MEMSベース・センサの技術

Freescale フリースケールについてテクノロジプロセス技術MEMSベース・センサの技術

マイクロマシン技術（MEMS）は、加速度センサおよび圧力センサのためのフリースケールの実現技術です。 MEMSベースのセンサ製品は、周辺環境の感知、処理、制御を行うためのインタフェースを提供します。

フリースケールのMEMSベースのセンサは、1つのチップ上に微細な電気部品と機械部品が組み立てられた高機能のデバイスです。 MEMSベース・センサは、車載エレクトロニクス、医療装置、ハードディスク・ドライバ、コンピュータ周辺機器、ワイヤレス・デバイス、および携帯電話やPDAなどのスマート型携帯電子端末の極めて重要なコンポーネントです。

MEMSの特長：

低コスト
低消費電力
微細化
高性能
高集積

リーダーとしてのフリースケールの役割

フリースケール・セミコンダクタは、ほぼ30年にわたってMEMSベース・センサの開発に携わってきました。センサ製造のプロセス技術は、バルク・マイクロマシニングとサーフェイス・マイクロマシニングの2つに大きく分類されます。フリースケールは、加速度センサと圧力センサの製造を行っており、MEMSベース・センサの大量生産メーカーです

アプリケーション

MEMSベース・センサは、車載エレクトロニクス、医療装置、携帯電話やPDAなどのスマート型携帯電子端末、ハードディスク・ドライバ、コンピュータ周辺機器、およびワイヤレス・デバイスの極めて重要なコンポーネントです。これらのセンサは、自動車業界で、特にエアバッグ・システムにより衝突を検出する目的で利用が開始されました。 1990年代から今日に至るまで、MEMS技術を導入したエアバッグ・センサ市場は大成功を収めています。 MEMSベース・センサは、インクジェット・カートリッジから携帯電話まであらゆる用途に普及しています。現在では、主要な市場は例外なくこの技術を受け入れています。

HARMEMS技術

フリースケールの次世代の高アスペクト比マイクロマシン技術（HARMEMS）は、エアバッグのセンシング・アプリケーションにより技術水準が実証済みです。加速度センサは、センサのオフセット性能を強化する先進の変換器設計が施されています。 HARMEMS技術は、過減衰による機械応答および他に類を見ない信号ノイズ比によりお客様の要望に応えます。エアバッグの中核となるECUシステムは自動車の室内に設置されていますが、高周波で高振幅の寄生振動はHARMEMS技術の過減衰機能により大幅に除去されます。 HARMEMS技術は2軸加速度センサにも導入され、電子安定制御（ESC）により自動車の横方向の加速度を計測する目的で利用されてきました。

MEMSサーフェイス・マイクロマシニング

サーフェイス・マイクロマシニングでは、ウェーハに薄膜素材を蒸着させてその上にMEMSセンサを形成します。蒸着素材は、センサを形成するための構造材および構造層間の間隔を規定する犠牲層で構成されます。多くのサーフェイス・マイクロマシニング・センサは、静電容量変換法に基づいて入力の機械信号を等価の電気信号に変換します。静電容量変換法では、センサは印加される物理的刺激に反応してプレートの1つが移動する、機械的なキャパシタと考えられます。この原理により、キャパシタンスの変化に応じて2つの電極間の間隔が変化します。このキャパシタンスの変化は、入力される機械的刺激と電気的に等価です。

MEMSバルク・マイクロマシニング

バルク・マイクロマシニングでは、単結晶シリコンのエッチングにより3次元のMEMSデバイスを形成します。異方性という化学的性質を利用してウェーハ上のシリコンを限定して除去するこの方法を、サブトラクティブ法と呼びます。ピエゾ抵抗圧力センサなどのセンサは、このバルク・マイクロマシニング手法を利用して大量生産されてきました。最も単純な方法では、特定領域のシリコンを選択的にエッチングしてダイヤフラムを形成します。絶対圧力センサの場合、この状態で1つのシリコン・ウェーハと別のウェーハ（シリコン製またはガラス製）を接合して、ダイヤフラムの下に真空密封された空洞を形成します。すると、ダイヤフラムには印加される圧力に応じて歪みが発生します。その変換メカニズムとして広く利用されてきたのがピエゾ抵抗効果です。ピエゾ抵抗効果素材は、負荷が変化すると歪みが発生し、それに応じて抵抗が変化します。したがって、ダイヤフラムの最大の負荷ポイントにピエゾ抵抗を設置しておけば、印加される圧力から生まれる歪みによって抵抗が変化します。一般的には、複数のピエゾ抵抗をネットワーク形式でブリッジ接続して、2つの端子間に電圧が印加されたときにそれ以外の2つの端子間で出力電圧を計測します。