스마트워치, 헬스케어 기기 등 웨어러블 기술이 고도화됨에 따라, 심박수·혈류량 등을 정밀하게 측정하는 센서의 소형화가 필수 요건으로 부상하고 있다. 좁은 공간에 장착 가능한 초소형 센서 기술은 사용자 편의성과 기기 설계 유연성을 크게 향상시키는 핵심 요소로 작용하고 있다.

특히 포토플리스모그래피(PPG) 센서는 피부에 빛을 비춘 후 반사된 빛의 변화를 측정해 심박수, 혈류량 등을 분석하는 비침습 생체 신호 센서다. 작고 저전력으로 착용이 용이하며, 실시간 모니터링과 저비용 구현이 가능하다는 장점이 있어 활용성이 높다.

일본 가와사키의 사이박스(SCIVAX Corporation)와 미국 세미LED(SemiLEDs)의 자회사인 대만의 TSLC는 세계에서 가장 작은 포토플리스모그래피(PPG) 센서 헤드를 공동 개발했다고 발표했다. 

기존 대비 1/10 면적, 1/2 두께… 극소형 실장 구현

신규 PPG 센서 헤드는 기존 제품 대비 실장 면적을 약 1제곱밀리미터 수준으로 1/10로 줄이고, 두께 역시 절반 수준으로 감소시켰다. 이로써 기존에는 설치가 어려웠던 좁은 기기 내 공간에도 쉽게 통합할 수 있는 유연한 설계가 가능해졌다. 센서의 핵심 기술은 사이박스의 나노 임프린트 광학 렌즈 설계와 TSLC의 정밀 패키징 기술이 융합된 결과로, 양사의 기술력이 집약돼 있다.

기존에도 양사는 공동으로 세계 최소형 광원 소자인 암텔러스(Amtelus)를 개발해 평가용 샘플을 출하한 바 있으며, 이 과정에서 축적된 기술이 이번 PPG 센서 헤드 개발에 직접 활용되었다.

멀티 어레이·비용 경쟁력으로 다양한 분야 확장 가능

PPG 센서 헤드는 단일 소자 외에도 여러 개를 배열해 사용하면 감지 정밀도를 높일 수 있어, 뷰티 기술, 홈 헬스케어, 간호 등 다양한 응용 가능성을 지닌다. 센서 헤드를 어레이 형태로 구성하면 좁은 부위에서도 혈류량 측정이 가능해져, 향후 맞춤형 생체 모니터링 기술로의 확장이 기대된다.

또한 이 센서 헤드는 광원과 센서를 일체형으로 성형한 레진 패키지 구조를 적용해 기존 제품 대비 원가 절감 효과가 크다. 고기능성을 유지하면서도 경제적인 생산이 가능해져 상용화 및 양산 면에서도 유리하다.

생명과학 분야 확장 계획

사이박스와 TSLC는 이번 센서 기술을 기반으로, 생체 센서와 같은 차세대 생명과학 기술 분야로의 응용 확대를 검토 중이다. 이들은 의료, 뷰티, 웨어러블 등 다양한 산업에 걸쳐 기술을 확장할 수 있는 기반을 갖추고 있다.

사이박스는 2004년부터 나노 임프린트 기술 전문 기업으로, 대면적·곡면·고정밀 성형 기술부터 금형, 에칭, 광학 시뮬레이션 등 토탈 솔루션 제공 기업이다. TSLC는 정밀 광전자 시스템과 웨이퍼 레벨 패키징 기술을 전문으로 하는 대만 소재 제조업체로, SemiLEDs의 100% 자회사이다.

이번 PPG 센서 헤드 개발은 두 기업의 전문성이 결합된 결과물로, 생체 데이터 측정 기술의 새로운 기준을 제시하고 있다.