独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）集成微系统研究中心[研究中心主任 Ryutaro Maeda] 大规模集成团队 Kazuma Kurihara，首席研究员，Hideki Takagi，研究组组长印刷技术和注塑MEMS(微机电系统)设备的制造技术这是通过将 AIST 的微成型技术和 MEMS 设计评估技术相结合而实现的。我们还将照明设备与 Design Tech Co, Ltd（总裁：Hatsuo Suzuki）的信号处理技术相结合，制作了原型。
新开发的技术使得使用印刷技术制造MEMS器件成为可能，印刷技术允许在不使用真空工艺的情况下创建大面积器件，而注射成型技术则需要很少的资本投资和较低的制造成本。到现在为止半导体制造工艺的MEMS设备可以以低成本和很少的资本投资来制造。因此，MEMS器件现在可以应用于过去由于制造成本高、产量低等问题而无法使用MEMS的领域。例如，通过MEMS镜子动态可变光分布随着LED照明的出现，照明行业有望迎来新的应用。
使用该技术开发的产品将于2012年7月11日至13日在Tokyo Big Sight（东京都江东区）举办的Micromachine Exhibition以及2012年10月25日至26日在AIST筑波中心举办的AIST Open Lab上展出。
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| 仅通过印刷和注塑制成的MEMS反射镜和用于主动配光的配光图案示例 |
目前，MEMS 器件是加速度传感器是啊陀螺仪传感器、显示镜像设备等已商品化。然而，传统的MEMS制造技术采用半导体制造设备来制造LSI和IC等集成电路，需要包括真空工艺在内的数十道工艺，导致资本投资和制造成本较高。
产业技术研究所拥有使用8英寸晶圆的MEMS量产原型生产线，正在与企业合作开发MEMS器件的量产原型。我们还致力于开发使用纳米压印成型和注射成型的微成型技术，并正在研究防反射镜片（2007 年 4 月 23 日 AIST 新闻稿) 和使用纳米结构的亲水/防水控制基材 (2009 年 10 月 13 日 AIST 新闻稿)也已开发出来。
这次，我们将利用半导体制造工艺开发MEMS器件所积累的制造和评估技术，与具有低成本、适合量产特点的微成型技术相结合，开发出一种仅使用印刷和注射成型工艺即可制造MEMS器件的技术。因此，我们实现了低成本的 MEMS 器件制造技术，可以用很少的资本投资进行小批量生产。
这项研究与开发得到了内阁府尖端研究与开发支持计划“微系统集成研究与开发”的支持。
为了操作MEMS器件，需要在精细的可移动结构上形成诸如电线和功能材料等图案。此前曾尝试在MEMS结构中使用树脂，但问题在于，采用半导体制造中使用的相同真空工艺来形成金属布线图案，导致制造成本较高。这次，我们使用低成本印刷技术形成这种电气布线图案和功能材料，并使用注射成型将其转移到结构上，从而以低成本制造树脂MEMS。此外，弹簧和悬臂梁等MEMS运动部件必须具有薄的结构，但在注塑成型中，熔融树脂在注入模具后立即开始凝固，因此很难形成如此薄的结构。这次，通过改进模具结构，我们甚至能够用树脂填充薄的运动部件，从而可以使用成型工艺制造MEMS器件。通过这种制造方法，一旦制造出模具，仅使用复制技术就可以形成MEMS结构，因此可以以低成本制造。
图 1 显示了采用印刷和注塑成型的 MEMS 制造工艺。首先，生产用于 MEMS 功能层转移的薄膜（图 1b）。丝网印刷是啊凹版印刷之类的印刷机将脱模层和MEMS功能层印刷在薄膜的表面上。对齐后，将印刷薄膜插入注塑模具中（图1a）（图1c）。合模（合模）后，将熔融树脂注入模具中，树脂冷却固化形成MEMS结构（图1d）。最后，打开模具，将MEMS结构从薄膜上剥离，将印刷在薄膜表面的油墨层转移到MEMS结构上（图1e、f）。
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| 图1 采用印刷工艺和注塑成型的MEMS制造工艺 |
图 2 显示了使用所开发技术制造的 MEMS 器件的示例。图2（a）所示的照明用MEMS镜装置包含反射镜和用于检测镜位移的传感器。用于反射镜的镜面油墨、用于应变传感器的导电油墨和用于驱动镜的磁性油墨被印刷在薄膜表面，然后通过注射成型转移到MEMS结构上。经证实，这种用于照明的MEMS镜装置即使使用外部线圈通过磁力驱动操作超过1亿次，也不会对MEMS结构造成任何损坏。此外，通过使用具有排列成阵列的MEMS图案的模具，还可以制造MEMS器件阵列（图2b）。
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| (a) 照明用模压MEMS反射镜（左）及其示意图（右） |
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| (b) 模塑阵列光学 MEMS 反射镜 |
| 图 2 制造的 MEMS 器件 |
图3显示了改变照明用MEMS镜装置的镜面角度时的位移量和位移检测传感器的输出信号。使用光学测量系统直接测量MEMS反射镜的位移量。经证实，导电油墨的电阻随着镜子的位移而变化，位移检测传感器也正常工作。
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| 图3 基于镜子位移量的位移传感器输出 |
这种使用印刷和注射成型的MEMS器件制造技术，可以根据用途改变印刷的MEMS功能层，从而以低成本制造各种MEMS器件，不仅包括MEMS镜器件，还包括加速度传感器和气体传感器等传感器件以及发电器件。因此，即使在由于成本高而无法应用使用传统半导体制造工艺的MEMS的领域中，也可以提供低成本的MEMS装置。例如，在照明行业，LED照明的配光控制正在引起人们的关注。对于使用半导体制造工艺制造的MEMS反射镜，制造成本取决于每个晶圆生产的器件数量，使得大型反射镜极其昂贵。另一方面，微镜的使用需要光源的聚集，这带来了镜头光学系统复杂化的问题。利用新开发的技术，即使是面积为数毫米或更大的大型MEMS器件也可以低成本制造，从而可以轻松创建动态光分布控制器件。
图4显示了通过控制MEMS反射镜驱动和LED发光的时序来控制左右光分布的示例。可以看出，动态光分布控制是利用MEMS反射镜实现的。图5显示了各自的光分布。通过控制 MEMS 反射镜的驱动，我们能够将光分布从 10 度（图 4a 和 5 中的红线）的发散角更改为 50 度（图 4b 和 5 中的蓝线）。此外，通过同步MEMS镜驱动和LED发光的时序，可以实现如图4c和图5中绿线所示的分割光分布。未来，我们将通过改进光学系统布置、信号处理和控制电路来提高光分布的对称性并扩大光分布范围。此外，由于注射成型可以轻松形成具有复杂曲面形状（例如球面）的三维物体，因此我们相信MEMS器件可以在三维物体上或内部形成。
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| 图5配光特性 |
本次使用的注塑设备是日本销售的通用设备。此外，注塑设备的市场价格低于半导体制造设备，资金投入门槛较低。成型技术与模具技术一样，是日本的强项领域之一。预计这项新开发的技术将使其他领域，例如塑料成型行业，进入MEMS器件制造领域，而MEMS器件制造传统上是半导体制造领域的产物。我们相信，不同领域企业的进入将为MEMS器件创造新的应用。
为了使我们开发的MEMS器件制造技术能够应用于各种应用，我们计划积极与各个工业领域的公司合作，并以此为契机开展新业务。