‘휴대폰 최전선’.
전문가들은 RF 부품을 휴대폰의 최전선이라 부른다. 안테나부터 RF칩까지 전파를 송수신하는데 핵심 역할을 담당한다. 고기능·다기능·저전력·소형화 등의 휴대폰 트랜드는 필연적으로 ‘최전선’에서 개발이 먼저 이뤄졌기 때문에 가능한 일이다. 데이터를 안테나를 통해 송수신하게 하는 역할을 하는 RF부품은 다른 부품과 마찬가지로 초소형화, 저전력 소모 및 다기능화가 급속히 이뤄졌다.
RF 부품은 현재 빠르게 모듈화되고 고집적화되고 있다. 현재 부품 시장은 파편적으로 분산된 개별 제품으로는 부가가치 창출이 안되고 고부가가치 제품 생산을 위해 ‘모듈화’가 대세로 자리 잡고 있다. 이는 개별 단품으로서 수동부품 및 비반도체 부품은 축소되고 중 RF 칩(RF-IC)의 비중은 늘고 있음을 뜻한다. RF 부품의 핵심인 RF 칩은 온칩화되면서 부가가치를 높이고 있으며 국내 업체들이 잇따라 국산화에 성공, 세계 시장을 향한 도전이 개발 경쟁이 뜨겁다.
특히 DMB RF 칩을 주목할 필요가 있다. 위성DMB가 세계 최초 휴대폰 상용화의 길을 성공적으로 걷고 있고 지상파DMB 세계화에 따라 RF칩 업체도 덩달아 ‘뜨고’ 있다.
RF칩 업계는 ‘산업화에는 늦었으나 정보화는 앞서가자’는 구호와 비슷하게 ‘CDMA에서는 늦었지만 DMB에서는 앞서 가자’는 구호가 나올 판이다.
국내 RF칩(RF-IC) 업체들은 0.1㎛ 공정 등 미세 반도체 설계 및 공정개발이 가능해지자 5Ghz 정도의 고주파 대역까지 개발하고 있으며 RF와 베이스밴드의 단일 칩을 활발히 연구개발 중이다. RF칩 용 반도체 소자는 주로 화합물 반도체(GsAs)와 실리콘반도체(Si)가 사용된다. 화합물 소자는 차단 주파수가 높아 주로 5Ghz 이상의 RF칩 구현에 사용되며 실리콘은 5Ghz 대역 이하의 RF 제작에 쓰인다.
◇이동통신단말기용 RF칩 “국내업체 부상 중”= 국내 이동통신단말기용 RF칩이 대부분 CDMA 부품이라는 것은 상식에 속한다. GSM용 부품은 미국의 실리콘랩이 가장 두각을 나타내고 있으며 국내에서는 전자부품연구원에서 실험용으로 개발한 바 있다.
CDMA 단말기용 RF칩은 불과 2∼3년 전만 해도 전량 수입에 의존해 왔다. 그러나 국내 RF칩 업체들의 꾸준한 연구개발과 정부의 지원으로 RF 프론트앤드 칩의 경우 FCI, 인티그란트 등 국내 업체가 국산화에 성공했다. 국내 휴대폰에 실장 돼 활발히 판매되고 있다. 이들 회사는 국내 휴대폰이 세계시장 점유율이 높아지자 세계 RF칩 시장에서도 두각을 나타내고 있다.
그러나 대부분의 CDMA단말기가 퀄컴사의 CDMA 모뎀 칩이 내장돼 있으며 이와 함께 상당수의 RF 및 IF단 칩을 사용하고 있다. 또 퀄컴이 칩 수급 조절을 하고 있기 때문에 국내 RF칩 업체는 시장과 기술 선도가 어려운 상황이다.
◇DMB용 RF칩 “세계시장 선점 가능”= DMB는 지난해부터 표준화가 제정되고 올해부터 시장이 열리면서 RF칩의 새로운 킬러 단말기로 부각되고 있다. 특히 DMB는 사용처, 수신방식, 부가기능에 따라 다양한 RF칩이 필요해 업계는 큰 기대를 걸고 있다. 그러나 다양한 RF칩이 개발되고 있는 상황만큼 소비자와 서비스사업자 그리고 생산자 간에 다양한 의견을 제출하고 있어 상용화에 적지않은 어려움을 겪고 있다.
국내 업체 중애는 인티그런트테크놀로지스와 아이엔씨테크놀로지가 두각을 나타내고 있다. 특히 인티그런트는 위성DMB뿐만 아니라 지상파DMB용 RF튜너 팁을 개발, 세계 기술 표준을 선도하고 있다는 평가다.
인티그런트테크놀로지스의 RF튜너 칩은 일반적으로 RF튜너 칩에 사용하는 BiCMOS가 아닌 CMOS 설계된 것이 특징이다. CMOS 설계방식은 전력소모가 적고 BiCMOS보다 가격이 저렴하며 디지털화가 용이하다는 장점이 있다. 반면 CMOS로 칩을 설계할 경우 전원 전압을 낮춰야 하는데 전원전압을 낮추면 칩에서 요구하는 기능을 맞추기 어려워진다.
이런 문제점을 해결하기 위해 인티그런트는 낮은 전원전압에서도 신호가 제대로 전달될 수 있도록 하는 선형화 기술을 접목시키는 한편 RF 튜너 칩의 전력 소모를 최소화하는 기술도 개발해 주목을 끌었다. 국내 위성DMB 단말기에는 대부분 인티그런트의 RF칩이 사용되고 있으며 일본 도시바 외에는 다른 경쟁자가 없고 도시바 RF칩조차 차량용으로 개발돼 전망을 밝게 하고 있다. 또 기존 RF튜너 칩은 전력소모가 1W 내외로 높지만 이 회사의 튜너 칩은 그 1/5 수준인 200mW 내외에 불과하기 때문에 배터리로 구동되는 휴대폰에 이상적이다.
업계 관계자는 “인티그런트의 칩은 지상파DMB 및 유럽의 지상파TV 방송규격인 DVB-H를 변형한 DVB-H RF튜너칩에도 적용이 가능할 것으로 보여 국산 칩의 세계화에 크게 기여하게 될 것”이라고 평가했다.
이외에도 기타 블루투스 RF 부문에 지씨티테크놀로지스와 근거리 통신 칩의 카서도 RF칩 업체로 최근 두각을 나타내고 있다.
손재권기자@전자신문, gjack@
◆RF칩 향후 전망
무선통신용 단말기는 멀티미디어화하고 있다. 단말기에 부가적으로 첨부되는 부품이 증가함에 따라 부품은 반드시 소형화돼야하며, 단말기 내부의 대부분의 면적을 차지하는 RF부품의 초소형화는 필연적이다. 이를 위해 기존 여러개의 RF소자 및 부품을 하나의 칩으로 구성하는 RF 칩은 무선통신의 핵심 부분으로 성장하고 있다.
RF송수신단을 칩으로 만들기 위해서는 먼저 송수신 방식을 간소화해야 하고 칩으로 만들기 어려웠던 부품은 칩과의 단일 패키징 화가 필요하다.
그러나 부품의 축소는 물리적인 한계가 있기 마련이다. 때문에 앞으로 RF칩에 대한 연구는 LTCC 세라믹 적층기술과 접목돼, SoP(System on Pachage)나 MCP(Multi Chip Package) 형태로 연구개발 될 것으로 전망되며 웨이퍼 아래 구현이라는 공통점으로 인해 RF 멤스 기술이나 RF 나노 기술과도 접목될 것으로 예상된다.
국내 RF칩 업체 및 학계를 중심으로 CDMA 및 GSM 방식 단말기의 베이스밴드부가 CMOS 칩으로 구성 돼 있는 점을 이용해 수정 진동자를 제외한 부분을 칩 내에 내장하는 연구도 진행 중이다.
안테나도 RF멤스 기술을 이용, 실리콘 웨이퍼를 식각·증착하는 기술과 수정진동자도 RF 멤스 기술일 이용해 기계적인 진동자를 설계 개발하여 웨이퍼 상에 구현하는 기술이 나올 것으로 전망된다.
전문가들은 최종적으로 RF칩 안에 RF부 및 베이스밴드부, 수정진동자, 안테나 등이 모두 원칩화해 내장될 것으로 보고 있다.
업계 관계자는 “원칩화 될 경우 이동통신 단말기에 필요한 모든 칩 및 부품, 모듈은 베터리와 RF-SoC칩 그리고 기타 부품만 필요하게 돼 디지털 컨버전스를 촉진하게 될 것”이라고 분석했다.