Der branchenweit erste* Gießereiprozess für MEMS-Produkte mithilfe piezoelektrischer Dünnschichtelemente

Bereitstellen von Sensoren und Aktoren mit bahnbrechender Energieeinsparung und Miniaturisierung

Kyoto, Japan, Santa Clara, Kalifornien, München, Deutschland – 27. August 2014 – ROHM hat kürzlich einen Prozess für MEMSs (Micro Electro Mechanical System) entwickelt, bei denen piezoelektrische Dünnschichtelemente zum Einsatz kommen, und hierbei den branchenweit ersten* Gießereiprozess eingesetzt, der Produktdesign und Fertigungsverfahren vom Ziehen der Wafer bis hin zur Montage integriert, um so einer Reihe von Kundenanforderungen nachzukommen.

LAPIS Semiconductor Miyazaki

Piezoelektrische Elemente, die über die Eigenschaft verfügen, eine Spannung zu erzeugen, wenn Druck angewendet wird, werden in verschiedensten elektronischen Geräten eingesetzt: vom herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf bis hin zu Autofokussystemen in Infrarot- und Standardkameras. Die Kombination dieser Elemente mit MEMS-Technologie, die weithin in Beschleunigungsmessern und Gyroskopen eingesetzt wird, macht es möglich, das Design zu vereinfachen und die Größe von Verarbeitungscontrollern zu reduzieren. So werden eine höhere Leistung, geringere Kosten und eine Miniaturisierung des Endprodukts erzielt. Darüber hinaus locken insbesondere auf dem Sensorenmarkt, wo ein explosives Wachstum erwartet wird, auch die Energieeinsparungseigenschaften der piezoelektrischen Elemente selbst, da diese im Stand-by-Modus nur sehr wenig Energie benötigen.

Wir haben bereits mit der gemeinsamen Entwicklung von piezoelektrischen MEMS-Produkten basieren auf Kundenanforderungen begonnen und erweitern derzeit Stück für Stück unsere Produktionslinien, um Wachstumsmärkte, wie Tintenstrahldrucker, Sensoren und tragbare Geräte, bedienen zu können. ROHM wird die Integration piezoelektrischer Teile in MEMS-Technologie auch künftig fortführen, um kleinere Endgeräte und höhere Energieeinsparungen zu ermöglichen.

Bei der Geräteerstellung mit piezoelektrischen MEMSs sind jedoch eine Dünnschichtabscheidung, die über hohe piezoelektrische Eigenschaften verfügt, sowie die präzise Fabrikation und Gießung piezoelektrischer Mikroelemente schwer umzusetzen. Darüber hinaus sind neben der hoch präzisen Verarbeitung für den MEMS-Antriebsblock auch zusätzliches Fachwissen und Know-how sowie die Entwicklung neuer Technologien erforderlich, um Anwendungen der nächsten Generation sowie aufstrebende Märkte zu unterstützen.

Um diese Herausforderungen zu meistern, ist ROHM aktiv an der Forschung zu piezoelektrischen Dünnschichtelementen beteiligt. Basierend auf den Erkenntnissen von Professor Isaku Kanno der Graduate School of Engineering an der Kobe University zu Evaluations- und Messmethoden für piezoelektrische Dünnschichtelemente sowie durch Kombination der gesammelten Produktionstechnologien der gesamten ROHM-Gruppe – also der ferroelektrischen Technologie von ROHM für Langzeitspeicher, der hoch empfindlichen MEMS-/Montagetechnologie von LAPIS Semiconductor und der MEMS-Miniaturisierungstechnologie von Kionix – konnten wir bei LAPIS Semiconductor Miyazaki einen Fertigungsprozess einrichten und piezoelektrische MEMSs bereitstellen, die für verschiedenste Märkte und Anwendungen optimiert sind.

Die ROHM-MEMS-Prozesse unter Einsatz piezoelektrischer Dünnschichtelemente bieten fünf wichtige Vorteile:
1. Integriertes Produktionssystem – vom Ziehen der Wafer bis hin zur Montage – ermöglicht vollständige Kontrolle der Produktfertigung für unvergleichliche Qualität und Flexibilität
2. 1500 m2 Reinraum speziell für IC-Mikrofertigung eingerichtet
3. 6-Zoll-Wafer eingesetzt (8-Zoll-Wafer geplant)
4. Rund-um-die-Uhr-Betrieb beschleunigt Entwicklung und ermöglicht frühen Produktionsstart
5. Erweiterte Produktionskapazität (600K/M → 2000K/M)

Drei Kerntechnologien machen das Geschäft der ROHM-Gruppe im Bereich piezoelektrischer MEMSs aus Anwendungsbeispiel für piezoelektrische MEMSs

Anwendungen

  • Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Drucksensoren
  • Tintenstrahldruckköpfe
  • Infrarotsensoren und -kameras
  • Autofokusfunktion von Kameras
  • Mikrofone und Lautsprecher
  • Aktor-/Strahlreglersteuerung
  • Energiegewinnung

 

Terminologie

· Piezoelektrisches Element
Ein piezoelektrisches Element wandelt auf das piezoelektrische Teil ausgeübte Krafteinwirkung in Spannung um. Alternativ kann der Begriff ein passives Gerät bezeichnen, das den piezoelektrischen Effekt nutzt, um Spannung in Energie umzuwandeln.
Neben Aktoren und Sensoren werden diese Elemente auch in Filtern und Oszillatoren in analogen elektronischen Stromkreisen eingesetzt.
Zwei Eigenschaften piezoelektrischer Elemente

· MEMS (Micro Electro Mechanical System)
Dieser Begriff bezieht sich auf Geräte, die eine Reihe von Komponenten, wie z. B. Sensoren, Aktoren und mechanische Teile (Antriebsblock), auf einem Substrat integrieren.
In der Halbleiterbranche werden MEMSs üblicherweise in Beschleunigungsmessern und Gyroskopen eingesetzt. Es wird jedoch erwartet, dass sie in der nächsten Generation von Smartphones, IT-Geräten und Sensornetzwerken ein wichtige Rolle spielen werden, um künftigen Anforderungen gerecht zu werden.
MEMS-Miniaturisierungstechnologie von Kionix

MEMS-Miniaturisierungstechnologie von Kionix (Antriebseinheit zur Ermittlung der Beschleunigung eines Objekts)