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2012年11月

2012年11月15日 (木)

2012年米国MEMS産業動向調査(その1)ミシガン大学WIMS訪問調査報告

 米国MEMS産業動向調査を目的として2012年11月2日にミシガン大学WIMS(Wireless Integrated MicroSensing & Systems)を訪問しましたので、調査内容を報告いたします。
 米国のMEMS産業の現況に関し、大手企業は引き続き好調を維持し、キラーアプリを目指して多くのファブレスベンチャー企業が今も続々と誕生しています。これらの好業績をサポートするのが米国の大学のMEMS研究機関で、大学でありながら本格的なMEMS試作ラインを備え、研究開発からプロトタイプ試作まで幅広くサポートできることを特徴としています。その中でもミシガン大学WIMSはすべての面で大規模にMEMSの研究開発を進めている代表的な大学です。今回は、研究開発の方向性、企業サポートのシステムについてヒヤリングを行ってきました。

Wims

     ミシガン大学 WIMS (11月初めで紅葉はほとんど終わり、東京の真冬並み)

 WIMSの概要は次の通りです。研究領域は組織の名称にありますように集積型のワイヤレスセンサシステムを指向しており、開発デバイスはMEMSセンサの他に通信回路、低消費電力回路、小型バッテリー、実装パッケージング技術の開発も行っています。アプリケーションは医療・ヘルスケアシステム、スマートシティ、環境センシング、情報通信システム等への適用が考えられています。
 試作設備は、約5000m2の広さの部屋に6インチのMEMSの標準試作ラインを中心に各種実験装置が展開されています。特徴的な設備はi-lineステッパ、EBリソグラフィ、CNT成長装置、STSの垂直エッチング装置Pegasasが3台等に加え、最近拡散炉、CVD等20台を新規に導入されました。企業の試作から、学生実験まで幅広く使われるため、コンタミが厳重に管理されたラインと多種の材料を許容する実験装置とを用意して多様なニーズに答えられるように管理されています。なおCMOSチップが必要な場合は、WIMSで設計して素子試作は外注するとのことです。Wims_2

          クリーンルーム MEMS試作設備 (STS Pegasasが3台並ぶ)

 研究資金は大学からの交付金、企業からの共同研究資金、寄付の他、DARPA、FDA、NSF等公的機関からの競争的資金があります。現在の研究プロジェクトは50、成果指標の中で特筆すべきは、2000年から今日まで12のスタートアップ企業が生まれたことです。これはいかに実用化を目指した研究開発を重要視しているかを示しています。
 企業とのコラボレーションを推進するにあたり留意されている点は、企業ニーズと大学が提供できるサービスをしっかり見据えて双方のメリットを明確にしてから取組んでいることです。大学からは研究協力と設備貸与の他、特徴的なこととして、共同研究に学生を参加させることが可能で(企業の希望に応じて)、プロジェクトが終了すると、その学生はその企業に就職するケースが多いとのことです。共同研究の目的の中にリクルートも含められるということで、これは企業、大学双方にとってメリットと考えられます。

 研究開発の基本方針はMEMSデバイスを含むワイヤレスセンサ小型モジュール設計、製造技術を基盤技術として、様々なアプリケーションに展開しています。モジュールの中にはMEMSセンサの他、RF-MEMS、無線インターフェース、小型パッケージング、低消費電力回路設計等が含まれます。アプリケーションは、医療・ヘルスケア用センサ、環境センサ、構造物診断システム等で、医療。ヘルスケアのテーマの占める割合が多いようでした。
 主な研究テーマをあげますと、人体埋め込み型の眼圧センサ。これはわずか1.5mm3の容積の中にMEMS圧力センサ、センサ信号処理回路、無線回路、太陽電池含む小型電池が集積化されています。この中で通信回路と小型電池は汎用モジュール化して他のセンサでも共通的に使えるようにしています。このモジュールは容積わずか1mm3でMichigan micro Mote(M3)と名付けられています。無線回路の低消費電力化にも取組み116nWまで達成しました。他にRF-MEMS(チューナブルフィルタ)、人工肺臓onシリコンチップ、各種人体埋め込みセンサ、小型ガスクロマトグラフ、他多数のデバイス、モジュールが研究開発されています。
 以上、全体的には大学でありながら、経営的なマネジメントシステムが取り入れられている印象を持ちました。すなわち社会ニーズ/企業ニーズを見据えた実用的なテーマ設定、企業の大学への期待/大学からの企業への期待を明確にしたWinWinの産学連携関係の構築、優秀な研究リーダ育成、企業家精神旺盛な学生の育成、これらの要因が合わさって、理想的なスパイラルアップ(研究蓄積→企業とのコラボ促進→研究資金→新規設備導入→研究蓄積)がなされて現在の立派な研究機関へ成長できたものと考えられます。また米国に限らずMEMS産業の発展への寄与が大変大きいと感じられました。

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          産学連携担当 Dr. Andrew Oliverとクリーンルームの前で

参考:http://wims2.org/
                                                       阪井 淳

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2012年11月13日 (火)

第29回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムにてMNOICの展示

第29回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムにてMNOICの展示

電気学会センサ・ マイクロマシン部門(E部門)がその部門大会として主催する第29回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(2012年10月22~24日、福岡県北九州市・北九州国際会議場および西日本総合展示場)にてMNOICの展示を行いました。MNOICはTIA(つくばイノベーションアリーナ)の集積マイクロシステム研究センターの最先端8/12インチMEMS研究施設を用いて技術開発の研究支援を行うもので、既にMEMS産業に参入している企業の(特に先端装置を用いた)支援から、研究・試作装置を持たない企業やベンチャーへの研究支援を通じて、MEMSの産業化に寄与できるものと考えています。
 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムは電気学会センサ・ マイクロマシン部門(E部門)が主催ですが、4年前から機械学会主催「マイクロ・ナノ工学シンポジウム」応用物理学会・集積化MEMS技術研究会主催の「集積化MEMSシンポジウム」の3つのMEMS関連のシンポ&研究会が同時開催することで日本最大のMEMS関連の最先端学術発表ができる場になっています。更に今年は、日本学術会議、更に日本材料学会、電子情報通信学会や実装学会等のMEMS関連研究会を含めて、日本のMEMSを中心としたマイクロナノ領域の研究者が一同に会するシンポジウムとなりました。このような企画で、今回は過去最高の600名強の参加者を集め、学術発表やポスター発表、企業展示等を併せて行うMEMS関連学術総合イベントになりました。すなわち全国の大学・研究所・企業の研究者が一同に集まる場になっています。
MNOICは展示コーナの1ブースに、ポスターと12インチシリコンウェハーおよびパンフレッドを置いてMNOICのご紹介をさせて頂きました。今回はシンポジウム企画のご配慮もあって、展示会場に沢山の方々が足を運ばれ、また出展者プレゼンテーションの内容を全ての会場に放送して頂きました。電気学会をはじめとする多くの学会で企業会員が減少傾向にあります。このようなシンポジウムに企業の研究者、技術者から更に企画、営業担当の方々が参加することがMEMS産業推進に必要なことであると実感しました。また是非長期的な視野で、学会活動にもご参加頂きたいと思います。
海外では専門企業がMEMSを含むマイクロナノデバイスの事業を行なっている場合が多く、また個々の大学の施設も十分ではないため、大学や産業界が共通に使う最先端のコモンラボがあり、その設備を用いて研究を行うのが一般的です。しかし、日本では企業内部に研究施設があり、また大学も研究室が装置を所有しているのが一般的です。MNOICは大学や公的な研究所のユーザの方にも使い易いように、アカデミアコースと言う研究支援のディスカウントも準備してあります。またMNOICが研究支援可能な研究施設は、集積マイクロシステム研究センターの中にあるため、常時80名以上の産官学連携研究者が集まっていますので、多くの有用で最先端の情報を共有することも可能です。ご利用をお待ちしております。(MEMS協議会 MNOIC研究企画部 三原 孝士)
ご参考:
日本電気学会・E部門:http://www2.iee.or.jp/ver2/smas/
日本機械学会・マイクロナノ工学専門会議:http://www.jsme.or.jp/mnm/
応用物理学会・集積化MEMS技術研究会:http://annex.jsap.or.jp/MEMS/


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写真1. センサーシンポの看板

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写真2. 展示会場、多くの参加者があった。

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写真3. サービスの説明と、12インチウェハー展示

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写真4. 熱心に聞いて頂いた学生の方々

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写真5. 大盛況だったランプセッションによるパネルディスカッション

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2012年度 ナノマイクロ領域での欧州産業技術調査(その2:セミコンヨーロッパ2012および国際MEMS/MST産業化フォーラム)

2012年度 ナノマイクロ領域での欧州産業技術調査(その2:セミコンヨーロッパ2012および国際MEMS/MST産業化フォーラム)

 2012年10月8日から11日まで、ドイツ・ドレスデンで開催されたセミコンユーロに参加しました。ドレスデン(Dresden)はドイツの東の端、ザクセン州の州都ですが、この地域はSiliconSaxonyとも呼ばれ、キマンダ社、GLOBALFOUNDRIES (グローバルファウンドリーズ)社などの電子デバイス製造拠点や、多数のマイクロエレクトロニクス関連の研究所があります。昨年も同じイベントに参加しましたが、併設されている「国際MEMS/MST産業化フォーラム」は、世界有数の企業や専門企業、および産業技術を主体とする研究所から実用化が始まろうとしている最先端のデバイス、MEMSを支える最先端の装置や材料技術、世界中のMEMS産業動向調査等が2日間で全容を理解できるフォーラムであり、私の知る限り最も充実しているものと思います。

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写真1. セミコンユーロの開催されたメッセドレスデン

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写真2. セミコンユーロ受付ロビーの正面玄関

最初に「国際MEMS/MST産業化フォーラム」を報告します。このフォーラムは8日と9日の2日間で19の発表がありました。
(1)応用セッション 9件
最初にBosch SensortecからConsumerMEMSと呼ぶ、スマートホンやゲーム、携帯コンピュータに利用されるMEMSの発表がありました。これらのMEMSの代表は多軸の加速度センサーや傾斜センサーです。私も15年前に仮想現実の研究テーマで圧電素子を使った加速度センサを用いて位置や動作を検出した経験がありますが、ドリフトがあって静止状態を検出出来ませんでした。10年前にはMEMSセンサーがありましたが、静止状態を含む動作を検出しようとすると最低でも5個以上のセンサーが必要で、価格が1万円以下になることはないと思っていました。ところが今は、3軸の加速度センサーと、3軸の電子コンパスを数ミリのチップに集積するレベルになっています。更にこれらのデバイス開発は「最先端の技術的な挑戦」であるとの報告があり、例えば加速度センサーで使うMEMS構造体の変位は4fm(これはSiの格子間距離の0.00001)また、検出する容量変化は2zF(10の-21乗F)であり、周辺の回路技術も高度になっています。またSiTimeの水晶発振素子を置き換えるMEMS共振器の発表がありました。実用化当所は水晶に見劣りする特性もありましたが、5年間で性能を250倍あげ、現在では全ての特性において水晶を上回っているとの報告です。これらはブレーススルーではなく、地味な改良によって成し得たとのことです。問題になっていた温度特性も内部温度センサーの補償によって-40度から80度までで、25ppm以内に抑えてありました。wiSpry社のRFMEMSはMEMS可変容量デバイスという極めて簡単な構成ですが、可変容量、可変フィルター、可変ゲインアンテナと様々なFRMEMSに適用できるとの発表です。STマイクロは、iNEMOと呼ぶ32bitMCUを搭載した9Dセンサーや、今後はポータブル音響システムに様々なMEMSが搭載されるとの発表がありました。

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写真3.チェアであるBosh Senontec のLammel氏

(2)MEMSファンドリ 2件
MEMSファンドリ企業であるSilex社から興味深い発表がありました。1985年に起こったPCを中心とする第一次ITイノベーションブームに対して、現在の第二次ITイノベーションブームは、デバイスの出荷量で2桁のボリューム拡大があるとのことです。よってアイデア、研究開発、量産まで如何に早く展開出来るか?がビジネスの成功には重要であるとのことです。ある意味では、設計会社からMEMS開発研究所、MEMSファンドリが揃っている(特に欧州)では、アイデアさえあれば、あっという間に(市場を席捲できる事業を)立ち上げることが可能な環境が整ってきたわけです。またフィンランドの電子デバイス、およびシステムの研究所であるVTTは、研究開発が終了したデバイスを少量生産するためのファンドリを最近始めたとのことです。VTTの新たな取り組みも、研究開発から実用化までの時間を短縮したいとの強い希望の現れと考えられます。
(3)MEMS最先端技術 6件
技術セッションの中で特に興味深い内容は、DebiotechのJewelPUMPと呼ぶインスリンポンプでした。これまでも小型ポンプはありましたが、MEMSで作成することで圧倒的に小さくなることの他に、加工や制御の精度が圧倒的に上がって、従来の小型ポンプの流量変動が10%以上(場合によって30%以上)が5%以下になるとのことです。このDebiotechはMEMSを含む最先端技術のライセンス会社で、自ら製造販売するのではなく、ライセンスするようでした。また今回は3次元実装に向けた技術開発の発表もあり、低温で実装することでストレスが少ないMEMSの開発が可能とのことです。特に低温接合では、海外の企業の研究者も条件出しにそれなりに苦労をしているように見受けられ、技術的にも装置企業の先進性も日本が一歩リードしている印象を受けました。
また、このフォーラムでは少々異色と思われますが、生体整合材料をプラズマ成膜にて様々なデバイスや部品に付与する発表があり、MEMSへのバイオ、医療応用を強く意識したものと感じました。またウルトラ低価格MEMSという発表では、CMOSの配線領域にある多層配線材料(金属や絶縁膜)を使って機構MEMS作り込むもので、新たなチップ面積の増大なしにMEMSが実現でき、5年程度前から台湾の研究者が盛んに研究していた構成に似ています。複雑な構成のためヤング率等の物性が予測できないので、ある程度作りこんでいく必要があるとコメントされていました。最近のMEMSは、多軸で複数のMEMSセンサーが搭載され、その出力を同一パッケージのCPUである程度処理することを考えると半導体チップも結構大きくなります。よってこのような方法は安価な量産MEMSには向いている領域もあると感じました。

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写真4.DebiotechのJewelPUMP

(4)MEMSマーケット 2件
MEMSマーケット予測では、MEMS分野の二大調査会社であるiSuppliとYole Développementから発表がありました。2010年からスマートホン向けのMEMSが急激に伸びていますが、2015年位に価格が下がって一旦飽和し、その後比較的安定なマーケットの伸びが期待できるとの予測を示しました。加速度センサーや傾斜、位置センサー、圧力センサー、マイクロホン等のコンシューマMEMSの価格が下がる為に、市場予測を数パーセント下げる必要があるということです。また今後伸びが期待できるMEMSマーケットは自動車用、産業用、バイオや医療用とのことです。具体的には、RF-MEMS関連が2016年に160Mドル、TV動作用のモーションセンサーが2016年に475Mドル、情報提示デバイス、MEMSスピーカ、タブレットに導入される環境やバイオセンサー、MEMSドラッグデリバリー、MEMSエネルギーハーベスティング等が有望とのことです。
 この「国際MEMS/MST産業化フォーラム」の特徴は、産業化のセミナーとして参加者が特に興味を持ちそうなテーマを挙げ、世界中から発表者を贅沢に集めていること、大学からの講演は少なく、殆どは企業や、産業技術に特化した研究所からの発表である点です。

次に「セミコンユーロ」ですが、規模としては昨年と同規模ですが全体としては半導体の停滞に対して、三次元実装を含むMEMSが大きな比率を持つようになったと感じています。数字の上でも、最近の3年間でMEMSの市場が18%伸びている(iSuppli)こと、更に欧州の半導体製造装置に市場占有率が過去最低であった時の8%に対して昨年は24%に伸びたとの報告がありました。これらから全体に明るく、初日の夕刻に幾つかの会場で楽団を添えてのワインパーティが開催されていました。

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写真5. テクノアリーナでの講演の様子

昨年と同じくテクノアリーナと呼ぶ100名程度入れる無料のセミナーが2会場あって、個別セッションを並列で行なっていました。私はこの中で、Process technology、 Advanced Process Controlと3D IC のセッションを聞きましたが、どれも最先端の技術発表で立ち見が出るくらいの好評でした。特に今回は、Advanced Process ControlというIT技術を駆使した品質管理を始めて聞きました。最近の命題は「如何に装置の稼働率を上げるか?」がテーマになっていて、装置単位のメンテナンスの必要時期や故障を事前に予知することにIT技術を使っています。このために製造装置に様々なセンサーをつけて、その膨大な情報から、装置メンテナンスの必要性をアラームしたり、装置の故障を事前に予測するものです。これらは製造装置内部のセンサーネットワークですので、センサーネットワークに守られた装置でセンサーが製造されていることになります。また、3D IC のセッションでは、やはりTSVを使った実装方法に集中していました。特に欧州を代表する幾つかのMEMS企業では、何処も最先端のTSVの検討が(ある程度は)終わっていて、何時でも生産に入れるような印象でしたが、明確に市場導入を明言した発表は無かったと記憶しています。

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写真6. フランフォーファのIZMは三次元実装ウェハー展示

最後に各ブーズを回っての感想ですが、まず殆どの研究所は印刷電子技術(Printed electronics)を重視しています。特にフランフォーファ研究所のIZMは三次元実装に注力し、12インチのTSVウェハを展示していました。TSVに関する実験設備はメッキからCMPまで揃えてあるとのことです。但しIZM自身がファンドリーサービスは行なっていないとのことです。またノルウェイのベンチャーである、ThinFilm社から印刷可能なメモリデバイスが展示されていました。印刷された電極材料の間に高分子強誘電体材料がサンドイッチ化されていて、電圧で書き込み、同じく電圧印加の容量変化で読み出すとのことです。即ち強誘電体メモリの印刷電子版です。ThinFilm社によると材料研究や材料を扱える企業が鍵を握っているとのことでした。これから様々な材料の特性を利用したセンサーを集積するとのことで、複数の企業との協力体制で事業化を進めるとのことです。(MEMS協議会 三原孝士)

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写真7.ThinFilm社から印刷可能なメモリデバイス

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2013年ナノ・マイクロビジネス展の出展案内

 毎年7月に日本で開かれる世界最大規模のMEMS関連イベントは、2013年より「マイクロマシン/MEMS展」を改称し、「ナノ・マイクロ ビジネス展」としてリニューアルします。

 ナノ・マイクロ微細加工技術、デバイス、ソリューションが集積する専門見本市として位置付け、ナノ・マイクロ分野の活発なビジネスマッチングを支援してまいります。同時に、未来ビジネスの核となる先端技術を紹介し、ナノ・マイクロ分野の産学連携の促進を目指すものです。

 2013年ナノ・マイクロビジネス展は、中心イベントとなる展示会に加え、各種シンポジウムやセミナーなどのサテライトイベントも開催します。また、前回に引き続きROBOTECH(次世代ロボット製造技術展)を併催します。
 展示会ではナノ・マイクロ分野の材料、加工装置、デバイス、モジュール、計測機器、ソリューション、先端技術などが出展対象となります。

 開催期日:    2013年7月3日(水)~5日(金)
 場所:      東京ビッグサイト 東ホール
 主催:      一般財団法人マイクロマシンセンター
 オーガナイザー: メサゴ・メッセフランクフルト株式会社

 皆様におかれましてはぜひご出展の検討を頂きたく、よろしくお願いいたします。

 出展案内の詳細は以下のURLより

 http://www.micromachine.jp/

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