로 SAW 필터를 통합한 FEM 제품을 내놓는 등 다양한 형태의 FEM이 시장에서 경쟁하고 있는 상황이다.송수신단을 포함한 Rx FEM이나 Tx FEM 제품에서도 업체들의 양상은 뚜렷하게 갈라진다. 수동부품 기반의 LTCC 업체는 Rx FEM이 대부분이고, 반도체 업체들은 PAM+Tx 모듈 형태의 제품을 내놓고 있다. 물론 양쪽 모두 IC 기술과 SAW 필터 기술을 각각 확보해야 하는 숙제를 떠안고 있다.지난 6월 개최된 전자산업동향 세미나에서 전자부품연구원(KETI) 무선통신부품연구센터의 이규복 수석연구원은 “현재 WCDMA와 기존 통신방식을 결합한 단말기의 등장으로 5중대역 FEM이 개발 중”이라며, “SiP 개념의 다양한 배어(Bare) IC의 내장을 통한 통합 FEM 기술도 개발하고 있다”고 말했다. 다시 말해 듀플렉서+LPF(로패스필터)+스위치+커플러+SAW 필터+PA(전력 증폭기) 등이 통합되고 반도체 IC 및 SAW(or FBAR)의 원패키지 FEM이 실현될 수 있다는 설명이다. 또한 RF-IC 및 베이스밴드 칩과 RF MEMS, 나노 RF 등의 기술이 접목된 통합 FEM 기술도 점쳐지고 있다.이 처럼 FEM과 IC단의 원패키지화가 논의되고 있는 상황에서 향후에는 IC 업체가 FEM 시장을 흡수하는 것이 아닌가하는 전망도 나오고 있지만, 업계 관계자들은 ‘그렇지 않다’라는 쪽에 무게를 뒀다. 현재 연구소 단위에서 연구가 진행되고 있지만 GaAs 기반의 FEM과 실리콘 기반의 IC를 통합하는 데는 기술적인 한계가 있고, CMOS 기반으로 원칩화된다고 해도 성능이 개선되기까지는 시간이 걸린다는 전망이다.삼성전기 WS-Component 팀의 김지호 팀장은 “최근에 IC 업체들이 FEM 시장을 파고드는 경향이 점점 늘어나고 있으나 결국 IC단은 베이스밴드에 통합된다고 가정했을 때, FEM과 IC단은 각각의 시장으로 발전할 가능성이 크다”며, “IC단이 필터를 통합하는 것은 메인 스트림이 되지는 않을 것”으로 전망했다.삼성전기, 와이브로·UMTS용 발빠르게 대응FEM의 시장점유율을 보면 일본 업체의 강세가 눈에 띈다. 특히 무라타, 히타치 메탈, 교세라 등 일본 업체들의 제품이 세계 시장의 90% 이상을 차지하고 있으며 그 뒤를 한국, 독일 업체 등이 따르고 있다.삼성전기는 최근 UMTS용 FEM을 발표하면서 FEM 시장을 확대하고 나섰다. 삼성전기가 이번에 개발한 제품은 UMTS (850MHz, 2100MHz) 대역과 기존 GSM 4개 대역의 다중 주파수 처리가 가능하며 소형 사이즈(5445)로 집적, 경쟁사와 차별화했다. 특히 회사 측은 신호 손실이 현재 출시된 경쟁사 제품보다 최대 2배까지 향상된 업계 최고 수준이라고 밝혔다. 무선기기에서 신호 손실이 클 경우, 별도의 증폭 과정이 필요하여 전력 손실이 크기 때문에 대용량 정보 전송이 많은 차세대 통신에서는 불리하다.삼성전기는 이미 지난해 유럽 GSM 4개 밴드에서 모두 사용이 가능한 쿼드 FEM에 이어 세계 최초로 와이브로용 FEM을 개발한 바 있다. 삼성전기가 개발한 와이브로용 FEM은 크기가 4532에 손실특성은 0.9dB이다. 이 회사는 이번 UMTS용 FEM을 개발함에 따라 FEM에 대한 풀라인업을 구축하게 됐다.일본의 무라타(Murata)는 입증된 재료 기술과 공정기술로 세계 FEM 시장을 선도하고 있다. 한국에서 기술지원을 하고 있는 무라타 프로덕트 엔지니어링 섹션의 켄이치 시바노(Kenichi Shibano) 씨는 “무라타는 ‘좋은 전자 부품은 좋은 재료로부터’라는 모토로 재료 개발부터 중요하게 다루고 있다”며, “또한 콘덴서, 인덕터, SAW 필터 등의 부품을 자체에서 조달하고 소형화를 실현하는 회로설계 기술이 시장에서의 경쟁력으로 연결된다”고 설명했다. 개발 방향에 대해서는 “반도체 메이커와의 밀접한 협력으로 최첨단의 기술 동향을 파악한 다음, 향후 필요한 제품을 개발한다”고 말했다.무라타는 특히 제품 개발 속도가 빠른 한국 시장의 특성상, 빠르고 민첩한 고객 대응에 초점을 맞추고 있다고 밝혔다.칩 배리스터 시장의 최대 공급사인 아모텍도 2004년부터 모듈 사업을 확대하고 있는 중이다. 전량 수출하고 있는 모듈 제품에서 70~80%가 ASM이고, 나머지를 FEM 등이 차지하고 있다.아모텍은 지난해 유럽향 GSM900/DCS1800/PCS1900 등의 대역에서 사용할 수 있는 ASM을 출시했다. 이 제품에는 정전기 방전 보호회로 기능을 추가하기 위해 회사의 주력인 칩 배리스터를 내장했다. 또한 주로 듀얼밴드(GSM/DCS)용이고 트리플 밴드나 쿼드 밴드 용으로 사용하는 것도 가능하다.아모텍은 그동안 일부 수출용으로 생산했던 FEM을 국내시장에 본격적으로 공급할 예정이다. 이 회사는 8월말까지 쿼드 FEM 개발을 마치고, 국내 단말기 업체를 대상으로 올해 안에 제품을 공급할 계획이다. ASM 보다는 FEM을 선호하는 국내시장에 진입하기 위해서 LTCC를 기반으로 한 초소형(5440, 4532) 제품 개발을 마쳤다는 회사 측의 설명이다. 아모텍은 기술 수준이나 생산능력 면에서 충분히 경쟁력이 있을 것으로 전망했다.특성 살린 모듈 부품으로 승부애질런트 반도체 부분이 분사한 아바고테크놀로지스는 FBAR(박막 체적 탄성파 공진기) 듀플렉서를 기반으로 한 통합 필터 FEM을 특화시켰다. 아바고가 독점적으로 개발해온 FBAR의 최신 기술을 이용해 최근에는 GPS 기능을 가진 듀얼 밴드 셀룰러용 FEM(ACFM-7101)을 출시하기도 했다.서로 다른 기능을 가진 다섯 개의 필터를 통합한 퀸트플렉서(Quintplexer) 제품은 스위치나 제어 로직 없이 동일한 안테나에서 전송되는 PCS 및 셀룰러 신호를 모두 직접 처리한다. 이에 따라 스위치로 인한 비용과 전기적 손실, 배선과 정합 손실이 발생하지 않는다. 아바고의 퀸트플렉서 모듈은 소형 PC 카드나 PDA 및 기타 듀얼밴드 무선기기에 적합하다.아바고는 또한 듀플렉서에 파워앰프를 통합한 FEM 제품을 공급하고 있다. 아바고는 지난해 애질런트에서 분사하기 이전, 국내 휴대전화용 전력증폭기 모듈 전문기업인 웨이브아이씨스를 인수하면서 파워앰프 기술을 확보했다. 아바고는 웨이브아이씨스의 특허 기술을 이용해 휴대전화용 전력 증폭기와 FEM을 개발해 왔다. 웨이브아이씨스는 배터리 전력소모를 줄이면서도 CDMA와 W-CDMA 휴대전화의 열 발생을 줄여주는 특허 기술, 쿨팸(CoolPAM)을 비롯 27가지 특허를 보유하고 있었다.<신윤오 기자>INTERVIEW김지호 팀장/ 삼성전기 WS-Component 팀“3세대 이동통신이 우리에겐 기회” 고성능 제품 개발로 경쟁사와 차별화 Rx FEM 주력 시장 커지고 있어 큰 기대삼성전기는 지난해 와이브로용 FEM을 세계 최초로 개발한 데 이어 지난 6월에는 UMTS(유럽형 3세대 이동통신)용 FEM을 개발하면서 시장 지배력이 큰 일본 업체들을 긴장하게 만들었다. 삼성전기는 우수한 수동부품 제조기술과 LTCC 공정 기술을 바탕으로 FEM 시장을 확대하고 있다.삼성전기의 FEM 개발을 이끌고 있는 WS(Wireless Solution) 사업부의 김지호 팀장은 성능과 가격 면에서 가장 경쟁력 있는 제품을 만들기 위해 분주하게 움직이고 있다. 갈수록 기술은 평준화 되고 있는 상황에서 효율적인 부품 통합으로 가격 경쟁력을 높여야 하기 때문이다. 김지호 팀장을 만나 삼성전기 FEM의 경쟁력과 비전을 들어봤다.■삼성전기 FEM의 경쟁력은 어디에서 나오는가.오랫동안 축적해 온 삼성전기의 수동소자와 LTCC 기술의 조화가 최적의 FEM을 생산할 수 있었던 원동력이 됐다. FEM의 기술력이 좋으려면 소재, 설계, 공정 등 3박자가 맞아야 한다. 삼성전기는 수동부품과 SAW 필터 기술이 우수하다는 장점은 물론, RF 설계 기술이 우수하고 오랜 제조 경험에서 나오는 공정 기술도 뛰어나다.■FEM의 종류가 다양하다. 삼성전기가 포커싱을 두고 있는 부분은.그렇다. FEM은 단순히 ASM(안테나 스위치모듈)에 SAW 필터를 붙이는 것에서 떠나 다양한 형태로 발전하고 있다. 여기에 PAM(전력증폭기 모듈)을 합친 제품형태나 IC 단과 인테그레이션된 제품도 계속 나오고 있다. 삼성전기는 이중에서도 Rx FEM를 집중적으로 하고 있으며 최근에 관련 제품을 출시했다. 몇 년 전 만해도 Tx FEM을 밝게 전망했지만 현재는 Rx FEM의 시장 규모가 더 크다. 이처럼 시장의 변화를 예상하기 힘든 상황이 됐다.■업체들간의 기술이 평준화 되면서 가격경쟁이 본격화되고 있는 분위기인데.지난해부터 가격이 분기당 5%씩 떨어지고 있다. 올해도 그런 현상이 지속되고 있어 내년에는 20%가 떨어질 것으로 예상된다. 각 부품간의 통합이 절정에 다다르고 있어 업체들은 자신들이 부족한 기술을 확보해 단가를 높이고자 노력하고 있다. 우리도 모듈에 단일칩보다는 배어(Bare) 형태로 올리거나 새로운 제조 공정을 연구하는 등 다양한 방법을 강구하고 있다. 또한 PAM 등의 IC 기술을 강화하여, 2008년 말까지 트랜시버를 뺀 나머지 부분을 통합할 계획이다.■앞으로의 비전은.고객들이 UMTS(3G)용 FEM과 듀플렉서를 따로따로 구입하는 것보다 이들을 통합한 제품을 구입하는 것이 가격면에서 유리하다면, 이것은 고객과 제조회사 모두의 가치가 올라가는 일이다. 이에 따라 WCDMA가 우리에게는 기회가 될 것으로 생각된다. 지금 밝히기는 어렵지만 혁신적인 프로세스를 개발해 원가절감에도 노력할 것이다. <신윤오 기자>INTERVIEW ｜ 이준석 수석연구원 / 아모텍 EMC 복합소자그룹 올해 쿼드 FEM 국내 시장 본격 진입기술, 생산 능력에서 경쟁력 충분히 갖춰SAW 필터 등 관련 부품업체와 협력 강화칩 배리스터로 유명한 아모텍(www. amotech.co.kr)이 변하고 있다. 단품위주의 생산에서 벗어나 모듈 단위의 복합 부품 시장을 확대하고 나선 것. ASM 시장에 쌓은 기술력을 바탕으로 국내 FEM 시장을 본격적으로 진입하려는 이유도 여기에 있다.아모텍은 FEM 기술 개발을 위해 SAW 필터 업체와의 협력도 강화했다. 기존 시장을 공략하겠지만 틈새 시장을 창출하는 데도 집중할 방침이다.이 회사 이준석 수석연구원으로부터 아모텍 FEM 사업의 비전을 들어본다.■아모텍은 국내 FEM 시장 진입을 앞두고 있는데.국내에는 삼성전기가 있기는 하지만 그동안 무라타, 히타치 등 일본 업체의 제품이 대부분의 시장을 점유해왔다. 아모텍은 수출에 이어 올해 국내 단말기 업체에 FEM을 본격적으로 공급할 계획이다. 선진 업체의 기술에 근접할 정도로 생산능력과 기술 수준이 올라섰다고 본다.하지만 국내 기술이 많이 발전했어도 기술면에 있어서는 아직 일본에 비해 낮은 수준이다. 일본은 부품 제조 기술과 LTCC 제조 공정이 뛰어나기 때문이다.■아모텍과 같은 국내업체들이 선진 외국사와 차별되는 경쟁력은 무엇인가.국내업체들의 제품은 선진 외국 업체들 제품에 비해 기술은 조금 떨어져도 고객 대응력이 좋다는 것이 강점이다. 많은 물량을 공급하는 외국 업체들은 상대적으로 소규모 고객들을 제때에 대응하는 것이 쉽지 않다. 우리는 그러한 틈새시장을 파고들 것이다.■FEM의 특성상 SAW 필터 기술이 없으면 불리한 면도 있을텐데.분명 FEM은 구조적으로 SAW 필터를 같이 하는 것이 유리하다. 무라타, 히타치 메탈, 교세라 등 FEM 시장을 점유하고 있는 업체들은 모두 자체적으로 SAW 필터 기술을 보유하거나 생산하고 있다. 우리도 SAW 필터 등 부품 수급을 위해 국내외 반도체 업체들과 긴밀한 협력 관계를 유지하고 있으며 전략 제휴를 통해 부품 수급에 문제가 없도록 할 것이다. SAW 필터는 일본, 독일, 한국 업체 등에서 상황에 따라 수급하고 있다.■앞으로의 계획은.아모텍은 8월에 쿼드 FEM 신제품을 발표하고 올해 안에 국내 업체에 공급할 계획이다. 현재 FEM, ASM을 포함해 100~150만개를 생산하고 있는데 이를 올해 200만개, 내년 300만개 이상으로 확대할 예정이다. 중요한 것은 양산 기술이다. <신윤오 기자>INTERVIEW ｜ 김원규 과장 / 아바고 테크놀로지스코리아FBAR와 파워앰프 기술이 최대 경쟁력 FBAR 듀플렉서 양산기술 뛰어나 내년 2월 퀸트플렉서 후속 제품 양산애질런트 반도체 사업부분이 분사해 출범한 아바고테크놀로지스는 독점적인 경쟁력을 가진 FBAR(박막 체적 탄성파 공진기)를 앞세워 듀플렉서, FEM 등을 개발 생산하고 있다. 최근에는 CDMA와 WCDMA 모두를 지원하는 필터 5개의 퀸트플렉서 제품을 출시했다. 아바고는 퀸트플렉서의 S-GPS 성능이 개선된 새로운 제품이 내년 2월에 양산되기 시작하면 시장 지배력은 더욱 강해질 것으로 내다봤다. 아바고 테크놀로지스코리아의 김원규 과장에게 최근 동향을 들었다.■아바고의 FEM이 특화된 제품으로 인정받는 이유는 무엇인가.아바고는 지난해 웨이브아이씨스를 인수하면서 보강한 전력 증폭기 기술과 독점적으로 개발, 양산하고 있는 FBAR 듀플렉서 기술이 최대 장점이다. FEM에서 가장 중요한 기술을 보유하고 있다는 점에서 유리한 고지를 선점하고 있는 셈이다.■FBAR 기술을 경쟁 업체가 구현하기는 어려운가.FBAR 특허를 우리가 대부분 가지고 있어 다른 업체는 접근하기가 힘들다. FBAR는 단지 개발했다는 것이 중요한 게 아니라 양산했을 때 얼마나 수율이 나오느냐가 핵심이다. FBAR를 하려고 했던 업체들이 실패한 이유도 여기에 있다. SAW 필터와는 또 다른 공정이기 때문에 설비 투자도 많이 해야 한다. FBAR의 특성은 밴드 특성에서도 나타난다. UMTS 밴드에서는 밴드 간격이 넓어 SAW 필터와 FBAR 모두 적용해도 차이가 없지만 CDMA1900에서는 밴드 간격이 좁아 효율이 좋은 FBAR가 훨씬 유리하다.■패시브 FEM이 국내시장에 많이 적용되는 이유는.서로 다른 기능을 가진 다섯 개의 필터를 통합한 아바고의 패시브 FEM은 폰 모델이 많은 한국시장에 적합하다. 패시브 FEM은 어떤 플랫폼에도 편리하게 적용할 수 있어 엔지니어들이 선호하기 때문이다. 한국 시장에서는 특히 수출향 제품에 많이 적용된다. 반면에 듀플렉서에 파워앰프를 적용한 제품은 한꺼번에 수백~수천 만대를 생산하는 모토로라 등에 대부분 공급되고 있다.■아바고 제품의 가장 큰 특징은듀플렉서 간의 삽입 손실이 적다는 점이다. 또한 PAM 효율이 높아 저전력 구현이 가능하다는 점이 핵심이다. Tr이 두 개가 들어있는 PA에서 우리가 개발한 스위치 작용 기술을 이용하면, 필요하지 않을 때 하나의 Tr만 사용함으로써 전력 효율을 높일 수 있다. <신윤오 기자>FEM(프런트엔드모듈) 이란?FEM은 유럽형 GSM휴대전화 등에서 SAW(소)필터, 다이플렉서(Diplexer), Low Pass Filter , RF Switch 등의 고주파 부품을 하나의 모듈로 만들어, 차지면적을 30%까지 줄일 수 있는 핵심 부품이다. 휴대전화의 송신 신호와 수신 신호가 서로 충돌하지 않도록 분리시키며, 특정주파수만 통과시키는 필터 역할을 한다.

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이혜원 (webmaster@techworld.co.kr)

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