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機械からエレクトロニクスへ(1v)−シリコンは金錣茲蠅咾

最Z、ジェットコースターやロープウエイの故が`につく。O動Zのタイヤのボルトネジが外れる故、古くは日豕仝譱禊a凾c落故、エレベータが開いたまま峺した故、高]O路のコンクリートの橋が崩れ落ちた故、さまざまな機械による故が気になっている。この13日にはクレーンの土が半分から折れて落下した故があった。出光興では配管の愎が原因で石のれがあったと14日に報Oされた。鉄や^鉄などこれまで硬さや丈夫さでは負けないと思われていた金鏈猯舛涼C耗や、金鑒莽、さびによる愎などが原因の故がT外と\えているような気がする。金錣亘Δ任呂覆ぁ

機械関係vは、金錣里發蹐気鮗造呂茲瑤辰討い襦O動ZはZ検をIけることで金錣C耗するiにC耗し始めたをDり換えたり、T理したりすることで商命を長くしようとしている。しかし、これでも実は金鑒莽や`に見えない金鐫C耗、内陲離ラックなどの邵濺な故障要因をQえたままになっている。O動ZメーカーにとってO動ZのW性は絶甘なものである。だからこそ、金錣鴦Hした機械を気遣う。いっそのこと、金錣砲茲覽ヽをできるだけDり除き、電子的に動かす気よほど信頼性は屬り、軽量化=低\J化ができるだろうとO動Zエンジニアは考えている。カーエレクトロニクス化へのAの原点はここにある(カーエレに関しては次vに考察する)。

半導デバイスは60Qi、真空管よりも信頼性が低かった。本来はw\幅_として、真空管よりも信頼性が高いはずなのにもかかわらず。だから開発当初から信頼性向屬論缶尻であった。このため誕擇ら今まで、アレニウスプロットだの、ワイブル分布だの、何FITだの、半導デバイスと信頼性は切っても切れない関係にあった。たとえばp型半導の中にn型の不純颪鯒く拡gしたデバイスは、時間と共にn型半導がp型半導中に拡gしていってp型と混じってしまい、デバイス命は尽きてしまうのではないかという懸念は50Qiからあった。

しかし、半導シリコンO身の信頼性が崩れるというBはk度も聞いたことがない。シリコンデバイスの信頼性は半導霾ではなく、配線金霾や、┣祝戝罎離ぅンなどとまっていた。エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーション、TDDB(堙徹気塙睹a下で時間と共に┣祝譴じわじわ破sしていく現)、アルミ愎、ウィスカーなども半導バルクの故障ではない。もちろん、電圧サージなどのk瞬の堙徹気農楾腓破sするとか、ラッチアップやホットスポットによる電流集中などでショートしてしまうことはある。しかし、通常の動作条Pで長時間使っていて半導バルクが破sするという現はまずない。

シリコンは実は機械的な信頼性が極めて高い。1984QにMEMS\術の最初のになったシリコン圧センサーの動向を探るため、噞U御機_メーカーを複数社D材した。このとき機械式のベロース(腹)やロードセルなど、シリコンではない金鏈猯舛鮖箸辰討い織┘鵐献縫△法△覆璽轡螢灰鵑鮹羔にくりsく圧センサーを作るのかをうかがうと、金鏈猯舛茲蠅盖ヽEに信頼性が高いからだという答えが返ってきた。シリコンは機械的な金鑒莽がなく、カンチレバーや中空構]でのたわみに咾い里世箸いΑ

このMEMS\術を使うシリコン圧センサーは、_やp圧、電子秤で10数Qの実績があり、カンチレバーにした加]度センサーなどはエアバッグに搭載されてやはり10数Q経つ。最Zの応では任W堂のWiiやアップル社のiPhone、ハードディスクにも搭載されている。シリコンの柱を形成する櫂謄サスインスツルメンツ社のDMD(デジタルミラーデバイス)ディスプレイも10Q以屬亮太咾ある。まだC耗やクリープなどの故障が見つかったというBは聞いたことがない。もし実例があったらぜひ教えていただきたい。

ただし、半導はすべてシリコンのように咾い錣韻任呂覆ぁガリウム砒素のようなIII-V化合馮焼やII-VI化合馮焼は機械的に弱い。人工的に例えばガリウムとヒ素を11で混ぜ合わせて作る化合馮焼は、転位というT晶のズレ(L陥)が擇検▲譟璽供屡光單戮落ちるという問がかつてあった。人工的に作ったT晶は転位密度がシリコンと比べて比較にならないほどjきく、L陥だらけである。そのデバイスを動作させてもL陥が成長していかなければ実屬鰐筱ないため、使に耐えているのが現Xだ。すべての化合馮焼には常にこのe険性が伴っている。

人工的な半導材料と比べるとシリコンは神様が人類にくれたnり颪里茲Δ砲盪廚┐襦実屬賄典づに素晴らしい性を提供してくれるし、機械的にも金錣茲蠅眇頼性が高い。MEMSが最ZR`されているkつの理yは機械的な信頼性が高いことである。

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