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製品情報

XIDAS「WS1080」

Wi-Fi環境センサー

Wi-Fi Environmental Sensor

概要:環境センサーシリーズ(オールインワン・ワイヤレス環境センサー)

Wi-Fi環境センサー

小型 - インテリジェント - 低消費電力 - ワイヤレス - マルチセンサー

8つの精密センサーを搭載し、ユーザ設定のモニタリングレートが選択可能。データロギング:インターネットに接続しない状態でもデータを収集・保存します。長寿命(10年以上)
自律性:アラートのしきい値設定や、電子メールでアラート送信機能を搭載IP67で、屋内外で利用可能

Wi-Fi環境センサー

資産トラッキング&コールドチェーン・マネージメント

品を発送する際、特に高額商品の場合、企業は製品状況を追跡します。これには、完璧な輸送コンテナの追跡も含まれます。位置情報だけでなく、配送中の不適切な取り扱いや、管理環境(食品や医薬品の輸送など)で製品が損傷したことを知るのにも役立ちます。

衝撃検知:荷物が投げられた時のような突然の衝撃を検知する衝撃検知機能や、乱暴に扱ったりするなどの他-
落下検知:製品の落下や転倒を検知すると即座に警告
向き検知:製品の多くは直立や特定の面を上にして出荷する必要があります。
荷物やコンテナの扉検知する機能:光の強さを正確に測定し、開封やコンテナの異常を検知することができます。
温度変化:ワクチンなど管理環境で輸送する必要がある場合には、ダメージを与える温度変動の検知。

Wi-Fi環境センサー

スマート環境センサーモジュール

社員・家族の健康/COVID-19と室内空気質

呼吸のたびに、VOCやCO2飛沫などが周囲の空気中に飛散します。誰かが感染している場合、飛沫や空気感染によって、他の人にウイルスを移動する事になります。また、周囲の湿度や温度が低いほど、エアロゾルは空気中に長く留まります。
コロナウイルスは空気中で検出することはできませんが、空気の質や量は簡単に測定できます。エアークオリティ管理し換気を行うことで、感染リスクを大幅に低減することができます。

私たちを取り巻く環境は、日々あらゆる瞬間に私たちの健康に影響を及ぼします。住環境や働く場所、食もの、そして周りの世界との関わり方で健康であるかどうかが大きく左右されます。環境が健康に与える影響は、喘息、マラリア、コレラ、病気、がん、身体的傷害などがあります。WS1080は目に見えない環境の状態を検出し、警告し、測定することができます。
例としては以下のようなものがあります。
- 多くの人々が、大気汚染が深刻な健康問題を引き起こす可能性のある地域に住んでいます。大気の質は私たちの日常生活に影響を与えます。天気同様に、日によって変化することがあります。EPAは大気質指標を開発しました。AQIの値が高いほど、大気汚染のレベルが高く、健康への懸念が大きいことを示しています。WS1080は、特定の固体や液体から気体として放出される揮発性有機化合物(VOC)を測定します。VOCには様々な化学物質が含まれており、その中には短期的/長期的に健康に悪影響を及ぼすものもあります。多くのVOCの濃度は、屋内では屋外に比べて常に高い(最大で10倍)事が知られています。
- 有機化学物質は、家庭用品の原料として広く使用され、塗料、ニス、ワックスなどには有機溶剤が含まれています。洗浄剤、消毒剤、化粧品、脱脂剤、ホビー用品などにも有機溶剤が含まれています。また燃料も有機化学物質でできています。これらの製品はすべて、使用中や保管中に有機化合物が放出される可能性があり、ある程度は仕方がありません。
WS1080は、室内の空気環境が悪化を検知します。

スマート環境センサーモジュール

主な仕様

標準的な2.4GHz WiFiと+19dm出力を持つことでWS1080はメモリとの併用が可能です。
オンボード・インテリジェンス(アラーム閾値の設定) Eメールアラートの設定
Cloud Talk-™と呼ばれるOpenAPIとワンクリックデバイス管理によりあらゆるクラウドアプリケーションに簡単に統合可能
オンボードメモリーとスマートソフトウェアにより、WiFiやクラウドに接続不可能でも継続的な操作が可能
バッテリーとオンボードメモリーのモニターにより事前通知が可能
防水性能(IP67)と広い温度範囲(-40℃~+85℃)で屋内外を問わず使用可能
屋外での使用が可能: 5~10年以上の寿命。
DC入力可能 標準的なマイクロUSB 充電器
8個の高精度センサー。ユーザー定義の測定間隔、環境条件 レンジ

スマート環境センサーモジュール

超低消費電力とオンボードのデータロギングはバッテリー寿命を延ばします。そして超低消費電力のCPUととセンサー、そして各コンポーネントをシームレスに切り替えるインテリジェントなソフトウェアを内蔵。スリープモード、ゼロパワーリスニングモード、パフォーマンスモードなどにシームレスに切り替えるインテリジェントなソフトウェアと組み合わせることで、消費電力を最適化しています。WS1080は、市場で最も低消費電力のワイヤレス環境スマートセンサーとなっています。WS1080は、市場で最も低消費電力のワイヤレス環境スマートセンサーです。

搭載の各センサーの測定レートはセンサーの測定間隔は、独立して設定することができ、オフにすることも可能です。消費電力を最小限に抑え、様々なユースケースに対応するために、各センサーの測定レートを個別に設定したり、オフにすることができます。特定の閾値で割り込みを発生させたり、測定を開始したりすることもできます。
例えば、荷物を落下や誤った取り扱いをした場合などです。荷物の落下や誤操作、AirBnBの入居者による騒音レベルの超過、照明の消灯・点灯、高齢者の転倒検知なども可能です。オンラインのパワー&メモリーカリキュレーターでは、個々の測定トランスデューサーごとにユーザーが定義できるサンプルレートに基づいて、必要なバッテリーやオンボードのデータロギングサンプルを簡単に計算することができます。

電池寿命例

スマート環境センサーモジュール

スマート環境センサーモジュール

Wi-Fi規格

スマート環境センサーモジュール

コンプライアンス

FCC Part 15 (SDoC, Class B, Part 15.109, 15.107) + Extended
スプリアス FCC Certified Module [1 - 30GHz]
Canada Testing & Certification (ICES-003, Issue 6, Class B, CISPR 22 + Extended Spurious Emissions for module testing [1 - 30GHz])
CE (CE EMC | EN 301 489-1 v2.2.3 & EN 301 489-17 v3.2.4)
CE (CE LVD | EN 62368-1:2014+A11:2017)

その他の製品 E-chipシリーズ

WS1080はWi-Fi (2,4Ghz)内蔵タイプです。それ以外にセンサーのみの製品が用意されています。

EC1080 環境測定用スマートE-chip

  • 温度 湿度 気圧 照度 騒音 露点 動き/加速度 エアークオリティ
  • 14mm x19mm
  • プログラミング不要
  • 低消費電力 連続動作
  • ビルトインインテリジェンス….アラーム等

EC2030 産業機械用 E-chip

  • 6 KHz 3-軸加速度計 精密温度計測 超音波センサー
  • 14mm x19mm
  • プログラミング不要
  • 低消費電力 連続動作
  • ビルトインインテリジェンス….アラーム等

EC2031 保全予防用 E-chip

  • 6 KHz 3-軸加速度計 精密温度計測 超音波センサー
  • 14mm x19mm
  • プログラミング不要
  • 低消費電力 連続動作
  • オンボードPM ISO-20816 機械振動・衝撃モニター
  • ビルトインインテリジェンス….アラーム等

「TURN-KEY POWER MANAGEMENT FOR ENERGY HARVESTING」

環境発電用エネルギーマネージメントモジュール

EHM-UNIV-1

環境発電(振動・光・電波・MEMS・太陽光・RFレクテナ・放射線等)向けエネルギーハーベスティングの電力変換用モジュール

環境発電用エネルギーマネージメントモジュール

Xidas EHM-UNIV-1 は太陽電池、圧電、電気機械、熱電発電機などのソースから少量のエネルギーを取り込み、充電式リチウムイオン電池、薄膜電池、または従来のコンデンサなどの蓄電素子を連続的に*トリクル充電するように設計された小型のターンキーモジュールです。このモジュールは小型電子機器やバッテリーフリーシステムの電源として特に有用です。Xidasの小型ハイブリッドスーパーキャパシタ/リチウム電池RHB-1530と併用することで、ワイヤレスセンサーの駆動に理想的なソリューションを提供します。

*トリクル充電(継足し充電)微弱な電流で充電し続けることを言います。充電池時間の経過で少しずつ放電され蓄電量が減ってきます。

入力

EHM-UNIV-1は最先端パワーマネージメント集積回路(PMIC)とそれをサポートする回路を組み合わせたもので、必要な外付け部品の数を減らし、環境発電の開発コストを削減します。信号コンディショニングは、DC入力ソース(太陽電池など)用の直接入力、またはACソース(電磁変換器など)用の内蔵整流回路を提供します。この入力コンディショニングとPMICにより380mVという低い信号からのエネルギーハーベスティングが可能になります。

Xidasについて

Xidas IoTは画期的な特許技術とアーバイン校の専門知識を活用し、インテリジェンス、ゼロパワー(エネルギーハーベスティング)を組み合わせたエッジソリューションを設計および製造します。
Xidasは数十年にわたる3D製造とマイクロエンジニアリングの専門知識を備えており、IoTイノベーションのための米国国立科学財団のパートナーです。
同社は、IoTテクノロジーの価値について米国議会で証言した5社のうちの1社でした。
この製品は、世界では初めてのものであり、IoTを活用した社会の可能性を妨げる従来の制限を打ち破ります。

Xidas

環境発電用パルスバッテリー

RHB-1530

環境発電(振動・光・電波・MEMS・太陽光・RFレクテナ放射線等)向けの専用バッテリー

環境発電用パルスバッテリー

ワイヤレスセンサーは独特の電力消費特性を持ち、電池に大きな負担をかけています。インテリジェント・センシングの増加に伴い、センサーは機械の異常を分析し、アラームや環境を監視しネットワークを意識してネットワークに送信することが可能になりました。その結果、監視中の小さな電流消耗(1mA未満)から送信時の大きなパルス(WiFiの場合は150mA~250mA)に至るまでの電力要求が発生し、電池出力電圧を使用不可能なレベルまで低下させ、標準的な電池寿命を大幅に短縮します。このバッテリーは長寿命で大電力と小電力が時間と共に変化するIoT向けに開発したものです。

電圧 4V
容量 3.6V
放電電流 125mA
パルス電流能力 3000mA
放電終了電圧 2.5V
最高充満電圧 4.1V
充電電流 4.1V
最高充満電圧 50mA
動作温度範囲 -40°C~85°C
セルインピーダンス 1kHz, RT max 120mΩ
公称エネルギー 最大0.6Wh
直径 15.1mm
重量 10.0g
Xidasについて

Xidas IoTは画期的な特許技術とアーバイン校の専門知識を活用し、インテリジェンス、ゼロパワー(エネルギーハーベスティング)を組み合わせたエッジソリューションを設計および製造します。
Xidasは数十年にわたる3D製造とマイクロエンジニアリングの専門知識を備えており、IoTイノベーションのための米国国立科学財団のパートナーです。
同社は、IoTテクノロジーの価値について米国議会で証言した5社のうちの1社でした。
この製品は、世界では初めてのものであり、IoTを活用した社会の可能性を妨げる従来の制限を打ち破ります。

Xidas「VEG」

振動発電機

Vibration-Based Energy Harvesting Generator

振動を利用したエネルギーハーベスティング発電機VEGシリーズ

振動発電機

電磁技術を利用して微小な振動を電力に変換

環境(産業機械など)などの揺れを電気エネルギーに変換する発電機で100Hz以下の低振動プロファイルと1g以下の加速度でも、この業界初エネルギーハーベスタは10mW以上の電力を発生できます。Xidasは数十年にわたる3D製造の研究を活用しIoT市場の最大の課題バッテリー寿命問題に費用対効果の高いソリューションを提供します。
IoT使用されるワイヤレス・デバイスはすべて、エッジ・デバイスの駆動とバッテリの電力容量とのバランスをとる必要があります。ワイヤレス・センサ寿命、電池寿命はワイヤレスIoT製品にとって最も重要な仕様となります。
IoTセンサーから電池や配線を外すにはエネルギーハーベスティングソリューションが最適解です。Xidasは振動の大きな20Hz (VEG-20)、30Hz (VEG-30)、50Hz、(VEG-50)、60Hz (VEG-60)、および70Hz (VEG-70)用VEGを提供しています。振動源の共振周波数を調べ最適な共振周波数のVEGを選択できます。その他の対象共振周波数についてはご相談いただければ対応させていただきます。VEGユニットは、お客様のワイヤレス・センサー筐体内での使用を考慮し製造されています。

振動発電機

振動発電機

振動発電機

PDF資料にて詳細をご覧いただけます

EC1080 E-Chip™

スマート環境センサーモジュール

Environmental Smart Sensor

小型システム・イン・パッケージ(SIP)に8個の高精度センサを搭載

スマート環境センサーモジュール

特徴:スマート環境センサ:複数のセンサの統合コストを削減

オンボードのシグナルコンディショニング、アナログからデジタル変換、フィルタリング、較正 気温(Temperature) - 湿度(Humidity) - 露点温度(Dew) - 気圧(Pressure) - 大気汚染(Air Quality)動き(Movement)/加速度(Accerlation)- 照度(Light)– 騒音(Sound)

産業用機器と容易に統合可能で様々な無線プラットフォームでの利用可能

EC1080 e-chipは14mm x 19mmサイズパッケージに8個の精密センサを搭載しています。この複合機能を内蔵した表面実装モジュールはIoTソリューションの開発メーカに、追加のセンサ技術やプログラミングをすることなくシステム統合できるシンプルなプラグアンドプレイ製品です。動作温度範囲は-40℃~+85℃と広く電源電圧は1.8V~3.6Vで屋内の民生製品から産業用、屋外使用まで、様々なアプリケーションで使用可能な柔軟性を備えています。
Xidasのe-chipファミリはI2Cシリアルバス、SPIシリアル・ペリフェラル・インタフェース、またはRS485(オプション)で制御可能でIoTの為の既存無線プラットフォームや任意のインフラストラクチャに簡単に適応することが可能

特徴:低消費電力-低バッテリー消費

超低消費電力センサ、インテリジェントソフトウェアでモジュールのスリープ可能、ゼロパワーリスニング、パフォーマンスモードにシームレスで変更、常に最適消費電力にします。特定の閾値に達したときに割り込みを発生させ環境モニター開始したりすることができます。例えば、荷物の落下や誤操作、ビル等の入居者による騒音レベルの超過、照明の消灯や点灯、高齢者の転倒検知などです。オンラインパワーとメモリはバッテリーの必要量を計算しオンボードデータロギングやサンプル毎にユーザー定義サンプルレートでトランスデューサは動作します。

Edgetalk™

E-ChipはEdgeTalk™ と呼ぶXidasのオープンコマンドベースプロトコル使用

ユーザーによるオンボードセンサーのプログラミングは不要です。E-Chipはカスタムワイヤレスアクセスポイント(WAP)やクラウドではなく、複合機能がE-Chip上で実行出来る超低消費電力で設計した小型製品です。Xidas E-Chipは信号調整、アナログーデジタルへ変換、フィルタリング、オンボード校正、アラーム、イベント処理は自律的に機能します

環境 範囲 分解能 精度 応答速度 単位
温度 マイナス40℃~85℃ 0.01℃ ±0.5℃ ℃又は℉
湿度 0~100% RH 0.008% ±3% <8秒 相対湿度
露点温度 マイナス40℃~85℃ 0.02℃ ±0.5℃ ℃又は℉
汚染 0~500 0.08%(typ) IAQ* ガス濃度
照度 0.01~83K 0.01 0.2% <1秒 ルクス
騒音 45~122db SPL dB SPL*
気圧 300~1100 hPa 0.18Pa ±0.6% hPa パスカル
モーション(3軸) ±2g~±16g 4/12 Bit 0.01%/℃ g

EC1080はユーザー設定も可能で各センサーをオン/オフ設定できます。 測定頻度もユーザー定義可能。2種の動作モードと消費電力の例を仕様2に示します。 EC1080には通信機能は含まれませんが様々な通信規格に対応できます。このモジュールで100を超えるアプリケーションに対応。

コロナワクチン等の温度管理や医薬品の振動等の影響防止とモニタリング

然の衝撃にも対応できる衝撃検知機能- 落下検知:製品が落下した場合にはすぐに警告を発します。向きの検出 –製品の直立の監視- コンテナ内のパッケージやドアの検出- 温度の変動を検出損傷予知 医薬品の移動の管理 環境衛生管理、クリーンルーム監視 データセンターモニター食品・医療用医薬品 資材の湿度や温度管理 騒音対策 ISO 14001 ミュージアム 半導体 ワインセラー 血液バンク 薬局 薬品 工業工場 食品 貯蔵品 展示場 電子機器 調理 パン屋 ディスプレイキャビネット 法医学 動物実験 プラスチック製品 飼料 乾燥 貯蔵庫 食肉 皮革・繊維製品 フードトレイン タラコチェーン アーチーズ パスタ 病院 紙 動物 飛行機 タバコ ヒュミドール 化学乾燥発送 等々あらゆる製品やシステムは環境のモニタリングを必要としています。
COVID-19 で問われるエアークオリティ監視 (気温、酸素濃度、埃、湿度を監視)
呼吸の度に二酸化炭素や飛沫が周囲の空気中に増加します。誰かがコロナに感染した場合、飛沫で他の人への感染の可能性があります。

スマート環境センサーモジュール

スマート環境センサーモジュール

室温や外気の湿度と温度が低いほどコロナウイルスは空気中に長く留まります。
コロナウイルスは空気中からは検出できませんが、使用した空気の量は簡単に測定することができます。正しく換気を行うことで感染リスクを大幅に軽減することができます。
私たちの環境は毎日一瞬一瞬が健康に影響しています。私たちの生活空間や仕事をしたり何かを食べたり、私たちの周りの環境とどの様に接するかが健康維持に必要です。環境のいくつかの日常への影響喘息、マラリア、コレラ、病気、癌、身体的傷害を含める全てのモニタで解決するかもしれません。EC1080 e-chipは目に見えない環境状態を検出、警告、測定する事に役立ちます。
空気の質は私たちの日常生活に影響を与えています。環境は天気の様に毎日変わります。米環境保護庁(EPA)は大気質指数を発表しました。
AQI値が高いほど大気汚染のレベルが高く健康への懸念が大きいことを示します。EC1080色々な固体または液体からガスとして排出される揮発性有機化合物(VOC)も測定できます。VOCには様々な化学物質が含まれており、その中には短期的、長期的に健康に悪影響を及ぼす可能性のあるものもあります。多くのVOCの濃度は、屋外よりも屋内の方が一貫して高い(最大で10倍)です。有機化学物質は家庭用品の原料として広く使用されています。塗料、ワニス、ワックスには有機溶剤が含まれており多くの洗浄剤、消毒剤、化粧品、脱脂剤にも有機溶剤が含まれています。燃料は有機化学物質で構成されています。これらの製品はすべて、使用中や保管中に有機化合物を放出する可能性があります。

スマート環境センサーモジュール

騒音も大きな環境問題です

最近では騒音が健康への影響が広く知られるようなり公害であると認識しています。世界保健機関の(WHO)は大気汚染に次ぐ負の環境で健康被害があります。現在多くの国で方針を決めています。何年も前から騒音公害を減らすために努力をして静かな環境を保全しています。
一般的に85dBが大騒音ですが、どのくらいの時間や頻度で騒音があるか、また耳栓などの聴覚保護具を着用している工事現場もあります。
EC1080理想的な戦略的な費用対効果の高いシステムや環境をしらべる為に長時のノイズマップを表示しアラートできます。

農業や温室(最も環境の影響が激しい仕事)

温室は植物の生育に最適な閉鎖環境です。屋内外の両方の環境で理想的環境になる様に環境を測定する必要があります。
エネルギー消費を最小限に抑え植物の成長と生産性を最大化することが大事です。EC1080は温室内の環境条件を完全に把握することができるので最適制御で植物の周囲の気温、湿度、圧力、光の影響を最適化できます。EC1080はすべての環境を把握することができ、また騒音公害が作物の生育にどのような影響を与えているかなども確認することができます。

スマート環境センサーモジュール

スマート環境センサーモジュール

ISO 14001:2015 環境マネジメントシステム

資源コストや環境に対する社会の意識が高まっている世界では、効果的な環境マネジメントシステム(EMS)は企業に大きな競争優位性を与えることができます。
EC1080はISO-14001の監査ログをサポートするために、すべての重要な環境測定値のログとタイムタグを記録しEMSシステムのための優れたモジュールとなります。
EC1080は動作のユーザー設定が可能で、どのセンサーを使用するか(オン/オフ)測定頻度を決めることができます。以下に2つの動作モードとそれに対応する消費電力の例を示します。EC1080にはワイヤレス遠隔測定機能は搭載されていませんので、このバッテリー寿命/消費電力は通信を考慮していません。

全センサ動作時 ガスセンサーOFF
E-Chip 動作電圧 1.8V E-Chip 動作電圧 1.8V
電池電圧(最低) 3.3V 電池電圧(最低) 3.3V
電池容量 2000Ah 電池容量 2000Ah
センサー イベント/時間 センサー イベント/時間
温度 12時間 温度 6時間
露点 12時間 露点 6時間
気圧 12時間 気圧 6時間
湿度 12時間 湿度 6時間
エアークオリティ 1時間 エアークオリティ OFF
照度 1時間 照度 1時間
動き検出 1時間 動き検出 1時間
騒音 1時間 騒音 1時間
消費電力 120.09マイクロワット 消費電力 76.28マイクロワット
平均電流 36.39マイクロアンペア 平均電流 23.12マイクロアンペア
電池寿命 6.27年 電池寿命 9.88年
データ収集時間 4.29日 データ収集時間 7.85日
* 表は2000mAHの電池使用を想定しています。
**ライト、モーション、ライトセンサは、リスニング、スリープモードで動作。
しきい値がトリガーされるとセンサが目覚めアラームが発生します。
1時間に1回トリガーされることを前提
* 表は2000mAHの電池使用想定
しきい値がトリガーされると、センサーが目覚め、アラームが発生します。
1時間に1回トリガーされることを想定

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「VP3」パワーポッドでIoT業界により廃棄される
バッテリーの埋立て問題に取り組みます!

製品VP3 バイブレーション・パーペチュアル・パワーポッド

XIDAS IoT

商品種類エネルギーハーベスティング永久電池 (環境発電機)

XIDAS IoT

パーペチュアル・パワーポッドは、エネルギーハーベスティング技術を利用しています。
環境からエネルギーをとらえる技術で環境振動・機械振動)を電気に変換し、それを電力に変換して、専用の内部バッテリーを充電します。独自のアナログブースト回路と専用のバッテリ統合により、VP3は最長20年間のIOT機器やワイアレス機器に電源を供給します。
様々なセンサーには電力供給用の電線やバッテリーが必要でした。この製品で電池や電源配線を捨てることができます。設置コストの関係で、今まで不可能だった場所や物に、監視機能を追加することができます。どのようなセンシングアプリケーションであっても、ワイヤレスセンサーの最大課題は電力供給です。数年毎にッテリーを交換することはメンテナンスの頭痛の種でした。今後次世代システムの実装の最大の課題とも言えます。Xidas IoTのバッテリーソリューションが全て解決します。電池交換はもう不要です。

▼主な特徴とスペック

センサー寿命は最長大20年*。
加速度1G以下の振動で最大10mWの発電
小形(直径54mm×高さ42mm)
パワーハンドリングはすべてのワイヤレス技術に対応
- 低電流デバイス(BLE、ZigBee、LoRa、Sigfox、NB-IoT
- 大電流動作(WiFi、携帯電話)
プラグアンドプレイ
- 既存の機器との統合が容易な出力
- コンディショニング回路不要
堅牢なデザイン
- 丈夫で防水性に優れたIP67筐体
 - 使用環境気温:20~+85℃

XIDAS IoT

▼ターゲットアプリケーション

電池の必要な全てのモニタ機器・センサー

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技術情報

Xidas各種資料をダウンロードいただけます。

XIDASの電源ソリューションの詳細はPDFをご覧ください。

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会社紹介

VP3デモ

製造技術紹介とIoTについて

メーカー情報

モノのインターネットでは数十億のデバイスがインターネットに接続されます。今世紀で最も有望な技術イノベーションです。
Xidas社は、IoTソリューションの数十年にわたる3D製造とマイクロエンジニアリングのブレークスルーと業界に関する深い専門知識を持ちます。
XIDAS製品は、業界初の市販製品IoTを社会の可能性を阻む電源問題を打ち砕きます。
パワーソリューションXidas社は、IoT最大課題である電池寿命問題に高いソリューションを提供します。環境からのエネルギーをIoTに必要な電力に変換します。
Amalga(tm)と呼ぶマイクロエンジニアリング新しい構造パラダイムで、最新の微細加工でマイクロスケールでの集積を可能にしました。XIDASのエンジニアは、超小型、高精度センサー、アクチュエータ、および3Dマイクロメータ部品を製造するために、何百もの材料とプロセスのツールを開発しました。このアプローチを使用して、XIDASはこれまで不可能であった微細なデバイスとシステムを製造することができます。Amalga(tm) はまさにイノベーション技術です。

XIDAS Amalga
XIDAS Amalga

Amalga™
a new miniaturization paradigm

Xidasのアマルガ™と呼ぶUCIで研究のマイクロエンジニアリングは革新技術です。マイクロマシン製造技術をシリコンプロセスで半導体製造するMEMSプロセスの限界を超え、マイクロスケール新製造技術での異種メカ集積へと移行させています。Xidasのエンジニアは、超小型、精密センサー、アクチュエータ及び3Dマイクロ構造を製造するために数百種類の材料とプロセスを利用しています。Xidasはこれまで製造不可能であった微細デバイスとシステムを製造することが可能になりました。Amalga™の可能性は驚異的で、15年以上の研究でXidasチームはこの製造技術による破壊的なイノベーションを可能にする設計方法を生み出しました。

序章:マイクロデバイスの新しい製造方法

マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)はセンシング、ルーティング、又はアクチュエーション機能を実行するように設計された、微小可動部を持つ小型デバイスの一種です。MEMSは通常薄膜加工技術を用いてシリコン半導体工場で製造されており、製造インフラは比較的成熟してきています。
設計者は高品質で高歩留まりの最適化された製品を製造することが最近は可能になっています。MEMS技術は1980年代にIBM、バークレー、スタンフォード等で行われた初期研究から始まり、長年にわたってDARPAが大な支援をしています。現在MEMSでの製品には圧力センサーや加速度センサーやジャイロスコープそしてマイク、映写用のマイクロミラーアレイなどが商品化されました。これらのMEMS製品が商業的に成功し、市場の需要が高まっているにもかかわらず、小型化に成功した民生品は比較的少ないのが現状です。現在はリレー、アクチュエータ、センサさらにコンポーネント市場全体の8%未満がMEMSソリューションで満足しています。
この問題の大部分はMEMSの製造方法にあります。Xidasは微小電気機械部品の設計と製造に対する、MEMSに変わる新しい特許取得済みのアプローチにより、この大きな市場ギャップを埋めようとしています。

コンベンショナル・マイクロデバイス(MEMS)の製造 シリコン

小型デバイスを構築する為のシリコンパラダイムには明確な利点があり、特に半導体製造の大規模な装置の借り入れが容易く転換可能という経済的利点があります。MEMSデバイスの製造に必要なノウハウ、材料、プロセス、テスト手順、およびツールは、半導体産業と類似しているかあるいは同一であることさえあります。多くのMEMSファウンドリや研究機関は、旧型の半導体デバイス向けの古い半導体製造装置を利用しているため、独自製造装置を調達する必要性が減り、製造装置生産者に第二の人生を与えます。不利な点は半導体製造戦略は、薄膜堆積を利用しており、各層が前の処理された層の上に堆積または成長して、構造体の最終的なウェハを製造します。
半導体製造工程を使用するMEMSでは、高いパターニング精度を得ることができますが、材料の数を厳しく制限しています。すべての材料がすべてのプロセスに耐えなければならないのでシリコン製造の製造プロセスは、物理的または化学的気相成長、リソグラフィー、およびエッチング工程で製造しなければなりません。さらに、任意層上の任意の歩留まりの損失が他の全層に影響を与えるので、プロセスの歩留まりが倍増します。

XIDAS malga

もう一つのMEMSの欠点は、表面微細加工のプロセスでは、本質的にフラットな2D構造です。バルク微細加工は、より高いアスペクト比(いわゆる "2.5D")ではあるが2D構造が本質です。ほとんどの場合シリコン半導体の高アスペクト比で複雑な3次元構造を製造すること困難であり、ポリマー、複合材料、積層体、金属、セラミックス、半導体、生体材料など、異なる材料や技術を利用する集積化されたデバイスを構築することは困難です。このMEMS製造法制限は製造プロセスと利用可能材料の制限で設計の方向性が決められます。結果MEMS最終製品設計者に大きな制約をもたらします。
シリコンMEMSデバイスの問題として最終工程のパッケージングです。
すべてのマイクロマシンデバイスは、最終的にハウジングに入れデバイスへの電気的接続を可能にし(ほとんどの場合)環境へのアクセスを可能にしながら、デバイスを環境から保護する必要があります。
MEMSバイスは非常に壊れやすいため、製造された基板(ウェハなど)からパッケージ化に細心の注意を払う必要があります。MEMSデバイスの最終コストの50~80%がパッケージングに関連するコストであることはよく知られています。
最後にシリコンは、有用な多くの材料とは整合性がなく、多くの場合は特定のMEMSアプリケーションに使用するには絶対に間違った材料選択であることが重要です。たとえば光学デバイスには特定の屈折率の光学的透明材料が必要でデバイスにはポリマー(低温で処理する必要がある)などの延性の材料や適合性材料が必要な場合があります。XIDASで研究中のバイオメディカルアプリケーションには、生体適合性のある材料(通常シリコンは適合性はありません)が必要です。

破壊的イノベーションAMALGA™

半導体製造業には、薄膜化、シンギュレーション、パッケージング、プリント基板へのアセンブリなど半導体デバイスの最終工程を行う製造業があります。パッケージングとプリント基板製造は「ポスト半導体製造」(PSM)と呼ばれ過去15年間でPSMの技術はプリント基板の製造業者が小型、高性能、低コストの要求の民生用電子機器製品を生産の為に、品質と洗練されてきました。もはや半導体製造に付属する「ローテク」な二次産業ではなくPSM業界は複数の材料や部品を用いた複雑な3D製品を日常的に生産しています。
PSMは複雑な構造に主にラミネート戦略を使用して、半導体製造とは異なるアプローチを使用しています。
異層の材料(フィルム、フォイルなど)が構造体の最終品を製造するために接着されます。この戦略は複数の材料の層を持つ最終デバイスはMEMSと似たような結果をもたらします。 
PSMのラミネートアプローチは機械的プロセスであるため、制限がありますが、多種多様な製造プロセスおよび材料が使え各層の製造を、最適化プロセスの製造業者に外注することができます。過去15年間カリフォルニア大学のCALIT2研究施設で政府の助成金の約2000万ドルでマーク・バックマン教授(PhD)とG.P.リー博士はPSMを介して複数のマイクロ機械デバイスを構築を実証してきました。
この新しいパラダイムは異なるプロセスとアプローチの融合を可能にする技術名としてMEMSに代わりAmalga™と名付けられました。

XIDAS malga

XIDAS発電素子の構造

各レイアは様々なプロセスと材料を用いて別々に構築されています。
射出成形構造層 レーザー成形 光学 機械層 3次元電鋳機械層 多層基板 回路層

全ての構成がメカニカルなレイア―です。これはMEMSでは不可能なダイナミックレンジと精度を生み出します。半導体製造装置では不可能な動作や3次元の動きも製造可能にします。 この図はVP3に使われている技術です。
コイルと磁石と板バネの単純構造でファラデー発電機を形成しました。実に200年前の発電方法です。
板バネはいつまでも揺れ続ける事が出来るので、一瞬の振動でも継続的振動でも揺れは継続します。それは板バネの抵抗が少ないからです。色々なハーベスティング発電方式にも微小化でのメリットがあるのではないでしょうか?
大型化を考える前に、微小化高集積化がXIDASの提案です。

多くの材料の選択/より簡単な統合/より簡単な梱包/低コスト生産

構造材料、生体適合性材料、光学材料、電子材料、特殊材料など多くの材料とプロセスで製造します。機械層は別々に用意し積層するレシピですべて材料が同一工場である必要はありません。
集積化や3D化が必要な場合、半導体製造より安価で大型積層部品の一括製造が可能です。さらに後からさらに積層する場合でも製造できるため歩留まりが高くなる可能性があります。異なる製造装置の最高の能力と製造方法に応じて異なる層も製造することができます。シリコンMEMS製造は層ごと製造業者がすべての層の製造に精通していなければならず、ある層で歩留まりが低下すると最終製品が台無しになってしまいます。

XIDAS malga

適用分野

ワイアレスIoTによる予防保全の実現

Xidasのエネルギーハーベスティングが産業機械、インフラストラクチャー、船舶/潜水艦の予防保全におけるイノベーションを推進

Xidasは振動エネルギーを回収し、振動する機械の稼働状態監視の為に使用する、ワイヤレスセンサー向け永久に電源を生成する事の出来る、業界初の振動エネルギーハーベスティング技術「VEG」を発表しました。
この最先端の発電機は、これまで不可能な場所での予防保全アプリケーションを実現可能にします。
振動による環境発電はこれまで非常に高価でシステムコストは実現可能ではありませんでした。しかもIoT機器を動作させるためには十分な発電量が得られませんでした。産業機械やインフラの状態監視は予防的なアプローチであり、労働集約的な定期点検による機械の監視を行っています。不必要な予防交換や突然の故障による修理には大きなコストがかかります。予防保全の前段階の予測保全(産業用IoT機械状態監視)ソリューションへの移行には、無線センサーの使用で、プラント等の全ての機械の状態(データ)をクラウドに継続的に送信し、機械学習を利用して分析(予測)する必要があります。これで施設/保全管理者は、異常が発生した場合(や箇所)にのみのアラートを気にするだけで十分になります。定期点検に費やす保守予算は推定10%を節約できます。さらに設備のダウンタイムによる生産ロスなども節約できる様になります。
これまで70%以上の企業が予知保全ソリューションを検討してきました。それではなぜ全産業でたったの20%未満しか導入に成功していないのでしょうか?

理由の1つはワイヤレスセンサーに必要な数百から数千個のバッテリーを1~2年毎に交換しなければならないので、交換コストが頭痛の種でした。この現実的な悪夢が、ワイヤレス予測メンテナンスソリューションをあきらめた原因です。
Xidasの振動ベースのエネルギーハーベスティングを使用すればワイヤレスセンサーの寿命を延ばすことが可能になります。

XIDAS ワイアレスIoTによる予防保全の実現

アプリケーション例

● INTERNET OF THINGS

IoTアプリケーションは産業分野毎に異なります。ウェアラブルやスマートデバイス、インフラ管理、産業制御などの自動化さらにエネルギー管理、医療システム、ホームオートメーション、輸送、鉱業、スマートシティ、農業など様々なIoTでは超小型リレーやスイッチは使用されます。
Internet of Things(IoT)には様々なセンサとアクチュエータが必要で数十億のセンサやコントローラモジュールを低コストで生産する技術を開発しなければならないことを意味します。現在の製造技術では将来のIoTのニーズを満たすような小型デバイスを製造は困難です。
IoTデバイスは通常トランスデューサ、マイクロコントローラ、トランシーバ、電源で構成されています。
これらデバイスの多くは、ワイヤレスインフラが存在しないか、設置困難な場所での利用を可能にするワイヤレスコントロールが必要です。無線デバイスの使用は、柔軟性、実装の容易性、配置を容易にするしくみなど、有線方法に比べて利点があります。

● 5G TELECOMMUNICATIONS

IoTでは500億以上のデバイスがインターネットに接続され、より効率的な社会になります。スマート工場、都市、病院などのIoTアプリケーションは有望な価値を提供します。
次世代の通信技術5Gはミリ波の使用によってIoT接続要件を満たすことを目指し、無線事業者およびベンダーは2020年までに商業化ビジョンを掲げて5G技術を開発するためのR&Dに着手しています。
現在の携帯電話の周波数は2.4GHz上限ですが 5Gの初期は6GHz最終的には28GHz以上のミリ波になります。このミリ波の周波数では大量のデータを扱えますが、大きな制限もあります。
◇通信距離の制限
◇LOS 見通し内通信
◇小型化困難
◇高額なミリ波デバイス
限られた通信距離のために、ミリ波では基地局毎のカバレッジエリアが小さくなるため、モバイルグリッドは、現在より高密度になります。今後は既存の基地局に追加してマクロセルをビルや鉄塔に大量に追加する事で解決されます。道路上の様々な建物や電柱を物理インフラとして活用し基地局の大量展開も可能です。
しかし、現在のミリ波デバイスは高額であり費用対効果が高いものではありません。XIDASの製造技術は小型で低コストのミリ波部品とプリント基板を一括生産可能でこの課題を解決できます。

● AEROSPACE & DEFENSE

レーダー、EWおよび防衛通信システムは、様々な周波数、帯域幅および多種の電力で動作します。陸海空軍はフェーズドアレイや無人航空機などの用途で、小型で高性能な無線システムを要求しています。
次世代RFマイクロエレクトロニクスの研究開発において重要な事項でSWAPcがあります(サイズ、重量、電力、コストの削減)は性能と共に大きな優先開発目標となります。
XIDASのマイクロ波/ミリ波マイクロコンポーネントは、現在のソリューションと比較して、極めて小型で、軽く低コストです。

● TEST & MEASUREMENT

計測器や測定アプリケーションではインサーキットテスト、機能試験、認証試験、R&D測定のいずれの場合でも、テスト中に計測器を切り替える必要があります。多くのアプリケーションでは数千のリレーが必要です。小型高性能なリレーは今後も継続的に必要とされています。

● MEDICAL

現在の最先端分野における医療用センサの大部分はウェアラブルです。身体の持つ物理的データを記録するセンサは人体の様々なデータを収集して分析することで、予測医学(大規模なデータ分析により病気の可能性を予測し、予防措置を講じる)などの医療アプリケーションを可能にします。
しかし、人体の外部からのデータ収集は限度があります。代わるものとして人体埋め込み型センサがあります。しかしながら微小なサイズが必要であり、生体適合性材料で構成され、理想的にはバッテリがないため、製造が非常に困難で高額になってしまいます。XIDASのチームは、医師、材料、電気、マイクロメカニカルエンジニア(多くは博士号を所持しています)とポリマーを含む多種多様な材料の統合に関する15年間の研究から、ゼロパワー、埋め込み型センサを現在開発しています。

メーカ名

Xidas

(ジーダス)

所在地

46 Waterworks Way Irvine,California 92618

TEL

949-930-0147

URL

www.xidas.com

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