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集束イオンビームを活用:

MEMSセンサー100個を1カ月で、日立の3Dプリント

日立製作所は2017年2月、半導体向けの3Dプリント技術を開発し、MEMSセンサーの製造期間の短縮に成功したと発表した。人工知能(AI)を活用した高速な自動設計技術、集束イオンビーム(FIB)を活用した半導体向け高速3Dプリント技術を活用しているという。

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FIB装置のイオン源にプラズマイオン源を活用

 日立製作所は2017年2月、半導体向けの3Dプリント技術を開発し、振動や加速度などの計測に活用されるMEMSセンサーの製造期間を短縮したと発表した。同社の調べによると、MEMSセンサーを製造する一連の工程には、3カ月程度かかる。設計の修正と再製造を繰り返す場合も多く、数カ月から1年近くの期間を要していたという。

 今回、同社が持つ100件以上のMEMSセンサー設計データから、要求仕様に近いセンサーの候補を抽出。その構造をベースにシミュレーションすることで、要求仕様を満たすセンサーの構造を決定する。抽出は人工知能(AI)のクラスタリングを用いて行い、シミュレーションはデータから構造と性能の相関を解析した結果に基づき行われる。

 クラスタリングとは、異なる性質のものが混在した集団から、互いに似た性質を持つ集団を効率的に抽出する方法である。機械学習における、教師なし学習の一手法だ。


3Dプリント技術を用いたMEMSセンサー設計、製造の流れ (クリックで拡大) 出典:日立製作所

 次に決定した設計図を基に、1000分の1mm以下の集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam*)を照射し、微細なMEMSセンサーの構造を3Dプリントで形成する。分析用途で利用されてきたFIB装置は、MEMSセンサーの製造に利用するのが困難だった。

*)FIB:イオン源により発生したイオンビームを電界で加速し、静電レンズにより細く絞ったもの。このビームを試料上で走査することで、物質を削ったり、原料ガスを与えながらビームを当てた部分に物質を堆積させたりできる。

 今回、日立ハイテクノロジーズおよび日立ハイテクサイエンスと共同開発し、FIB装置のイオン源にプラズマイオン源を用いることで、ビームの高出力化を実現した。加工速度を大幅に向上し、MEMSセンサーを短期間に製造することが可能になったとする。

 同社では、工場のモーターやコンプレッサーなどの故障予兆検知を目的とした、20kHz以上の高い周波数の信号取得に特化した振動MEMSセンサーを試作。従来の半導体工場で製造した場合と同等の性能のセンサーを5日で設計し、1個当たり5時間で製造できたため、100個であれば1カ月で設計、製造可能であることを確認したという。

 今後は、開発した技術を用いて多種多様なMEMSセンサーを提供するだけでなく、AIやビッグデータ処理も活用し「IoT社会をけん引していく」(同社)とコメントした。

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