MEMSビジネスが高集積半導��と同じシステム指向へ
MEMSビジネスが半導��ビジネスに�Zづいてきそうだ。MEMSセンサを�Jねる低消�J電��の演�QリッチなSoC(センサハブあるいはセンサフュージョン)、アルゴリズム開発、MEMSのファブレス、開発ツールなど、MEMSビジネスは広がりが出てきた。5月11-12日、東�B両国で開��されたMEF (MEMS Engineer Forum) 2016ではMEMSセンサには����からシステムへと変わりつつあることがはっきりした。
図1 MEF 2016の��景 出�Z：MEMS Engineer Forum 2016
機械的な運動をシリコン�屬稜�膜に�eたせた��小型センサである、MEMSデバイスはこれまで圧��や加�]度、角�]度(ジャイロ)、磁気などを検出してきた。薄膜が機械的に�jきく動けば動くほど感度は高まるため、�jきく動けるように空��をシリコンエッチングなどで形成する。��常に深いエッチングを��要とするプロセスは、プレーナ�\術が主��のシリコンLSIから見ると���zな���]�\術だった。
ところが、シリコンICでも高集積のチップでは深くてアスペクト比の高いエッチングが使われるようになり、MEMS�\術との共通点も�Hくなってきた。���]�\術だけではない。センサは機械的な動きを電流や電圧などに変換するデバイスであるため、電流・電圧のパルス�S形を�T味づけする��要があった。
例えば、スマートフォンの画�Cを�Aめから横に向きを変えると画�Cの向きも�k緒に変わるという機�Δ�あるが、これは、�l直�妓�の加�]度が常に働く�_��加�]度が9.8m/s^2という�k定の値なのに、スマホの画�Cを�Aめにすると、その向きが変わることを検出することで、スマホの画�Cを�eから横へ変換するという作業を行っている。すなわち、センサからの電気信���S形の�T味を読み�Dることで、画�気�90度�v転させている。
センサからの信���S形の�T味するものを�Dり出して、機�Δ吠儡垢垢觝邏箸���要なのである。そのためのアルゴリズム開発がセンサには�Lかせない。スマホはセンサの�修砲覆蠅弔弔△襦Ｈ羈單�新しい機�Δ任蓮�圧��センサを�W��して気圧を�R定し、気圧が薄くなると高度が高くなるという地球の�駘���性を�W��して高度を�R定できる。GPSと組み合わせれば今2階にいるのか3階にいるのかさえ、判��できるほど高�@度になっている。
半導��の集積度が�屬�ると共に、システム的になっていったのと同様に、MEMSセンサもアルゴリズムなどのソフトウエア開発が�Lかせないシステム的になりつつある。MEF 2016では、MEMSセンサ専門メーカーのInvenSenseがファブレス�x言した。MEMSセンサとA-D変換やアルゴリズムを含めた信�ｽ萢�のCMOSICをTSMCが���]し、ソーティングをInvenSenseがおこない、パッケージングはASEなどのOSATに依頼し、最終のテストをInvenSenseが扱う。InvenSenseはMEMSとCMOSICの設��だけを行うファブレスとなった。
さらにソフトウエア、アルゴリズムの開発ツール(プラットフォーム)、SensorStudio(図2)もリリースした。このプラットフォームでの基本的な機�Δ蓮�内�鼎離薀ぅ屮薀蠅鮖箸辰謄屮蹈奪��v路や配線をグラフィカルに�Wき、カスタマイズしたいアルゴリズムはC言語でコード化できるようになっている。
図2 センサ信�､魏鯑匹垢襯愁侫肇Ε┘◆▲▲襯乾螢坤牾�発のツールSensorStudio 出�Z：InvenSense
このツールで作成したアルゴリズムやソフトウエアは、センサハブチップSoCに焼き��けることができる。同社はセンサハブチップFireFlyも設��しており、その�����@ICM-30630のアーキテクチャは、コントローラとしてARM Cortex-M0をコアに、アルゴリズム演�QはDMPと�}ぶ専��のロジックコアを�W��する。FFT（高�]フーリエ変換）などのアルゴリズムアクセラレータ�v路となっている。この����ではよく使われる加�]度とジャイロの信�ｽ萢��v路を集積しているが、それ以外のセンサはI2Cを使って�{加できる。
昨�Qのこの会議では、Robert Boschがセンサハブを開発していることを述べたが(参考�@料1)、今�Qはそれには触れなかった。
センサそのものも新しくなりつつある。MEMSの��長は何といっても��小型である。MEMSデバイスのトップメーカー(参考�@料2)であるBoschは、エンジン�U御��のマスフローコントローラ��のセンサもMEMSで開発していると述べた。さらにフランスのCEA-Letiは、環境センサと�}ぶガスセンサと、ガスクロマトクラフィにMEMSを応��したセンサについて述べた。ガスセンサは、IRスペクトロスコピーを�W��したガス分析法であり、ガスの吸��を�W��するものではない。�H�S長レーザーの�k�|であるQCL（Quantum Cascade Laser）をガスに照�oし、光-音�S変換を行い、MEMSマイクで音を検出するという仕組みだ。また、シリコンに細長い溝を堀り、それをMEMSマイクロ流路として�W��するガスクロマトグラフィの分析�_も試作している(図3)。ガスの�_さの違いによって流路を流れる�]度が違うことを�W��してガスを分析するツールである。
図3 Letiが試作したMEMSガスクロマトグラフィ 出�Z：CEA-Leti
クルマ��のセンサとして、周囲の����との�{�`を�RるLIDAR（Light Detection and RangingあるいはLaser Imaging Detection and Ranging）システムがすでにポリゴンミラー�擬阿妊�ルマに搭載されている。グーグルカーのトップルーフに搭載されている����がそれだ。このポリゴンミラーをMEMSスキャナーに代えて小型化を図ろうという試みがある。デンソーはMEMSのLIDARをこれからのセンサとして見ており、Boschはモバイル機�_にもジェスチャー認識として使えると述べた。
最終日最後のパネルディスカッションでは、ファブレスのInvenSenseが�j学との開発を�喞瓦靴燭里��瓦靴董�IDM（�貭湘�合メーカー）のBoschは�盜饉卞皀轡螢灰鵐丱譟爾離僖蹈▲襯箸肇轡鵐�ポールにある中央研�|所を�W��して開発を進め、他社や他業�cとのコラボレーションはほとんどしない、と述べたことが�款氾�であった。Boschはクラウドコンピュータのオフィスをシリコンバレーに��き、コラボよりも社内で独�O開発することを優先している。ただし、BoschのようなMEMS最�j�}のIDMはむしろ例外的だろう。センサハブのアルゴリズム開発のコラボは�科�ありうることで、また�Y��化する場合にもコラボが��要だろうと、MEMS & Sensors Industry Group会長のKaren Lightman��は述べている。
参考�@料
1. BoschのCMOSセンサハブ、�O社設��によりIoT��争��を�屬欧� (2015/05/01)
2. 2015�QのMEMSランキング、RF-MEMSでAvagoが���P (2016/04/07)
