<일본시장조사보고서>2022년판 MEMS 기술 시장의 현황과 전망(일본어판)
자료코드: C64122000 / A4 240p / 2022. 12. 19
MEMS 제품은 기계·전자·광·화학 등의 다양한 기능의 집적화 디바이스가 되고 있다. 이미 반도체 분야 등에서 확립된 Si 미세가공 제조기술을 기반으로 활용하고 있지만, 멀티스케일 관점에서 최종 제품을 재검토하고 경험적인 재료기술 축적을 적절하게 이용함으로써 사회에 기여하는 혁신적인 기능성 마이크로 디바이스가 실현될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 향후는 기존의 틀에 얽매이지 않고 한층 더 다양화될 것으로 예상되기 때문에 기업들은 해당 분야에서의 수요 확보에 주력하고 있다.
본 리포트에서는 MEMS 기술 시장에 초점을 맞췄다. 이러한 분야는 비용보다 성능이 중시되는 경향이 강하므로 특히 차세대 기술에 대해 주목하고자 한다.
◆조사개요
조사목적: MEMS 기술 시장의 사업화 대응을 추진하고 있는 기업과 연구기관의 현재 동향과 향후 사업 시책을 조사함으로써 MEMS 기술의 현황과 향후 동향을 파악
조사대상:
대상구분(총론, 재료, 미세가공기술, 디바이스, 시스템(수요분야), 파운드리)
대상기업, 연구기관(상기 대상품목 관련 생산·판매·취급기업 및 기술연구기관)
조사방법: 당사 전문 조사원의 대면취재
조사·분석기간: 2022년 4월~2022년 10월
※월간지 'Yano Eplus'(2022년 6월호~2022년 11월호)에서의 관련 특집을 바탕으로 편집, 시장 수치 등도 발췌
◆자료 포인트
MEMS의 정의도 시대에 따라 유동화
다양한 재료로 전개될 가능성, 높아지다
• 총론: 실리콘 기판 위에 미세가공기술로 집적화된 디바이스로 발전
• 재료: 나노테크, 바이오 기술의 융합으로 기능과 복합적인 기능을 가진 디바이스 개발을 촉진
• 미세가공기술: 나노 프로세스 기술과의 융합으로 보다 미세하고 고도의 가공 가능
• 파운드리: 상황 변화에 따라 생산능력 분배 전환
• 디바이스: 다양한 분야에서 다양한 제품의 고부가가치화를 지원하는 핵심 디바이스
• 시스템: 애플리케이션과 직결된 부분에 주목
※월간지 'Yano Eplus'(2022년 6월호~2022년 11월호)에서의 관련 특집을 바탕으로 편집, 시장 수치 등도 발췌
리서치 내용
조사결과 포인트
제1장 총론
1. MEMS란
2. MEMS 요소기술
3. 일본에서 잇따라 개최되는 MEMS 분야의 전통 국제회의
3-1. IEEE MEMS
3-2. Transducers
(International Conference on Solid-State Sensors,Actuators and Microsystems)
4. MEMS 관련 시장규모 예측
그림·표1. MEMS/총 시장의 일본 국내 및 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표2. MEMS/총 시장의 구분(IDM/파운드리)별 일본 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표3. MEMS/총 시장의 구분(IDM/파운드리)별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표4. MEMS/총 시장의 재료(Si/Si이외)별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표5. MEMS/총 시장의 미세가공 기술별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표6. MEMS/총 시장의 디바이스별 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표7. MEMS/총 시장의 수요분야별 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표8. MEMS/총 시장의 지역별 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표9. MEMS/총 시장의 메이커 점유율(금액: 2020년)
5. MEMS 관련 기업·연구기관 대응 동향
5-1. NEDO(국립연구개발법인 신에너지산업기술종합개발기구)
(1) NEDO에서의 MEMS 개발 행보
그림1. BEANS 프로젝트 개요[6]
그림2. 친환경 MEMS를 이용한 센서 네트워크 시스템 이미지[8]
(2) MEMS 최신 개발사례: MEMS 기술을 이용해 박형·소형의 신형 전자부품 개발에 성공[9]
①MEMS 커넥터
그림3. 개발한 MEMS 커넥터
그림4. MEMS 커넥터 접속부, 기존품과 MEMS 커넥터 크기의 비는 실제 사이즈를 이미지
②반도체 소켓
그림5. 로직계 반도체 패키지
그림6. 개발한 반도체 소켓
5-2. 국립대학법인 교토대학
(1) MEMS의 기계적 신뢰성 평가
①인장강도 평가
그림7. 정전 척을 이용한 인장시험
그림8. (110)단결정 Si 인장강도에 미치는 가공의 영향
②피로 특성 평가
그림9. 면내 휨피로 시험편(좌)와 피로수명 데이터(우)
(2) 센서·액추에이터
①정전용량 가속도센서
그림10. 정전용량형 가속도센서의 전체 상(좌)와 확대한 빗살형 전극 부분(우)
②광 MEMS
그림11. MEMS 가변 형상 미러의 디바이스 구조
그림12. MEMS 광 초퍼의 구조
(3) 미세가공기술
그림13. 벽개로 창출한 나노 갭
그림14. 틈새 나노 갭을 일체화한 MEMS 사례
(4) 마이크로 시스템을 이용한 나노계측
(5) 축적 컴퓨팅
그림15. 축적 컴퓨팅의 개념
그림16. MEMS 센서 구조에 기계학습기능을 일체화한 인공센서의 실현
5-3. 국립대학법인 도호쿠대학
그림17. 다나카연구실의 핵심기술과 이종분야 통합
(1) MEMS 마이크로시스템
(2) 고성능 센서(MEMS 자이로스코프, 집적화 촉각센서)
그림18. 시스템 레벨·디바이스 레벨에서 고성능화한 MEMS 자이로스코프
그림19. 로봇핸드를 실장한 집적화 촉각센서
(3) MEMS-LSI 집적화 플랫폼
그림20. MEMS-LSI 집적화 플랫폼(TSV가 있는 LSI에 의한 기밀 봉지)
(4) HAL SAW 디바이스, BAW 디바이스
그림21. HAL SAW 디바이스. 기존의 SAW 디바이스(좌), HAL SAW 디바이스(우)
5-4. 국립대학법인 리쓰메이칸대학
(1) 소프트 마이크로 머신: 머신과 생체 간의 인터랙션
①마이크로핑거 로봇핸드
그림22. 인공근육 마이크로 액추에이터에서 마이크로봇핸드를 가진 확장현실 시스템으로
②바이오메디컬에 대한 응용전개
그림23. 마이크로핸드 기술의 바이오메디컬 응용전개
(2) ‘사이보그(細胞ーグ)’: 머신과 생체의 융합
①세포신호 측정장치
그림24. 세포 네트워크 해석용 마이크로 칩
②컴퓨터 제어가 가능한 바이오 하이브리드 OoC 시스템
그림25. 컴퓨터 제어가 가능한 OoC에 의한 ‘사이보그’」
(3)소프트마이크로머신과 '사이보그'의 새로운 융합
그림26. 안을 열고 관찰할 수 있는 ‘인공장관 마이크로머신’
6. MEMS의 장래 전망
제2장 재료
1. MEMS와 재료
2. MEMS에서 사용되는 Si 이외의 재료
2-1. 금속
2-2. 반도체
2-3. 세라믹스
2-4. 폴리머
3. MEMS/재료에 관한 시장규모 추이와 예측
그림·표1. MEMS/IDM의 일본 국내 및 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표2. MEMS/IDM의 재료별 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표3. MEMS/IDM의 지역별 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표4. MEMS/IDM의 메이커 점유율(금액: 2020년)
4. MEMS/재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 오사카대학
(1) 강상관 전자계 산화물의 거대 상변화
그림1. VO2의 금속-절연체 상전이와 구조 상전이
(2) 산화물 세라믹스 3차원 입체구조 제작
그림 2. TiO2/VO2 프리 스탠딩 나노와이어 SEM 상
(3) 상변화 재료의 국소 줄 가열에 의한 MEMS 공진 주파수 변조 디바이스 제작
그림3. 전기접점과 레이저 스폿 판을 포함한 3차원 입체 구조 공진기 디바이스
(4) 전기적 진동과 기계적 진동 사이의 공명을 이용한 공진기 디바이스 제작
그림4. 노선도(우측 위), Ti/Au 전극과 VO2 갭의 구조 마이크로브리지 광학현미경 상
(좌측 아래), 바이어스 전압과 주파수의 관계를 나타낸 컬러 맵(우)
그림5. 전기적 교류 주파수와 구조 고유 주파수의 비공명 시(좌), 공명 시(우)
4-2. 학교법인 나가모리가쿠엔 교토첨단과학대학
(1) 마이크로~나노 재료의 물성 측정·평가
그림6. 독자 개발한 마이크로 역학시험 기술 예
그림7. 나노재료의 SEM 내부 인장시험 모습
(2) 자가전파 발열재료 개발
그림8. 금속 다층막의 자가전파 발열반응
그림9. 자가전파 발열 다층막 접합응용 일례
4-3. 국립대학법인 도쿄공업대학
그림10. MEMS에 적용되는 자석의 사이즈 효과와 타깃 사이즈
(1) 자석의 미세가공(성막)
그림11. 자석 성막의 미세가공 예
(2) 자석의 미세 착자
그림12. 펄스 착자법의 원리(상)와 실시 예(하)
그림13. 레이저 어시스트 착자법의 원리(상)와 실시 예(하)
(3) 자기 MEMS에 의한 초박형 모터 개발
①2자유도 리니어모터
그림14. 바둑판 눈금 모양의 다극 자석을 이용한 2자유도 리니어모터
2자유도 리니어모터의 구성(위), 2자유도 리니어모터 상면도(좌측 아래),
N/S로 이루어진 영구자석 바둑판 눈금 패턴(우측 아래)
②초박형 모터
그림15. 초박형 모터의 원리를 나타낸 모식도(상) 및 제작 결과(하)
4-4. 국립대학법인 도호쿠대학
(1) 나노마이크로 진동자의 센서 응용
그림16. 진동형 자기력(자기공명) 센서(좌), 측정한 폴리머 미립자 중의 라디칼 분포(우)
(2)열전소자/축전소자/상온발전&자립센서시스템
그림17. 나노 미립자에 의한 복합 열전막(Bi2Te3) 제작.
금에 의한 막 형성장치 모식도(좌), 제작된 열전막의 현미경 상(중앙 위)과
모식도(중앙 아래), 제작한 집적화 열전소자(사이즈는 12×12mm2)(우측 위)와
플렉시블 열전소자(우측 아래)
그림18. 그래핀 나노월을 이용한 슈퍼커패시터(좌),
축전한 슈퍼커패시터로 LED를 점등한 모습(우)
그림19. 상온발전소자를 내장하여 환경의 온도 변화에 의해 발전하여 자립 작동하는
무선센서(좌측 위). 환경의 온도변화와 발전출력의 관계(우). 무선센서로 취득한
온도센서의 정보(아래)(40일간에 걸쳐 센서가 자립 작동하고 있다)
4-5. 공립학교법인 효고현립대학
(1) 압전형 MEMS의 특징
(2) PZT-MEMS 독자 기술 개발
①직렬접속
그림20. 직렬접속 모습(좌)와 전압 특성(우)
②다층막
그림21. 스퍼터링법으로 형성한 단층막(좌) 및 다층막(우)
③기가공면 상에 PZT 성막
그림22. 경사면에 대한 PZT 성막
(3) PZT-MEMS를 이용한 애플리케이션
①PZT 요소의 직렬접속에 의한 3축 가속도센서
그림23. PZT 요소의 직열접속에 의한 3축 가속도센서
②다층 PZT-MEMS 하베스터
그림24. 다층 PZT-MEMS 하베스터
③다층 PZT-MEMS에 의한 저전압 구동 촉각 장치
그림25. 다층수지 PZT/적층구조에 의한 저전압 구동 촉각 디바이스의 실물사진(좌)과
적층구조 모식도(우)
4-6. 국립연구개발법인 물질·재료연구기구(NIMS)
(1) 다이아몬드 MEMS 시스템
그림26. 다이아몬드 온 다이아몬드의 독창적인 방법으로 형성한 단결정 다이아몬드
MEMS제작 프로세스(좌), 다이아몬드 MEMS 캔틸레버 광학 이미지(우)
그림27. 단결정 다이아몬드 캔틸레버와 브리지 (a)캔틸레버, (b)브리지,
(c)3단자 나노머신 스위치 SEM 상
그림28. 혁신적인 고신뢰성 MEMS 센서 칩 구동원리
(a)센싱 회로, (b) 센싱 커플링, (c)온칩 공진 주파수 성능, (d) 센싱 출력의 구동전압의존성
그림 29. 다이아몬드 MEMS 칩 외관(a) 및 확대(b)
(2) 고온 다이아몬드 MEMS 자기센서
그림30. 다이아몬드 MEMS 자기센서의 동작원리
그림31. (a)FeGa/Ti/diamond 캔틸레버가 다른 온도에서의 외부 자기장 응답,
(b)공진 주파수의 외부 자기장 및 온도에 대한 의존성
5. MEMS/재료의 장래 전망
제3장 미세가공기술
1. MEMS/미세가공기술이란
2. MEMS/미세가공기술의 종류
2-1. 박막형성
2-2. 리소그래피
2-3. 식각
2-4. 접합·접착
2-5. 3차원(3D) 가공
2-6 조립기술
3. MEMS/미세가공기술에 관한 시장규모 추이와 예측
그림·표1. MEMS/IDM의 일본 국내 및 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표2. MEMS/IDM의 미세가공기술별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
4. MEMS/미세가공기술 관련 기업·연구기관 대응 동향
4-1. 국립대학법인 군마대학
(1) 폴리머 MEMS에 의한 3D 리소그래피
그림1. 3D 리소그래피의 위상
그림2. 일반 리소그래피(좌)와 비교한 3D 리소그래피의 가공원리(우)
그림3. 3D 리소그래피 장치
그림4. D 리소그래피 가공 예 SEM 상
(2) 3D 리소그래피로 제작한 MEMS 디바이스 사례: IoT용 진동발전장치
그림5. 메타물질 구조를 이용한 진동발전용 캔틸레버 모델(좌)과 실물사진(우)
(3) 가공형상 예측 시뮬레이터
그림6. 가공형상 예측 시뮬레이터에 의한 계산결과와 제작사례
4-2. 국립대학법인 전기통신대학
(1) 플라스모닉 구조를 이용한 MEMS 모놀리식 적외선 분광 센서
그림7. SPR을 전기적으로 검출하는 구조
그림8. 제작한 광 검출 구조. 조감도(좌측 위), 확대도(좌측 아래), SEM 상(우)
그림9. 완전 MEMS화로 가능해진 소형 분광기
(2) 메타물질 편광필터
그림10. 기계적으로 변형을 일으키는 메커니즘으로부터 얻은
마이크로 나선 메타물질 구조 단면 형상(상), 표면 형상(하)
4-3. 국립대학법인 돗토리대학
그림11. 저침습 로봇 겸자의 개발 모습과 겸자 파지력 센싱 원리도
(1) 비평면 미세가공기술 개발
그림12. 차세대 저침습 의료 디바이스에는 원통형으로 기능을 부여하는 공정이 필요
그림13. 원통 노광 시스템
그림14. 직경 1mm의 튜브에 코일을 제작한 사례
(2) 비평면 미세가공기술의 응용
①저침습 전자구동 단일 광섬유 세경내시경
그림15. 광섬유 내시경 구조 (a)와 구동원리(b)
그림16. 광섬유 내시경 시제작품
②체강 내 MRI 프로브
그림17. 체강 내 MRI 프로브 전 체상(위), 코일 디자인(중), 코일 실물사진(하)
그림18. 체 강내 MRI 프로브 촬상 결과 (측방시)
4-4. 국립대학법인 나가오카기술과학대학
(1) 펨토초 레이저를 이용한 3D 금속 미세조형의 특징
그림19. 열가공에서의 연속파 발진·나노초 레이저(좌)와 펨토초 레이저(우)의 차이
그림20. 펨토초 레이저를 이용한 환원 묘화 공정
(2) Cu-rich/Cu2O-rich 선택 묘화
그림21. 레이저 묘화속도에 따른 CuO 나노입자 환원도 평가
(3) 자성재료에 대한 응용
그림22. Ni/Cr2O3 복합재료 제작 예
(4) 3D 유량센서의 적층 조형
그림23. 3D 유량센서 조형공정
4-5. 국립대학법인 도카이국립대학기구 나고야대학
(1) 콤비나토리얼 기술에 의한 신재료 개발
①콤비나트리얼 아크 플라즈마 증착법
그림24. 아크 플라즈마 증착법의 모식도(좌)와 장치 외관(우)
그림25. 아크 플라즈마 증착법을 이용한 조성 탐색·최적화
아몰퍼스 조성 탐색 예(좌), 내열 조성 탐색 예: 723K-50h(중), 723K-100h (우)
②콤비나토리얼 신대향 타겟 스퍼터(Combi-NFTS)법
그림26. Combi-NFTS에 의한 삼원계 재료 조성 경사막 형성
Combi-NFTS 장치 모식도(좌), 출력 변화에 따른 조성 변화(우)
③각종 하이스루풋 평가기술
그림27. 서모그래피에 의한 결정화 개시온도 측정법 모식도(좌)와 하이스루풋 평가결과(우)
(2) 새로운 마이크로·나노가공기술
①박막 금속유리의 미세성형기술
그림28. 담금질 기법에 의한 평면구조. 담금질 있음(상), 담금질 없음(하),
그림29. 변형가열법에 의한 입체구조
②역리프트오프법에 의한 후막 구조체 가공기술
그림30. 역리프트오프법을 이용한 코일 패턴 형성
그림31. 역리프트오프법을 이용한 후막 금속유리 MEMS 미러 구조 SEM 상(좌), 디바이스 외관(우)
4-6. 국립대학법인 니가타대학
(1) Si 이외의 DRIE 가공장치, 공정기술
그림32. 탁상형 DRIE 가공장치
그림33. 다양한 재료의 MEMS 가공사례
(2) 수정 MEMS 센서 기술
그림34. 수정가공용 DRIE 장치
그림35. DRIE 가공 예: 역메사와 볼록면 형상을 가진 수정 진동자(좌),
가우시안 형상으로 가공한 수정 진동자(우)
(3) MEMS 촉각복합센서, 촉각 수치화 및 재현
그림36. MEMS 촉각 센서 시제품 예
5. MEMS/미세가공기술의 과제와 전망
제4장 장치
1. MEMS/디바이스란
2. 주요 MEMS/디바이스종류
2-1. 센서
(1) 압력센서
(2) 가속도센서
(3) 각속도센서(자이로센서)
2-2. 광 디바이스
2-3. 고주파(RF) 디바이스
2-4. 발전 디바이스
2-5. 마이크로 유체 디바이스
3. MEMS/디바이스 관련 시장규모 추이와 예측
그림·표1. MEMS/IDM의 일본 국내 및 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표2. MEMS/IDM의 디바이스별 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2020~2025년 예측)
4. MEMS/디바이스 관련 기업·연구기관 대응 동향
4-1. 세이코엡손 주식회사(엡손)
(1) 엡손의 가속도센서 라인업
표1. 세이코엡손의 가속도센서 라인업
(2) 엡손 가속도센서의 특징
그림1. 가속도센서의 측정 흐름
그림2. 가속도센서 M-A352 외관
그림3. 센서부의 구조 모식도. 쌍음 수정 진동자의 형상(상)과 메커니즘(하)
그림4. 쌍음 수정 진동자의 SEM 상
(3) 가속도센서의 우수한 특성을 뒷받침하는 엡손의 기술
그림5. 「M-A352」의 노이즈 스펙트럼 밀도의 주파수 의존성
(4) 진동센서로서의 응용가치가 높은 엡손의 가속도센서
그림6. 「M-A352」의 진동 측정 데이터: 트리바타이트 그래프와 VC(Vibration Criterion) 곡선
(5) 가속도센서 응용 프로그램 사례
4-2. 국립대학법인 도쿄대학
(1) MEMS/마이크로 유체 디바이스
①마이크로 유체 디바이스에 의해 방향 제어된 나노섬유 제작
그림7. 마이크로 유체 디바이스를 이용한 나노섬유 제작 프로세스
②소형 원심기에 의한 마이크로 겔 비즈 제작
그림8. 마이크로 겔 비즈 제작 프로세스
③3차원 마이크로 유로
그림9. 3차원 마이크로 유로 모식도
④세포 비즈를 이용한 동적 마이크로 어레이
그림10. 다이내믹 마이크로 어레이를 실현하는 마이크로 유체 디바이스 원리
⑤하이드로겔에 의한 세포의 균일 직경 마이크로 캡슐화
그림11. 하이드로겔에 의한 세포의 균일 직경 마이크로 캡슐화
(2) MEMS/마이크로 유체 디바이스 기술의 3차원 조직 구축 응용
①세포비즈를 통한 3차원 세포구조 구축
그림12. 세포비즈에 의한 인간형 3차원 세포구조 구축 예
②세포 섬유
그림13. 섬유 아세포로 제작한 세포섬유 사진
③계층화된 3차원 조직 구조의 프린팅
그림14. 3차원 조직구조 프린팅의 예(상) 및 프린팅 장치(하)
4-3. 학교법인 니혼대학
(1) 대기 개방형 MEMS 터빈
①MEMS 터빈 시제작
그림15. MEMS 터빈의 구조 모식도. 외관(좌), 단면(중), 터빈 내 유로(우)
그림16. MEMS 터빈 외관 사진
②저비점 매체를 이용한 작동 확인
그림17. MEMS 터빈 실험장치 개략도
③상변화 관찰
그림18. 저비점 매체의 상변화 관찰실험 모식도
(2) 폐쇄형 MEMS 터빈
①폐쇄형 MEMS 터빈의 시제작
그림19. 폐쇄형 MEMS 터빈 구조(좌), 유로 횡단면(우측 위), 종단면(우측 아래)
②회전·발전실험
그림20. 폐쇄계 MEMS 터빈의 회전실험장치
4-4. 공립대학법인 효고현립대학
(1) 「ERATO 전중 센싱 융합 프로젝트」
(2) 에너지 하베스터 시스템
그림21. 정전형 에너지 하베스터 디바이스 구조 모형(상), 실제 제작한 디바이스 외관(아래)
(3) 웨어러블/바이탈 센서
그림22. 제작한 바이탈 센서. 외형(상, 좌측 아래), 장착 예(우측 아래)
4-5. MEMS-on Technologies 주식회사
그림23. Si 웨이퍼 상에 형성된 MEMS 센서 회로부 전체(좌), 개별 센서(우)
그림24. 캔틸레버 구조를 이용한 차압센서의 검출원리
그림25. 기압감지식 소형 고도 변화계 「AMBD04」.
모듈 전체 외관(좌), MEMS 센서부(우)
4-6 요코가와전기 주식회사
(1) Si 공진형 센서
①Si 공진형 압력센서
②Si 공진형 기압센서
그림26. Si 공진형 기압 센서. 기압센서의 단면 시연(좌),
진동자부 단 SEM 상(중), 센서 칩 단면 사진(우)
③Si 공진형 변형센서
그림27. 시제작한 변형센서. 변형센서 내부 구조(좌), 변형센서 외관(우)
(2) MEMS 파장 가변 레이저 분광
①MEMS 기술을 이용한 고속 파장 가변면 발광 레이저(VCSEL)
그림28. 파장 가변 VCSEL 모식도
②MEMS 파장 가변 레이저 분광 가스 분석계
그림29. 레이저 분광식 분석계 광학계
4-7. 학교법인 리쓰메이칸대학
(1) 초소형 MEMS 촉각센서의 특징
그림30. 초소형 촉각센서의 작동원리
그림31. 개발한 초소형 촉각센서 실물 사진
(2) 초소형 MEMS 촉각센서 제작 프로세스
그림32. MEMS 촉각센서 제작 프로세스
(3) 초소형 MEMS 촉각센서 응용사례
①응력과 전단력에 대한 응답
그림33. 응력과 전단하중 인가에 대한 MEMS 촉각센서 응답
②요철 감지
그림34. MEMS 촉각센서에 의한 지폐 요철 감지
③광학근접측정기능
그림35. MEMS 촉각센서의 광 감지에 의한 거리측정.
센서 검출부 단면(좌), 광 조사에 의한 임피던스 변화(우)
5. MEMS/디바이스 장래 전망
제5장 시스템(수요분야)
1. MEMS/시스템이란
2. MEMS 수요분야
2-1. 민생기기
2-2. 자동차
2-3. 통신
2-4. 헬스케어·바이오
3. MEMS/시스템 관련 시장규모 추이와 예측
그림·표1. MEMS/IDM의 일본 국내 및 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표2. MEMS/IDM의 수요분야별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표3. MEMS/IDM의 지역별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표4. MEMS/IDM의 메이커 점유율(금액: 2020년)
4. MEMS/시스템 관련 기업·연구기관 대응
4-1. 국립대학법인 가가와대학
(1) IoT 시대를 변화시키는 농업 센서 플랫폼 실현을 위한 초소형 관속계 센서 개발
①본 연구의 착안점과 해결해야 할 사회과제
그림1. 연구의 착안점과 해결해야 할 사회과제
②초소형 도관류 센서
그림2. 개발한 도관류 센서의 구성요소와 기본특성
③초소형 수분센서
그림3. 고추를 이용한 포장에서의 도관 유속·수분 함유량 동시측정 결과
④초소형 영양물질 동태 센서
그림4. 식물의 헬스케어 센싱을 위한 pH/EC 동시측정 센서
(2) 광 구동 나노 툴을 공구로 한 생체분해 및 구축
①광 구동 나노 툴
그림5. 광 구동 나노 툴
②생체분해
그림6. 광 구동 나 노툴을 이용한 물리적 조작 예(모식도)
그림7. 광 구동 나노 툴을 이용한 물리적 조작 예(실물사진)
그림8. 광학 구동 나노 니들의 형상과 치수
③생체구축
그림9. 장기구축
(3)손가락 끝 감각의 기록·분석을 위한 '나노촉각센서기술'
①플레너 집적형 나노촉각센서 개발
그림10. 플레이너 집적형 나노촉각센서 구조
그림11. 「미세요철」 「미끄럼」 「경도」의 지각의 한계(좌)와 이것을 재현·초월하는 기술(우)
②피부 표면의 형상·경도를 독립적으로 측정
그림12. 피부 표면의 형상과 경도의 독립적 취득에 성공한 사례
③맥파에 의한 피부 변위 측정
그림13. 나노촉각센서에 의한 맥파의 정밀측정
④모발 감촉 측정
그림14. 고분해능형 나노촉각센서에 의한 모발 표면 측정
4-2. 학교법인 나가모리학원 교토첨단과학대학
(1) 표면증강라만산란(SERS)기법 활용
그림15. SERS의 원리
(2) DNA 종이접기기술과 극소 갭을 가진 금 나노입자 이합체 제작
그림16. DNA 종이접기를 희생층으로 이용하는 SERS 센싱용 GNP 다이머 제작방법
(3) 기능성 나노복합체를 실현하는 DNA 활용
4-3. 국립대학법인 교토대학
(1) 원자 시계 칩
그림17. 개발한 알칼리 금속 봉입 가스 셀의 구조(좌)와 가스 셀 Si부에 형성된 요철 형상(우)
그림18. 4인치 Si 웨이퍼에 형성된 가스 셀 전체(좌)와 확대 사진(우)
(2) 마이크로 유체 기술을 이용한 생체모방시스템
그림19. 인간 체내의 순환시스템을 모방한 BOC(좌)와 실증실험 개요(우)
그림20. TEER 계측용 마이크로 유체 디바이스 예
4-4. 국립대학법인 도쿄대학
(1) 바이오로보틱스
①바이오로보틱스에 대한 접근법
②바이오로보틱스에 필수적인 요소
(2) 수정 진동식 하중센서
그림21. 수정 진동식 하중센서 외관
그림22. 수정 진동식 하중센서 제조 프로세스
(3)수정 진동식 하중센서 응용 프로그램
①체중과 맥파의 동시측정
그림23. 체중 측정 결과(상), 확대하면 맥파가 측정되고 있다(하)
②안저부 접촉력의 고정밀 측정
그림24. 망막 유리체 수술용 바이오닉 아이 모듈 모식도(좌), 실물 사진(우)
③미니 장기 모델의 경도 측정
그림25. 미니 장기 모델의 경도 측정 결과
시간에 대해 계측된 힘(좌), 변형에 대해 계측된 힘(우)
4-5. 학교법인 도쿄도시대학
(1) 환경의 미세진동으로부터 발전하는 MEMS 장치
그림26. 일렉트릭에 의한 발전방법의 모식도
그림27. 디바이스와 패키지 실물 사진
그림28. 인터포저의 효과를 확인하는 실험
(2) 전자현미경 내 '현장' 관측을 통한 나노재료의 가시화와 물성평가
그림29. MEMS-in-TEM 실험장치
그림30. 바늘 끝의 상태와 전계 방출 전류의 관계를 현장관찰
4-6 국립대학법인 도호쿠대학
(1) 광섬유 압력센서
그림31. 광섬유 압력센서 시스템의 구성(좌)과 압력센서부 사진(우측 위)
(2) 전방시 체강 내 초음파 프로브
①압전 단결정(PMN-PT)을 이용한 혈관 내 전방시 초음파 내시경 개발
그림32. 전방시 초음파 내시경의 사용 이미지(좌)와 초음파 장치 단면 구조도(우)
②양극접합 가능 세라믹 관통 배선 기판을 이용한 CMUTs 개발
그림33. 관통 배선 세라믹 기판과의 양극접합을 이용한 CMUTs 단면 구조(좌)와
적외선 투과 화상(우)
(3)형상기억합금을 이용한 능동 굴곡 카테터, 능동 굴곡 내시경
그림34. SMA를 이용한 능동 카테터 개념도(좌)와
능동 굴곡 전자내시경을 장 모델 내에 삽입한 모습(중앙) 및 끝단의
이미저에서 장 모델 내를 관찰한 모습(우)
(4) 피부미소환류에 의한 생체성분 모니터링 시스템
①피부미소환류시스템 메커니즘
그림35. 피부미소환류시스템에 이용하는 디바이스(좌)와 피부미소환류 원리를 나타낸 모식도(우)
②측정사례
그림36. 마우스를 이용한 측정방법
4-7. 공립대학법인 히로시마시립대학
(1) 생체정보 극한측정기술
그림37. 기도 내 폐기능 측정을 가능하게 하는 카테터 시스템[1]
그림38. 대규모 재해 등에 대응한 입가 기류로부터의 바이탈 사인 일괄계측
(2) 의약용 집적화 MEMS 센서 기술
그림39. 생체 내 매립식 센서[2]
그림40. 기관 내 삽관 튜브 시스템[3]
(3) 차세대 경피흡수제 기술
그림41. 마이크로 니들을 이용한 약제 투여(경피흡수제)[3]
5. MEMS/시스템 장래 전망
제6장 파운드리
1. MEMS/파운드리란
2. MEMS/파운드리의 특징과 우위성
3. MEMS/파운드리에 관한 시장규모 추이와 예측
그림·표1. MEMS/파운드리의 일본 국내 및 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표2. MEMS/파운드리 재료별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표3. MEMS/파운드리의 미세가공기술별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표4. MEMS/파운드리의 디바이스별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표5. MEMS/파운드리 수요분야별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표6. MEMS/파운드리의 지역별 세계 시장규모 추이와 예측
(금액: 2020~2025년 예측)
그림·표7. MEMS/파운드리의 메이커 점유율(금액: 2020년)
4. MEMS/파운드리 관련 기업·연구기관 대응 동향
4-1. YITOA마이크로테크놀로지 주식회사
(1) LiDAR용 MEMS 미러 개요
그림1. 기계회전 미러(좌)와 MEMS식 미러(우)의 차이
그림2. MEMS 미러 개발사례
(2) 전자구동방식 MEMS 미러의 구동원리
그림3. 전자구동방식 MEMS 미러의 실물 사진(좌)과 구조 모식도(우)
4-2. 주식회사 협동인터내셔널
(1) MEMS 파운드리
①Si 전극TSV(Sil-Via™)
그림4. Si전극 TSV (Sil-Via™)의 사례
②Cu 전극TSV(Met-Cap™)
그림5. Cu 전극 TSV (Met-Cap™)의 사례
③Glass Via
그림6. Glass Via의 사례
④PZT 막
그림7. 스퍼터링법에 의한 PZT 성막사례
(2) 폴리머 MEMS
그림8. 폴리머 MEMS 응용사례 박막 열전대(좌), 키리리기 구조체(중), 3D 멤브레인(우)
4-3. 주식회사 KRI
(1) 스마트머티리얼연구센터 펠로&피코시스템연구실에 대하여
그림9. 펠로&피코시스템연구실의 핵심기술과 사업영역
(2) 자기 점탄성 재료의 촉각센서 응용
그림10. 자기 점탄성 재료를 이용한 자성체층의 제작(좌) 및 고감도 촉각센서 구성(우)
그림11. 자기 점탄성 재료를 이용한 촉각센서의 구조와 원리
(3) IoT 시대에 전지가 필요 없는 환경 발전
그림12. 자기 점탄성 재료를 이용한 진동 발전
그림13. 자성 엘라스토머 발전실험 결과
4-4. 시티즌파인디바이스 주식회사
그림14. 시티즌 파인 디바이스의 핵심기술
(1) 시티즌 파인 디바이스 MEMS 사업
(2) MEMS 제품 및 기술 사례
①Optical MEMS(광스캐너) [공동개발: 일본신호(주)]
그림15. 전자구동형 광스캐너
②Sensor MEMS(방위센서)
그림16. FG형 자기센서+경사센서
③Package MEMS(수정 패키지)
그림17. 온도보상형 수정 발진기·수정 진동자의 WLPSi 패키지(상), 세라믹스 패키지(하)
④지그(Jig)
그림18. 지그
⑤마이크로 유로
그림19. 마이크로 리액터의 균일 미립자 형성
⑥Si정밀금형 & 성형
그림20. 마이크로 니들
⑦세균분석판
그림21. MALDI-TOF 질량분석용 디스포 플레이트
⑧재생의료용 마이크로 유로 주형[공동개발: 야마나시대학]
그림22. 노화 황반변성 등의 치료에 이용되는 세포를 젤라틴으로 감싸는 마이크로 유로 주형
4-5 야마나카휴테크 주식회사
(1) MEMS 수탁가공서비스사업의 경위
그림23. 마이크로 화학칩 구조(좌)와 실물사진(우)
(2) MEMS 사업의 특징
①'연구개발형' 기업으로서의 제품·서비스 개발력
②원스톱으로 문제 해결
(3) MEMS 기술
①리소그래피
그림24. 노광 패터닝 예. 전체 이미지(좌), 벌집 패턴(중), 라인 패턴(우)
②식각
그림25. 식각가공 예. 석영필러가공(좌), Si DRIE 가공(중), 석영단차형성가공(우)
③성막
④기타 가공
4-6 국립대학법인 도쿄공업대학
(1) OFC 마이크로 프로세스 부문의 설립 경위
그림26. OFC 마이크로 프로세스 부문 클린룸
그림27. 메카노마이크로프로세스실과 OFC 마이크로프로세스 부문
관련 연구분야(상), 메카노마이크로프로세스실의 운영원회의 교직협동체제(하)
(2) OFC 마이크로프로세스 부문 운영
그림28. 메카노마이크로프로세스실 운영 콘셉트
(3) 연구지원과 인재양성
그림29. OFC 마이크로프로세스부문의 연구지원 개념(좌측 위)
연구와 연구지원의 긍정적인 루프 형성(우측 아래)
4-7 국립대학법인 도호쿠대학
(1) μSIC의 설립 목적·경위
(2) μSIC의 조직
그림30. μSIC의 조직
(3 )시설
그림31. SIC의 2층 클린룸 레이아웃
(4) ‘시제작 코인런드리’
그림32. ‘시제작 코인런드리’ 유저 일람(성과 공개 이용)
(5) 티리얼 DX 추진
5. MEMS/파운드리의 장래 전망
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