ブックタイトル実装技術6月号2020年特別編集版

概要

実装技術6月号2020年特別編集版

432. Siチップを活用するFHE　前号では、有機半導体について紹介したが、残念ながら有機半導体の電子・正孔の移動度は0.1cm2/Vs 程度であまり高くなく、高周波回路には使えない。IoTに必須のセンサ類は有機物で製作できる場合が多いが、そのデータを無線で送信する場合が多く、その場合は有機半導体ではなく、移動度の大きいSi-LSIを使いたい。さらにマイクロプロセサやメモリなどの回路もSi-LSIを採用したい。フレキシブル基板に、センサ、有機半導体回路、受動素子、アンテナなどを配し、相互の配線も含めて全て印刷で行い、その基板上にSi-LSIを実装する。このような素子をFHEと呼んでおり、世界の各国で開発が行われている。Siチップは硬くて割れやすいが、数mm角以下の小チップで厚さも0.1mm 程度なら、十分フレキシブルに対応できる。時任研では、FHEで製作する研究に注力されているので紹介する。■ハイブリッドセンサの例　図2に、時任研で開発された通信機能をもったハイブリッドセンサの例を示す。3つの構成となっている。　図2の②は、センサからのデータをデジタルに変換する回路である。Si-LSIによる増幅回路、ノイズフィルタ回路、ADC（Analog Digital Converter）からなっている。なお、Si-LSIにはメモリやマイクロプロセサが組み込まれているのが通常である。　図2の①は、電池駆動型の2.4GHz のBLE（Bluetooth Low Energy）回路である。BLE のSi-LSIは一般的に生産されており入手できる。電池はきわめて薄型の小さいものが入手可能なので、FHE 用に使用可能である。BLEは、10m程度の通信距離が可能で、消費電力はわずかなので、小さい電池で長時間使用可能である。　図2の③は、電池を用いないパッシブ型回路で、13.5MHz のNFC（Near FieldCommunication）の近接型RFIDシステムである。電波を受けたアンテナで0.1mW程度の電力が誘起され、この程度の電力で稼働できる。JR改札で使用しているSuicaに用いられている通信のシステムである（なお余談であるが、筆者がSuicaで試したところ、改札面に接しなくて5cm 程度離しても通信できるが、10cm 以上話すと通信できずゲートが開かない。電波を強くしてカバンの中にSuicaを入れたまま改札を通過できるようにすると、近くの人との誤認識や、心臓ペースメーカーへの悪影響があってはいけないので、通信距離は10cm以下にしていると聞いている）。アンテナの焼結温度は150℃で、それ以外の部分は120℃以下で製作できる。　図3は、印刷により試作されたNFC 搭載センサとBLE 搭載センサのFHEの写真である。伸縮性のプラスチック基板上に配線やアンテナをスクリーン印刷で積層する。図3　印刷により製作したFHEセンサの写真（資料は、時任研のご提供による）図2　BLEとNFCの通信回路を持っているFHEの例（資料は、時任研のご提供による）