実��化にシフトするフレキシブル/プリンテッドエレクトロニクス
フレキシブル/プリンテッド･エレクトロニクスが研�|フェーズから実��フェーズへと�j(lu┛)きく変わり始めた。�~機材料と印刷�\術だけで�j(lu┛)��模な電子�v路を形成するのではない。�ζ暗�な集積�v路やトランジスタには��来のシリコン半導��を使い、それ以外の�p動����や配線、センサなどに�~機材料を使うことで実��化を早めるというハイブリッド法を使う。
図1 厚�}の�Lと光�u(m┐i)�Lに配線を印刷してタッチセンサを作り、�v路は��来のプリント基��に形成して音を楽しむ。DJのようにレコードの�v転を�}で押さえることで音楽のスピードなどを変える。ユーザーエクスペリエンス�_��の英Novalia社の����
これまで研�|してきた�~機トランジスタにこだわっていると、いつまでたっても実��化が見えない。MOSトランジスタを�~機材料で作っても、その電子�‘暗戮�10cm2/Vsにやっと届く��度しか�u(p┴ng)られない。シリコン�T晶の400〜500cm2/Vsという当たり�iの値から見ると雲�oの差である。�k��(sh┫)、シリコン半導��の工��では、シリコンウェーハに�v路を�Wいて完成させた後、裏�Cを削り、チッピング工��を�~�S化したり、あるいは�X(qi│n)�B(ni┌o)�^を下げたりしている。薄いシリコンウェーハはポテトチップのようにフレキシブルに曲がってしまう。しかもチップは1辺がせいぜい10mm��度と小さいのに、�l(shu┴)富な機�Δ魴eっている。ならば、シリコンLSIを�ζ哀妊丱ぅ垢忙箸辰董△修譴蕕鬚弔覆闇枩�やセンサ�霾�をプリント配線で形成すれば、フレキシブル/プリンテッドエレクトロニクスは可�Δ任△�(図1)。
こういった考えのフレキシブル/プリンテッドエレクトロニクス�\術が登場してきた。もはや研�|フェーズではない。�x場調�h会社のIDTechEx社が東�B秋��原で開��(h┐o)した、IDTechEx Insight Forumでは、その先のフレキシブルなセンサや導電性インクなどの�\術に加え、衣�Kなどにシリコンチップを組み込み配線によって文�C(j┤)通り「ウェアラブル」な応��が出てきた。
FitBit社の��動量��やApple Watchなどのウェアラブルデバイスは、�wいリジッド基��を表��(j┤)�陝�演�Q�陲肪�い、時��やブレスレットのバンド�霾�にゴムなどの柔らかな材料を��いてフレキシブル性を�eたせているが、次世代のウェアラブデバイスは、フレキシブル基��に小さなシリコンチップを搭載し、�B(ni┌o)�^の低いインクで配線を�Wき、�v路を形成するようになる。その場合、センサも柔らかいポリマーを主��に�W(w┌ng)��することになる。
インクは、例えば銀ペーストに含ませる銀の��子をナノメートルサイズという��(r┫n)常に細かくすると、配線�屬瞭嚇���が密になり�B(ni┌o)�^が下がる。これを�W(w┌ng)��して細かい配線のメッシュの導電��を高価なITOと��き換えてコストを下げる�\術もある。図2はナノ��子のインクを、細いハニカムパターンに印刷で形成、これで配線を作るとほぼ透��な電極ができる。ただし、銀ナノ��子のインクはまだ高価だが、いずれ�Wくなり、1kg単価で2000ドルになるだろうと、IDTechExのコンサルティング�靆臘垢�Khasha Ghaffazadeh��(hu━)は見ている。
図2 メタルのメッシュ配線で高価なITOを��き換える 出�Z：IDTechEx
プラスチック�`脂は絶縁��が�Hいため、これを導電性ポリマーや薄膜金�錣廼瓦瓩弌▲�ャパシタになる。電極を押せば電極間の�{(di┐o)�`が�](m└i)くなるので、��電容量が�\える。これを検出する。シート�X(ju└)のフレキシブルなキャパシタ�屬望���を��くような�^から、商��を�Dり出すとキャパシタンスが下がるため、商��がなくなったことを検出できる。また、圧電��を電極で挟むと圧電センサになり、圧��が電極に加わると��電��が発�擇垢襦��噞�\術総合研�|所と味の素は、圧電性を��(j┤)すポリアミノ�┐魍�発、それを溶剤に溶かしたインクを印刷したセンサアレイを試作している。
ポリマー材料に導電性カーボン��子を加え、押すと電気�B(ni┌o)�^が変わる��センサも開発されている。ポリマーを押すと内�陲瞭嚇転�子が集まるため、�B(ni┌o)�^値が下がる。クルマのシートに応��すると、ドライバの座る位��を��(l┐i)確�U(ku┛)御できるようになる。
��来、セラミックを使っていた�a(b┳)度センサも印刷�\術で作ることができる。例えばXeroxのPARC（Palo Alto Research Center）では、金���┣��饐�子をソルダーペーストに混ぜた材料を開発した。PST Sensors社は独�Oのナノシリコンインクを開発、印刷でサーミスタを作��した。�a(b┳)度と共に�B(ni┌o)�^が変わるという性��を�W(w┌ng)��する。さらにカーボンナノチューブを�W(w┌ng)��した湿度センサや、電解��内の水素原子が湿度に依�Tした�]度で�‘阿垢襪箸い�性��を�W(w┌ng)��する高�]の湿度センサもある。ガスセンサも印刷で作る�\術が����化されている(参考�@料1)。
さらに光センサを�~機材料で作ったり、アモーファスシリコンを使ったX線センサなども印刷で作れたりできるようになっている。これらの実��化にはまだ時間はかかるが、CMOSセンサの�屬麻~機フォトディテクタを搭載するようなハイブリッド構�]のセンサが�j(lu┛)きく成長するとIDTechExは見ている。
こういったフレキシブルなエレクトロニクスとシリコンチップを組み合わせて、RFIDを衣�Kのどこかに�mめ込むという開発も進んでいる(図3)。導電性の配線を�dの中に組み込み、その�dの�k�陲�RFIDチップを実�△垢襪函�衣�KのどこかにRFIDが縫い��けられた衣�Kができる。高級な�KだとRFIDチップを読み込むことで偽�颪鯣淑未任�、メーカーはブランドを維�eできるようになる。このようなRFIDタグを�Dり��けた��み�dを開発するベンチャーPrimo1D社が2013�Q8月にフランスのグルノーブルに設立されている。
図3 RFIDチップを搭載した��み�d 出�Z：Primo1D、IDTechEx
フレキシブルエレクトロニクスは実��化が見えてきたため、��(sh━)国���BがF(xi┐n)lex Tech Allianceを立ち�屬押�国防総省（DoD）を通じて7500万ドルを提供し、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス向けの���]施設を設立する。この他、サンノゼ�x、�M企業、�j(lu┛)学、�Δ�らも�@金を調達し、これらは9600万ドルに達する。Flex Tech Allianceにはフレキシブルエレクトロニクスに向けた企業96社や研�|所11カ所、42�j(lu┛)学などが参加している。この10月にはSEMIと戦�S的パートナーシップを�Tんだ。アメリカは、フレキシブルエレクトロニクスについに本��を�屬欧燭箸い┐襦�
参考�@料
1. トリリオンセンサ時代のスマートセンサに向けた開発進む (2015/9/25)
