MICROMACHINE CENTER

MEMS協議会フォーラム

MEMS・IoTスマートセンサ・振動発電関連の国際標準化取組み状況

2020年1月30日
一般財団法人マイクロマシンセンター
調査研究・標準部 大中道 崇浩

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MICROMACHINE CENTER

発表のアウトライン■はじめに （国際標準化について）■マイクロマシンセンターにおける国際標準化取組み
・MEMS関連
・IoTスマートセンサ関連
・振動発電関連■まとめ2

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発表のアウトライン■はじめに■マイクロマシンセンターにおける国際標準化取組み
・MEMS関連
・IoTスマートセンサ関連
・振動発電関連■まとめ3

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はじめに標準化のメリット～ 国際/国内標準は重要な経営資源 ～１．関連する試験法、測定法及び性能・仕様表示などの標準化は、それらの製品にかかわる開発者・生産者及び販売者・使用者にとって、大きなメリットをもたらす
２．開発者・生産者のメリット：
開発・生産の効率化、独自評価基準の整備コスト回避
販売者・使用者のメリット ：
合理的な製品比較と選択の容易化
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３つの標準化
１．市場で強いところの規格が実質的な標準になっているもの⇒デファクト標準
２．業界関係者によるコンソーシアムによるスタンダード⇒種々のスタンダードが存在
３．ISO, IEC等の国際標準化機関による国際的な投票手続きを踏んだもの⇒デジュール標準
デジュール標準が皆が納得する国際標準※マイクロマシンセンターで現在進めているデジュール標準についての取組みを紹介
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発表のアウトライン■はじめに■マイクロマシンセンターにおける国際標準化取組み
・MEMS関連
・IoTスマートセンサ関連
・振動発電関連■まとめ

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MICROMACHINE CENTER■国際標準化組織
IEC(国際電気標準会議)/TC(専門委員会) 47(半導体デバイス)
振動発電関連WG7(エネルギーハーベスタ)の提案
SC(分科委員会) 47A(集積回路)
SC47D(半導体パッケージ)
SC47E(個別半導体デバイス) IoTスマートセンサ関連の提案
SC47F(MEMS) 日本(幹事国)、韓国(議長国)の他、MEMSデバイス
中、独、露、シンガポール、米、仏、伊、パキスタン、 関連の提案
ベラルーシ、ベルギー、フィンランド、スイス、イラン、オランダ、ポーランド、スペイン、スウェーデン、チェコ （計20ヵ国）■国内標準化組織
日本工業標準調査会（JISC)（一社）電子情報技術産業協会（JEITA)
TC47,SC47A,SC47D,SC47E, WG7 国内審議団体（一財）マイクロマシンセンター
SC47F(MEMS)国内審議団体、国際幹事引受け
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IEC/TC47(半導体デバイス)/SC47F(MEMS)の体制
国際議長：韓・ソウル科学技術大 S.H.Choa教授
国際幹事：日・マイクロマシンセンター 三原主幹研究員
・WG1(Terminologies and generic specification for micro-electromechanical systems)
主査：韓・S.H.Choa議長兼任、日・首都大 諸貫教授

・WG2(Characterizations and testing methods of materials and structures for
microelectromechanical systems)
主査：韓・機械研究所KIMM H.J.Lee氏、独・インフィニオンSinger氏

・WG3(Micro-electromechanical devices and packaging)
主査：日・次世代センサ協議会 大和田専務理事、中・北京大Wei Zhang教授
・MT1(Maintenance team for the published international standards under WG2)
主査：韓・電子部品研究院KETI J.S.Park氏、日・熊本大 高島前副学長

889MEMS関連の日本提案IEC規格案一覧
提案年
提案内容
2002 MEMS用語集
2003 薄膜材料引張試験法
2003 引張試験用標準試験片2006 薄膜材料軸加重疲労試験法
2009 共振振動疲労試験法
2009 構造体接着強度試験法
2010 薄膜曲げ試験法
2011 電子コンパス
2011 小型ジャイロ2013 形状計測法
2013 MEMS用語改正
2014 MEMSエレクトレット振動発電デバイス
2015 MEMS圧電薄膜の特性測定法
圧電MEMSデバイスのアクチュエータ特性
2016
信頼性(耐湿熱性/耐電圧性)試験方法
フレキシブルMEMSデバイスの曲げ強度信
2017
頼性試験
圧電MEMSデバイスのセンサ特性信頼性
2018
試験方法

IEC

JIS

IEC 62047-1：2005

JIS C5630-1：2008

IEC 62047-2：2006

JIS C5630-2：2009

IEC 62047-3：2006

JIS C5630-3：2009

IEC 62047-6：2009

JIS C5630-6：2011

IEC 62047-12：2011

JIS C5630-12：2014

IEC 62047-13：2012

JIS C5630-13：2014

IEC 62047-18：2013

JIS C5630-18：2014

IEC 62047-19：2013

JIS C5630-19：2014

IEC 62047-20：2014

JIS C5630-20：2015

IEC 62047-26：2016

JIS C5630-26:2017

IEC 62047-1：2016

JIS C5630-1：2016

IEC 62047-28：2017

JIS審議中IEC 62047-30: 2017

JIS審議中IEC 62047-36：2019
IEC 62047-35: 2019
審議中(FDIS:最終国際規格案)

国際規格(IEC)発行済み MEMS関連日本提案は15件（全34件中）10

MEMS関連国際標準化開発変遷
MEMS基礎技術の標準化
MEMS構造体接合強度試験法
IEC62047-13 ;2012.2発行

MEMSデバイス技術の標準化（2015年度以降）

神戸大神野教授

MEMS圧電薄膜の特性測定法
IEC62047-30; 2017.9発行

MEMS用微小構造体－基板間における接合強度の定量的な測定法を標準化
曲げ負荷モード せん断負荷モード
Load cell

Load cell
Loading
direction

MEMS圧電薄膜の圧電変換特性の評価方法を標準化し、アクチュエータ等の設計に適用する

Loading
direction
Lock-in amp: Vout

Si sub.
SU-8cylinder

Bend loading

Displacement
meter

Si sub.
SU-8cylinderShear loading

Clamp

Unimorph cantilever

Displacement:Dinl

MEMS形状計測法
IEC62047-26; 2016.1発行
3次元マイクロ構造体の形状表示法と測定法を標準化
深堀りドライエッチングによる3次元凹構造
スキャロプス形状の表示

異方性ウェットエッチングによる3次元凸構造

Linear actuator

圧電薄膜の特性評価系

評価用試験片圧電MEMSデバイスアクチュエータ特性信頼性
IEC62047-36; 2019.4発行
圧電MEMSデバイスセンサ特性信頼性
神戸大
IEC62047-37; IEC審議中
神野教授
圧電MEMSデバイス マイクロカンチレバー特性信頼性（規格案開発中）
フレキシブルMEMSデバイスの曲げ強度
IEC62047-35; 2019.11発行
フレキシブルMEMSデバイスの繰返し曲げ耐久性 (規格案開発中)

名工大神谷教授
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MEMS関連 IEC日本提案例1
IEC62047-30

プロジェクトリーダ：神戸大 神野伊策教授

MEMS圧電薄膜の圧電定数の測定方法を標準化し、アクチュエータ等の設計に適用する

圧電薄膜のTransverse圧電定数 d31、e31は測定手段が未確立であった※国際学会Transducers2019招待講演
で報告
圧電薄膜MEMS関連
IEC提案シリーズ化①圧電定数測定方法（発行済み）②アクチェーター特性信頼性評価方法（発行済み）③センサ特性信頼性評価方法（審議中）④マイクロカンチレバー構造信頼性評価方法（開発中）

圧電薄膜の特性評価系

12MEMS関連 IEC日本提案例1

IEC62047-30に準拠した市販圧電測定装置
Radiant／高純度化学様

東陽テクニカ様13

MEMS関連 IEC日本提案例2

プロジェクトリーダ：名古屋工業大 神谷庄司教授

IEC62047-35
フレキシブルMEMSデバイスの曲げ強度信頼性試験方法の標準化

合掌試験
フレキシブルMEMSデバイスの繰返し曲げ耐久性 (規格案開発中)※測定機器メーカ ユアサシステム機器様に規格案開発時から委員参画
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


10月TC47(半導体デバイス技術委員会)全体会議
6月WG会議(日韓中持ち回り開催)
2017 日本・東京
2018 ハワイ・ホノルル
2019 中国・蘇州



次回 2020年6月3日～5日 日本・熊本
2019/12オープン新規施設「熊本城ホール」で開催（MMC主催）

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発表のアウトライン■はじめに■マイクロマシンセンターにおける国際標準化取組み
・MEMS関連
・IoTスマートセンサ関連
・振動発電関連■まとめ

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センサ：IoTにおいてデータ収集の役割を担う重要キーデバイス
例： 多数のセンサを配置した“グリーンセンサ・ネットワークシステム”による省エネ手法
グリーンＭＥＭＳセンサ●●

電流・磁界センサ

CO2センサ

●

塵埃センサ

●

赤外線アレイセンサ●

グリーンセンサ端末・ネットワークシステム
共通プラットフォーム技術

VOC濃度センサ

自立電源
●

●

スマート
コンビニ

●

スマート製造ライン●

スマートコマーシャル ●スマートオフィス ● スマート植物工場
ファシルティ

●スマート
精密部品工場

スマートクリーンルーム

グリーンセンサネットワークシステム

コンビニエンスストアにおいて、MEMSセンサネットワークにより10％以上の省エネ効果を実証
2011-14年NEDO PJ：技術研究組合NMEMS技術研究機構

http://www.nmems.or.jp/gsnpj/

MEMS : Micro Electro Mechanical Systems, IoT : Internet of Things17スマートセンシング・インタフェース標準化事業（SSI標準化）「省エネルギーに関する国際標準の獲得・普及促進事業（省エネルギー等国際標準共同研究開発」

経済産業省委託事業 2016～18年度
グリーンセンサ・ネットワークシステムのセンサ及びプラットフォームのインタフェース等に関する国際標準化

事業概要： ・国際標準化原案作成（マイクロマシンセンター：SSI国際標準化委員会、専門家派遣）
・原案作成のための研究開発（技術研究組合NMEMS技術研究機構：スマートセンサ、端末モジュール、自立発電）

SSI国際標準化委員会 参画大学・団体・企業
・国立大学法人東京大学
・セイコーインスツル株式会社
・一般社団法人次世代センサ協議会
・都築電気株式会社
・国立研究開発法人産業技術総合研究所 ・株式会社日立製作所
・株式会社エヌ・ティー・ティー・データ
・富士電機株式会社・オムロン株式会社
・三菱電機株式会社
・ローム株式会社

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MICROMACHINE CENTER■国際標準化組織
IEC(国際電気標準会議)/TC(専門委員会) 47(半導体デバイス)
振動発電関連WG7(エネルギーハーベスタ)の提案
SC(分科委員会) 47A(集積回路)
SC47D(半導体パッケージ)
SC47E(個別半導体デバイス) IoTスマートセンサ関連の提案
SC47F(MEMS) 日本(幹事国)、韓国(議長国)の他、MEMSデバイス
中、独、露、シンガポール、米、仏、伊、パキスタン、 関連の提案
ベラルーシ、ベルギー、フィンランド、スイス、イラン、オランダ、ポーランド、スペイン、スウェーデン、チェコ （計20ヵ国）■国内標準化組織
日本工業標準調査会（JISC)（一社）電子情報技術産業協会（JEITA)
TC47,SC47A,SC47D,SC47E, WG7 国内審議団体（一財）マイクロマシンセンター
SC47F(MEMS)国内審議団体、国際幹事引受け
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MICROMACHINE CENTER

スマートセンサの定義

デジタル
出力

センサ素子

デジタル出力センサにマイコン（デジタル処理回路）を搭載することにより# 様々の機能付加# “スマート”なセンサ動作# より一層の性能向上

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マイコン

スマートセンサ
アナログ/
デジタル変換回路

アナログ
出力

アナログ/
デジタル変換回路【従来】デジタル出力センサ

センサ素子

センサ素子

【従来】アナログ出力センサ

デジタル
出力

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スマートセンシングユニット
スマートセンサ

無線通信

端末モジュール

自立電源モジュール電源線接続不要・レイアウトフリー・メンテナンスフリー
センサ、端末モジュールとも
超低消費電力化必須

中継器

・スマートセンサ制御
・センサ出力データ処理
・無線通信工場
オフィス
店舗
アプリケーション

スマートセンシングユニット：
自立電源モジュールにより駆動するスマートセンサと端末モジュールから成るユニット

この3つのコンポ―ネント間のインタフェースの標準化
21標準開発内容1
スマートセンシングユニット
付加価値 動作モード機能レジスタ（学習等）

デジタル処理回路

アナログ/デジタル変換回路

センサ素子

スマートセンサ
端末モジュール

ＩＥＣ 60747-19-1
2019/11/22 国際標準発行
スマートセンサ⇔端末モジュール間のインタフェース（端末モジュールからのスマートセンサ制御方式）

自立電源モジュール
物理的な接続は既存のｼﾘｱﾙﾃﾞｼﾞﾀﾙｲﾝﾀﾌｪｰｽ（I2C、SPI等）を使用
I2C：Inter-Integrated Circuit、SPI：Serial Peripheral Interface●動作モードレジスタに動作モード番号を設定するだけでスマートセンサの制御が可能(→スマートセンサの制御・選定が容易化)●センサメーカは、動作モードと付加価値機能を工夫することで差別化が可能（→センサ開発競争促進、技術進歩/普及)●完全スリープ動作等の省エネに関する制御も標準に組込み(→自立電源駆動の実現と無線化による簡易な施工)
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標準開発内容2スマートセンシングユニット
付加価値
動作モード
機能
レジスタ
（学習等）

デジタル処理回路

アナログ/デジタルコンバータ

センサ素子

スマートセンサ
端末モジュール

自立電源モジュール

ＩＥＣ TS(Technical Specification、技術仕様書) 60747-19-2(最終ステージ審議中)(1)低電力設計のために必須なスマートセンサの消費電力特性表示方法(2)スマートセンサのための電源(自立電源を想定)への要求事項・特性表示方法
・機能 （蓄電容量残量信号等）
・出力特性表示（電圧安定性、最大供給電流、蓄電容量等)
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発表のアウトライン■はじめに■マイクロマシンセンターにおける国際標準化取組み
・MEMS関連
・IoTスマートセンサ関連
・振動発電関連■まとめ24MICROMACHINE CENTER■国際標準化組織
IEC(国際電気標準会議)/TC(専門委員会) 47(半導体デバイス)
振動発電関連WG7(エネルギーハーベスタ)の提案
SC(分科委員会) 47A(集積回路)
SC47D(半導体パッケージ)
SC47E(個別半導体デバイス) IoTスマートセンサ関連の提案
SC47F(MEMS) 日本(幹事国)、韓国(議長国)の他、MEMSデバイス
中、独、露、シンガポール、米、仏、伊、パキスタン、 関連の提案
ベラルーシ、ベルギー、フィンランド、スイス、イラン、オランダ、ポーランド、スペイン、スウェーデン、チェコ （計20ヵ国）■国内標準化組織
日本工業標準調査会（JISC)（一社）電子情報技術産業協会（JEITA)
TC47,SC47A,SC47D,SC47E, WG7 国内審議団体（一財）マイクロマシンセンター
SC47F(MEMS)国内審議団体、国際幹事引受け2525

環境中に存在する希薄なエネルギーを電気に変換するエネルギーハーベスト技術
電池を不要化でき、配線フリーならびにメンテナンスフリーを実現
・ボタン電池では1ヶ月ほどで切れてしまうアプリケーションでも，長期間（数年以上）使用可能
・ボタン電池でも数年もつようなアプリケーションにおいては、現状の単純機能のみならず、複数・スマート機能搭載化が実現）

太陽電池の利用が適さない環境下で、振動という機械的なエネルギーを利用する振動発電は、輸送機器や橋梁等の構造物、回転機器、ウエアラブル機器等、振動が常時存在する環境で使用可能であり、IoT産業を今後さらに発展させるキー技術
振動発電 発電原理- Electromagnetic induction- Piezoelectric- Electrostatic induction- Electret- Magnetostriction

Electrostatic
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27

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国内委員会委員長
兼プロジェクトリーダ
東大鈴木雄二教授

IEC 63150-1として提案・2019/5国際標準発行
現在：①非1次元＋回転②衝撃力 規格案開発中
プロジェクトリーダ 鈴木教授、神戸大神野教授

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春季WG会議(日韓中持ち回り開催)■2018年 タイ・バンコク チュラロンコン大学 2018/3/7-9■2019年 中国・深セン 2019/2/27-3/1■次回日本開催 奈良 春日野国際フォーラム甍
2020/2/24

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MICROMACHINE CENTER

発表のアウトライン■はじめに■マイクロマシンセンターにおける国際標準化取組み
・MEMS関連
・IoTスマートセンサ関連
・振動発電関連■まとめ31MICROMACHINE CENTER

まとめ・マイクロマシンセンターでは、MEMS、IoTスマートセンサ、振動発電に関する国際標準化取組みを推進中。
・大学、団体、企業の専門家により構成した委員会で協議を行い、規格案内容を具現化。
・MEMSについては、審議団体として活動・幹事国として活動するとともに、規格案開発では、近年はデバイス技術（圧電MEMS、フレキシブルMEMS）の標準化を推進中。
・自立電源駆動可能なスマートセンサの制御方式に関する規格案をIECに提出、審議通過・国際標準発行。
スマートセンサや駆動電源の特性表示方法に関する技術仕様書を最終審議中。
・振動発電に関する国際標準開発支援を推進中。
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MEMS分野・振動発電分野・IoTセンサの国際標準化提案
及び国際標準の活用をお考えの方は一般財団法人マイクロマシンセンター
調査研究・標準部（担当：大中道）まで
03-5835-1870 t_onakado@mmc.or.jp

ご清聴ありがとうございます33