Murata、フィンランドのMEMSセンサー製造に投資

Murata、フィンランドのMEMSセンサー製造に投資 – 記事

Murataは、センサーの生産能力を高めるために、フィンランドVantaaに新工場を建設することにより、MEMSセンサーの製造を拡大すると発表しました。総投資額は50億円です。この拡張で同社は、2018~2019年に150から200人の新たな雇用を創出すると予想しています。フィンランドMurataで製造したMEMSセンサーは、自動車の安全システムとペースメーカーなどのアプリケーションに使用されます。
世界的な電子部品メーカーであるMurataは最近、フィンランドにある工場をはじめ、世界の生産能力を大幅に増やしています。最近賃貸建物を購入し、その会社は、約16,000平方メートルの建物を新たに建てることです。新しい施設は、2019年末までに完成する予定です。
投資総額は50億円であり、自動車産業や様々な健康と産業応用分野で使用されているMEMSセンサーの世界的な需要の増加を支えます。

「先端運転支援システム、自己運転車、医療、その他の新興技術の市場が成長すると期待されているMEMSセンサーは、これらのアプリケーションのための重要なソリューションであり、さまざまな条件で実証された測定精度と安定性を提供します。」

とYuatairo Hayata、Murata Electronics Oyのマネージングディレクターは語りました。

「この新しい生産の建物の建設を通じて、私たちは、MEMSセンサーの生産能力を大幅に増やし、また、自動車、産業、医療分野のジャイロセンサー、加速度やコンボセンサーの強力な需要に対応することで、私たちの産業機械や医療機器の市場での事業基盤を強化すると同時に、フィンランド経済と雇用に貢献しています。」

とMurata Manufacturingのセンサー製品事業部ディレクタであるMakoto Kawashimaは話しています。

長期的な視点での運営開発

フィンランドでの工場拡張に伴い、Murataはこの施設の利用率を高めるための長期的な観点からの研究開発と製造業務を強化します。同社は現在、フィンランドで1000人の従業員を雇用しており、2018~2019年に150から200人の新たな雇用を創出すると推定されます。
Murataは、2012年にMurata Electronics Oyに知られているフィンランドの会社VTI Technologiesを買収しました。日本以外の地域でMEMSセンサーを製造して、過去10年の間に驚異的な成長をしたMurataの唯一の工場です。フィンランドのこのサイトでは、R&D空間と国内最大のクリーンルーム施設のいずれもあります。

Murata紹介

Murata Manufacturing Co.,Ltd.は、セラミックベースの受動電子部品とソリューションは、通信モジュール、および電源モジュールの設計、製造、販売の分野の世界的リーダーです。Murataは先端電子材料や先端の多機能高密度モジュールの開発に専念しています。この会社は、全世界の従業員と製造設備を備えています。詳細については、Murataのウェブサイトhttp://www.murata.comをご覧ください。

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注釈

  • 「MEMSセンサー」

MEMSがもたらしたセンサー革命

つい最近、大まかに言うと15~20年前まで、気圧、モーション、磁気など、偏在する物理的現象を検知するセンサーは、比較的大型でコスト高であり消費電力が大きく、電気的に標準回路と互換性がありませんでした。この状況を劇的に変化させたのは、従来の集積回路で既に使用されていた十分に発達したプロセスとテクニックを活かしてセンサーをシリコンへ刻み込むMEMS(微小電気機械システム)ベースのセンサーの開発でした。

バネ式のボール・チューブ・センサーを陳腐化させ、MEMS技術の正当性を立証したマスマーケット向けのエアバッグセンサーを皮切りに、これらMEMSベースのセンサーは、検知全般に関する技術者の考え方を完全に変化させただけでなく、より重要なこととして、製品で実際に実現できることを完全に変化させました。現在、スマートフォン、ドローン、自動走行車、触覚フィードバック「フィンガー」などの製品では、込み入った内部回路盤に1つの小型、低コストで低消費電力の加速度計、ジャイロスコープ、その他のセンサーが組み込まれており、高性能の検知機能を楽々と提供しています。音声・振動の振動子であるマイクでさえ、スマートフォンを含む多くの状況においてMEMS技術を採用しています。


市場調査会社HISによると、IoTアプリケーションに関連する高価値のMEMSデバイスの直接的および間接的市場は、2018年にかけて劇的に増加すると予測されています(出典:IHS)。

MEMSベースのセンサー・アプリケーションは、小型で低コストの製品から超大型で高コストの製品まで多岐に渡っています。一方で、ウェアラブル端末に組み込まれて動作および脈拍数を追跡するとともに、他方では、今日の自動車には複数のMEMSセンサーが搭載され、エアバッグの作動、横転の危険性の検知、負荷および道路条件にマッチした衝撃吸収の設定調整、ブレーキの性能の監視、その他多くの性能および安全性関連要因の監視に使用されています。

「この状況を劇的に変化させたのは、従来の集積回路で既に使用されていた十分に発達したプロセスとテクニックを活かしてセンサーをシリコンへ刻み込むMEMS(微小電気機械システム)ベースのセンサーの開発でした」

簡単な基本的なアナログまたは単純なデジタル出力を実行する旧式の大型「組み立て」センサーと異なり、MEMSデバイスは、多くの優れた長所を備えています。つまり、小型で頑丈で低消費電力であり、非線形または温度ドリフトに対する較正と補正を備えて設計されることの多いモノリシックな多軸デバイスに適しており、自己テストも可能です。

MEMSセンサーの基本
ほとんどすべてのMEMSセンサーは、最も一般的な半導体素材であるシリコンを使用しています。ただし、電子回路において「不純物を混ぜて」半導体を生み出すときに、主に電気的特性を得るために要素を使用しているのと異なり、MEMSデバイスは物理的特性に的を絞っています。取り扱いが簡単であり、一貫性した頑丈な機械的特性により結晶質に簡単に刻み込みます。そして機械的および電子的コンポーネントとして同時に機能することができます。

大量に使われた最初のMEMSセンサーであり、ベンダーとユーザーの両方にとって大切な学習体験となったMEMS加速度計を考えてみましょう。このセンサーを組み立てる方法はたくさんあります。1つの一般的なアプローチは、「プルーフマス」であり、サイドプレートは、固定プレートの間のシリコンに刻み込まれ、この錘は、自由運動方向の横でシリコンバネとして作用してロープにより固定されます。電気的に言うと、この構造は、マイクロコンデンサであり、容量は、ピコファラッド単位(1兆分の1または10~12 F)、あるいはフェムトファラッド(10~15 F)です。

基本的なMEMSベースの加速度計は、固定プレートで囲まれたロープ付きの移動可能な錘を使用して、超高感度の運動応答コンデンサを創り出します。実際のシリコン設計は、はるかに微細で複雑です。

ダイが動作軸に沿って加速すると、プルーフマスが移動し、プレート間の容量がわずかに変化し、このわずかな変化がオンチップ回路により検知および増幅されます。増幅、フィルタリング、およびバッファリングの後、プルーフマスの変位に合致する出力をアナログ信号として入手したり、MEMSデバイス内でデジタル化してマイクロコントローラと互換性のあるフォーマットを提供できます。

簡単に聞こえますが、最初の実用可能なMEMSベースの加速度計の開発は、長く困難な道のりであり、約10年かかりました。また、良く知られたシリコンICの設計および生産テクニックを土台としていますが、これらは機械的ではなく、シリコン上の電子回路のために開発されたものです。したがって、機械的な側面(すなわち、素材の強度、熱の課題)に関連するモデリングと生産および能動回路に的を絞った新しい設計ツールを開発する必要がありました。

また、標準のシリコンマスキングとエッチングのテクニックは、ほとんどが二次元またはわずかに三次元であり、立体的に複雑なマスキングとエッチングをサポートするために大幅に拡張する必要がありました。これは、アンダーカットによりプルーフマスが移動できるようにするために必要でした。また、パッケージにも課題がありました。というのは、パッケージ・サイクルで小さな粒子が入り込んだり、パッケージ自体から出てくると、プルーフマスの動作に干渉するからです。標準の電子生産試験システムおよびラインも課題でした。というのは、これらは電子的な性能を検証するために設計されていたからです。さらに、テストすべき困難な機械的側面がありました。というのは、電気機械式センサーに関する既存のテストシステムは、ICパッケージを取り扱うために設計されていなかったからです。

加速度
MEMSデバイスが生まれる前に一部の精巧な大成功を収めたシステムが作られていたことも事実ですが、検知は課題の1つであり、大きな達成の1つでもありました。多くのシステムは、コスト、重量、電力、および性能の制限により1つまたは2つの次元でしか検知を実行できませんでした。いくつかMEMSセンサーの例を見ると、この状況がどのように変化したか分かります。多くのMEMSセンサーは、動作と角度に関連していることに注意してください。これらは、効果的に検知するには最も困難なパラメータであるにも関わらず、ドローンおよびIoTアプリケーションを実現するためには不可欠です。

慣性の計測
3軸の加速度計の上のステップは、完全な慣性計測装置(IMU)であり、絶対的な(慣性の)座標系で角度を評価するためにジャイロスコープが追加されています。これは、GPSが利用できない場所(水中、室内、または干渉やスプーフィングなどの原因)において画像を安定させたり、システムがGPSの結果を照合するために必要です。最高性能のIMUは、糸車式のジャイロを使用して基準プラットフォームを安定化させており、これは機械的および電子的な設計と導入を究極的に実現したものです。これら球体の装置は、数百万ドルのコストがかかり、数百ワットを消費し、直径が約10 cm~約30 cmと幅広く、数十キロの重さです。
対照的に、MEMSは、これら仕様を実現できないアプリケーションにおいてIMUを可能にしました。もちろん、MEMSの性能は、PIGA加速度計ほど良くありませんが、多くのアプリケーションにとって十分であることは確かです。6軸のIMUは、X軸、Y軸、およびZ軸に沿った加速度に加え、これら軸周りの回転の検知を可能にしています。

9軸慣性運動センサー
しかし、6軸センサーには問題があります。加速度計とジャイロスコープは、加速度と回転に関する情報を提供しますが、時間の経過とともにわずかなエラーが蓄積し、全体的な方向がずれることがあります。
この問題は、もう1つの絶対的な方向センサー、つまり3軸磁気計を追加することで解決できます。これは、3軸ジャイロスコープ、3軸加速度計、および3軸磁気計で構成される9軸慣性運動センサーにつながりました。
この磁場の追加により、検知アルゴリズムは、時間の経過に伴うずれを補正できます。結果として、場所の計測と追跡は、非常に複雑な移動においても、より正確で細かくなります。
結果として、一連の新しいアプリケーションが可能になりました。その1つのアプリケーションが、CADパッケージ、フライトシミュレータ、ヘッドマウント型マウス、および遠隔制御車両における三次元カーソルの完全制御です。別のアプリケーションでは、CADモデルや仮想ゲーム環境など、仮想環境においてナビゲーションが大きく改善しました。短時間のフルスペースの頭の移動および長距離の活動も簡単に追跡できます。ちょっとしたしぐさ、呼吸、心拍数、足取り、およびかすかな揺れも捕捉できます。

結論
IoT(モノのインターネット)、あるいは陸上、水上、および空中での自動走行/半自動走行車などの大衆向けアプリケーションのチャンスが生まれたのも、あらゆる技術的側面が劇的にほぼ同時に発展したことが主な理由です。この中には、特に高性能電気モーターおよびコントローラ、軽量大容量バッテリ、小型のGPS受信機およびプロセッサ、強力なCPU、制御用の効果的なRFリンク(スマートフォンか専用かに関わりません)、および高解像度ビデオカメラが含まれます。

電子方位針、MEMSベースの動作、加速度、慣性計測、磁場装置など、遠隔ガイダンスおよびナビゲーション(GPSの有無に関わりません)を実現するためには、マルチセンサーも重要でした。広い意味で、これら高性能デバイスが入手できるようになったことにより、設計の兼ね合いのバランスを完全に変化させ、世界を電気的な互換性のない大型、高コストで重く電力を消費する振動子というセンサーの世界を完全に覆しました。

原文はこちら: Murata invests in MEMS sensor manufacturing in Finland