萬億傳感器社會靠什麼來實現？

2014年05月21日11:15

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萬億傳感器會採用何種制造技術量產？部件企業的經營者和技術人員認為，需要採用不同於現有方法的制造技術。其中，很多觀點認為印刷技術比較有希望。印刷技術不使用多余的材料，能以連續工藝制造，因此容易降低成本。

旨在實現萬億傳感器社會的發展規劃“TSensors Roadmap”以傳感器中未來10年裡每年的需求有望達到10億個的產品為對象。萬億傳感器社會的提倡者、TSensors Summit公司的創始人Janusz Bryzek認為這些傳感器的總數在2023年之前每年會超過1萬億個。智能手機配備的消費類加速度傳感器及麥克風等不依賴發展規劃也能達成目標的傳感器則不包含在藍圖中。

在發展規劃中，首先Bryzek等人將把多種類型的傳感器集中到按傳感對象劃分的平台“TApp”上，規定每種傳感器所要求的條件。截至2014年2月，已確定了約10種TApp，並從Bryzek招募的有志之士中選出了每種TApp的負責人。TApp包括非侵襲健康監測、人工五感、環境傳感、基礎設施傳感以及針對食品行業的傳感等。

2014年內將由各負責人將發展規劃書面化，在2015年6月之前發行對整體進行了調整的技術標准書。下一步TSensors Summit公司將支援傳感器相關風險企業進行創業等，提供推動萬億傳感器相關產業加速發展的服務。另外，還計劃以制造業新創造的就業崗位為依據，開展讓美國政府等提供財政支援的游說活動。

傳感器價格需降到13美分以下

各TApp規定的主要條件是目標價格和最佳制造方法。目標是通過實現標准化來大幅削減制造成本。

目標價格方面，Bryzek根據傳感器市場規模的走勢預測，傳感器的總銷售額“不會超過日本國內生產總值（GDP）的0.1％”。Bryzek根據大量統計等推測，2023年全球的GDP為130萬億美元，他認為，傳感器單價的上限是13美分。另外，Bryzek根據同樣的經濟規模推測，包括網絡和控制電路在內的傳感器節點系統的最高單價需要控制在1美元以下。上述價格上限包括任何用途。

回顧此前智能手機配備傳感器的歷程會發現，單價的降低與出貨量的增加息息相關。Bryzek認為，“器件的大量出貨意味著單價的大幅削減”。這也反映在了發展規劃中。

需要新技術

要想實現制造成本可大幅削減、而且支持多種用途的萬億傳感器，“需要開發取代現有硅工藝的新器件制造技術”。提出這個觀點的，是美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校工學部長、以MEMS（微電子機械系統）傳感器研究而聞名的Albert A. Pisano（Professor and Dean, Jacobs School of Engineering）。

聽到萬億傳感器社會這一願景的日本技術人員和經營者也認為，“通過強化現有半導體制造技術來實現每年1萬億個傳感器的量產（實際上）應該做不到”（日本傳感器企業的業務負責人等）。

在不同於以往的制造技術中，Bryzek看好的是採用印刷工藝的傳感器制造技術（圖1）。另外，採用現有半導體制造技術制造傳感器時似乎也需要在封裝等方面下工夫。

圖1：用新方法解決傳感器現有制造技術的課題

傳感器的現有制造方式主要利用硅半導體制造技術。用於萬億傳感器的話，不但成本高，產能也不足。需要縮小芯片或採用新方法。新方法包括卷對卷印刷和3D打印等。（3D打印圖片由德國卡爾斯魯厄理工學院提供）

下面就從TSensors Summit公司為收集制定發展規劃所需的基礎技術而召開的會議“TSensors Summit”（2013年10月，美國斯坦福大學），以及該公司與日經BP社於2014年2月聯合舉辦的“Trillion Sensors Summit Japan 2014”上的演講中，介紹一些提案技術的案例。

在柔性基板上安裝超小型IC

基於現有MEMS技術的傳感器制造方法一般通過縮小芯片尺寸來降低成本。現行智能手機等配備的3軸加速度傳感器等的芯片尺寸約為2mm見方。這個尺寸還可以進一步縮小，因為有試制案例，不過會變得難處理，不容易安裝。還可能導致生產效率降低，從而使得成本上升。

在2013年10月舉行的TSensors Summit上，加拿大Terepac公司提出了低成本安裝極小的薄型芯片的技術（圖2）。