万亿传感器社会靠什么来实现？

2014年05月21日11:15

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万亿传感器会采用何种制造技术量产？部件企业的经营者和技术人员认为，需要采用不同于现有方法的制造技术。其中，很多观点认为印刷技术比较有希望。印刷技术不使用多余的材料，能以连续工艺制造，因此容易降低成本。

旨在实现万亿传感器社会的发展规划“TSensors Roadmap”以传感器中未来10年里每年的需求有望达到10亿个的产品为对象。万亿传感器社会的提倡者、TSensors Summit公司的创始人Janusz Bryzek认为这些传感器的总数在2023年之前每年会超过1万亿个。智能手机配备的消费类加速度传感器及麦克风等不依赖发展规划也能达成目标的传感器则不包含在蓝图中。

在发展规划中，首先Bryzek等人将把多种类型的传感器集中到按传感对象划分的平台“TApp”上，规定每种传感器所要求的条件。截至2014年2月，已确定了约10种TApp，并从Bryzek招募的有志之士中选出了每种TApp的负责人。TApp包括非侵袭健康监测、人工五感、环境传感、基础设施传感以及针对食品行业的传感等。

2014年内将由各负责人将发展规划书面化，在2015年6月之前发行对整体进行了调整的技术标准书。下一步TSensors Summit公司将支援传感器相关风险企业进行创业等，提供推动万亿传感器相关产业加速发展的服务。另外，还计划以制造业新创造的就业岗位为依据，开展让美国政府等提供财政支援的游说活动。

传感器价格需降到13美分以下

各TApp规定的主要条件是目标价格和最佳制造方法。目标是通过实现标准化来大幅削减制造成本。

目标价格方面，Bryzek根据传感器市场规模的走势预测，传感器的总销售额“不会超过日本国内生产总值（GDP）的0.1％”。Bryzek根据大量统计等推测，2023年全球的GDP为130万亿美元，他认为，传感器单价的上限是13美分。另外，Bryzek根据同样的经济规模推测，包括网络和控制电路在内的传感器节点系统的最高单价需要控制在1美元以下。上述价格上限包括任何用途。

回顾此前智能手机配备传感器的历程会发现，单价的降低与出货量的增加息息相关。Bryzek认为，“器件的大量出货意味着单价的大幅削减”。这也反映在了发展规划中。

需要新技术

要想实现制造成本可大幅削减、而且支持多种用途的万亿传感器，“需要开发取代现有硅工艺的新器件制造技术”。提出这个观点的，是美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校工学部长、以MEMS（微电子机械系统）传感器研究而闻名的Albert A. Pisano（Professor and Dean, Jacobs School of Engineering）。

听到万亿传感器社会这一愿景的日本技术人员和经营者也认为，“通过强化现有半导体制造技术来实现每年1万亿个传感器的量产（实际上）应该做不到”（日本传感器企业的业务负责人等）。

在不同于以往的制造技术中，Bryzek看好的是采用印刷工艺的传感器制造技术（图1）。另外，采用现有半导体制造技术制造传感器时似乎也需要在封装等方面下工夫。

图1：用新方法解决传感器现有制造技术的课题

传感器的现有制造方式主要利用硅半导体制造技术。用于万亿传感器的话，不但成本高，产能也不足。需要缩小芯片或采用新方法。新方法包括卷对卷印刷和3D打印等。（3D打印图片由德国卡尔斯鲁厄理工学院提供）

下面就从TSensors Summit公司为收集制定发展规划所需的基础技术而召开的会议“TSensors Summit”（2013年10月，美国斯坦福大学），以及该公司与日经BP社于2014年2月联合举办的“Trillion Sensors Summit Japan 2014”上的演讲中，介绍一些提案技术的案例。

在柔性基板上安装超小型IC

基于现有MEMS技术的传感器制造方法一般通过缩小芯片尺寸来降低成本。现行智能手机等配备的3轴加速度传感器等的芯片尺寸约为2mm见方。这个尺寸还可以进一步缩小，因为有试制案例，不过会变得难处理，不容易安装。还可能导致生产效率降低，从而使得成本上升。

在2013年10月举行的TSensors Summit上，加拿大Terepac公司提出了低成本安装极小的薄型芯片的技术（图2）。