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Japanese

THE・高専

THE 高専@GAKKO

THE 高専
高等専門学校の学生による
研究発表会・展示

 

SEMICON Japan 2017の出展者がスポンサーとなり、

高等専門学校の学生へ研究発表の場を設けました。

学生に半導体業界に対する理解を深めてもらう企画です。

高専生の若きエンジニアによるアイデアにあふれた技術や研究成果が展示されます。

 

 

学校名
研究発表内容

茨城工業高等専門学校
電子制御工学科

粗砥粒ラバー砥石によるSiウエハの超平滑ELID研削加工と倒立振子型移動ロボットの展示

1)粗砥粒ラバー砥石によるSiウエハの超精密ELID研削加工 ELID研削法とは、研削加工中にメタル系砥石の加工面を電解しながら研削を行う加工である。電解によるドレッシング効果により目づまりがなく高効率な加工が可能で、微細砥粒砥石においても高品位な加工が可能となっており、金型やレンズ、セラミックスなどの硬脆材料に用いられている。さらに、半導体材料やバイオマテリアルなどに対応する環境対応型ノンメタル砥石が開発され、導電性を有するラバーボンド砥石においては、そのラバーの弾性効果により数nmRaの超精密加工が可能となっている。本展示では、ラバーボンド砥石の弾性とELID研削を援用して、#400WAの粗砥粒砥石を用いた2"Siウエハの超平滑加工を行った研削加工結果について報告する。

2)倒立振子型移動ロボットの展示 人が乗るロボットには用途によってさまざまなタイプがある。本展示では、このロボットは両手を使わずに方向を転換させるタイプであり、作業しながら移動が可能な倒立振子型移動ロボットの展示を行う。

石川工業高等専門学校
電子情報学科

半導体デバイスのしくみを探る研究

半導体デバイスに関する実験として「pn接合ダイオードのしくみを電圧電流特性から温度をパラメータに導き出す実験」を実施している。測定データのグラフを加工して新たな物理量を導き出す点が面白いところである。概算ではあるがSiのエネルギーギャップは約1eVと求められる。 この実験内容を拡張する目的で、「ショットキーバリアダイオード」の測定を行ったところ、測定がうまくいかず金属材料と半導体材料を特定できずにいた。 卒業研究の学生からダイオードの中身を分解して材料そのものを分析する方法が提案され、実際にX線光電子分光法によって調べ、その材料と同じ薄膜をRFスパッタリング法によって製作して確認できた。また他の学生からはダイオードをトランジスタに代える実験が提案され、その電圧電流特性測定を実施した。更にこの測定を広く海外でも実施できるようにしたいという提案から、英語教材の準備も始まった。これまでの研究成果を報告する。

宇部工業高等専門学校
専攻科 生産システム工学専攻

音を目で楽しむメロディーイルミネーション

現在、技術と芸術の融合を目指した装置を制作しており、今回展示するメロディーイルミネーションはアクリルとLEDとマイコンで作られています。装置下部にマイコンと回路、LEDを、その上部に厚さの異なるアクリル板を組み合わせて作った立方体を設置しています。アクリル板を組み合わせることで、光の屈折を変え、幻想的に見えるように工夫しています。どんな旋律やメロディーを流しても対応できるようになっており、マイコンのA/D変換を用いて、入力された音をデジタル信号として変換し、更に高速フーリエ変換を行うことでリアルタイム制御を行っています。その抽出した周波数の高さによってLEDの光の色を変化させることで、音楽に合わせてリアルタイムに色が変化するイルミネーションを実現しました。リアルタイム制御とコンパクト化を実現することによって、机の上で展開される技術と芸術の融合を感じることが出来る装置となっています。

沖縄工業高等専門学校
情報通信システム工学科

ドローンを用いたITS 融合ネットワークの構築

沖縄地域性にあった完全自律制御型電動ヘリコプタ(ドローン)で取得した画像データを、高信頼・低遅延のアドホックネットワークを介してセンターに収集し、平時及び災害時に収集した画像データをビッグデータ解析して必要な情報をタイムリーに提供し、沖縄地域振興や災害復興を目的した研究の提案を行い、過去2年セミコンにて提案ベースの発表を行ってきた。当初、構想のみであったものの、ドローンやネットワークシステムの構築などを行い、研究を進めてきた。今年度、ドローンと車両間及び車車間、路車間を連携した高信頼・低遅延アドホック通信技術について研究を進めている。また、三菱自動車との共同研究により、ドローンの最大の欠点であるバッテリ(短時間飛行)について、PHEV車をドローン基地とすることにより、電源供給が出来ないところ、僻地や災害現場でも、ドローンを自由に飛ばすことが可能となる。今回の発表では、本研究の進展状況について紹介する。

ミリ波帯ダイヤモンドSAWフィルタの研究
~沖縄シリコンパラダイスを目指して~

SAWデバイスは、スマートフォンなどのすべての携帯電話に電波を選別する部品として使われている。現在、計画されている第5世代移動体無線システムでは、3~6GHzや30GHzの高い周波数を使うことが予定されている。そのため、ダイヤモンドSAWデバイスはダイヤモンドが最も硬い材料であることから高い周波数や低損失が実現することから次世代フィルタとしての期待が大きい。しかし、デバイスの性能は十分であるものの、基板サイズがハーフインチ以下であることから、未だ、学術研究の領域を出ない。そこで、産総研が生み出した “ミニマルファブ“によるシリコンIC製造によるダイヤモンドSAWの研究を実施してる。このミニマルファブは廃棄物やエネルギー消費の少ない環境にやさしい製造プロセスであり、沖縄県に最適であると考えられる。本研究は、沖縄県でダイヤモンドSAWを含めた電子部品産業を創出(シリコンパラダイス構想)し、沖縄県の発展に寄与することを目指す。

香川高等専門学校(詫間キャンパス)
電子システム工学科

高専ロボコンのロボット技術を応用した電線点検ロボット・水難救助ドローン開発

香川高専詫間キャンパスは弱電関係学科3学科を有する学科構成で機械工学科・制御工学科がない。従って機械工学や制御工学を専門的に勉強していない。 そのため高専ロボコンのロボットは他の高専が行っているロボット作りとは異なり正確な設計図を書かずカット&トライでロボットを作りロボットの動作試験を十分行い改良しロボットを完成させている。 一般的なロボットの作り方と異なる方法でロボットを作るノウハウを用いて香川高専詫間キャンパスではより軽い電線点検ロボットの開発やペットボトルを用いた水難救助ドローンを開発している。 開発した電線点検ロボットの現物展示、実際の点検デモンストレーション、動作試験の動画、開発した水難救助ドローンの現物展示、動作試験の動画を展示し担当する学生が積極的に説明したいと考えている。 今年度本科、専攻科卒業予定学生の内、本科2名はSEBACS、専攻科1名はDISCOに就職が内定している。3名とも参加を予定している。

熊本高等専門学校(熊本キャンパス)
制御情報システム工学科

ロボットアームを用いたネジの自動仕分けシステム

高専の代表的な取り組みの1つとしてロボコンがあり、日常的にロボットの組み立てや解体を行う中で、本来ならばその都度、仕分けして片づけなければならないネジやナットなどのパーツを、一時的に1つの箱にまとめて入れることを繰り返してしまい、結局大がかりな仕分け作業となることが多々ある。本研究では、ロボットアームを用いたパーツの自動仕分けシステムの構築を目的としており、カメラでパーツを撮影し画像処理でパーツの種類の特定と位置推定を行い、ロボットアームで仕分け作業を行う。特にパーツの登録作業もロボットアームが自動的に複数の角度から画像を取得する仕組みを構築することで、煩雑な作業を要することなくシステムを利用できるように工夫する。このようなパーツの仕分け作業は、ロボコンだけの問題ではなく、ものづくりを行う現場であれば少なからず発生するものであり、日本のものづくりの環境改善に貢献できるものと思われる。

高知工業高等専門学校
専攻科 機械・電気工学専攻

弾性体ベースを用いたインクリメンタルフォーミング およびスピニング加工技術の開発

棒状工具を用いたインクリメンタルフォーミング*は、プレス機械や専用金型を必要としない、短納期で極少量生産の製品に有用な、薄板成形技術です。私たちはこれに汎用の弾性体ベースを組み込み、完全なダイレス化を実現しました。従来法では専用設備や簡易型を必要としますが、今回開発した技術では、汎用のNCフライスと弾性体ベースのみで、成形が可能になります。 また、同様の弾性体ベースを用いて、ダイレスしごきスピニング技術も開発しました。この技術では、従来のスピニング加工では不可欠の母型を必要としません。そしてこれまで正弦則**により困難とされていた、しごきスピニングによる円筒の生成を実現しました。アルミニウム合金薄板を用いた実験では、径の3倍以上の高さの円筒が得られています。さらに、この技術を用いた二重円筒の成形法も考案し、航空機ジェットエンジンの空気取入口外板***への適用を検討しています。

* インクリメンタルフォーミング: 3Dプリンタの板金成形版で、棒状工具で製品の等高線に沿った線状の張出し変形を生成し、堆積、立体化する加工法です。近年米国フォード社が、自動車板金の試作に適用して注目されています。(https://www.youtube.com/watch?v=iNQ40MYwZqw)

** 正弦則: しごきスピニングで成形される中心半角θの円錐面の板厚tは、素板の元板厚をt0とすると、t=t0sinθ として得られます。円筒では θ=0 となり、t=0 となるため、理論上、成形は成立しません。

*** 空気取入口外板: 航空機ジェットエンジンの air-intake lip skin は、防氷機能や耐鳥衝突の要求から、構造材料としてC-FRP等の先進複合材料 より、アルミニウム合金が有利とされています。ボーイング787等の最新鋭機でも、 アルミニウム合金薄板のスピニング加工品が用いられています。

新居浜工業高等専門学校
電子制御工学科

汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト 非接触物体検知センサ

赤外線や超音波、レーザ等のセンシング手段を用いることなく、汎用の標準ロジックICとOPアンプのみで、非接触で物体の近接を検知できるセンシング方法を紹介します。 測定原理は、電線を電気信号が伝播する速度が電線の周りの空間の実効誘電率によって決まることを利用したもので、実効誘電率による電気信号の伝播遅延時間の変化を検出することにより、電線の近傍の物体の有無や動きを検知します。測定のための主要部分を汎用の半導体デバイスのみで構成できるため、超低コストで測定機能を実現できるところが最大の特長です。 身近に存在する物質の中で水は特異的に誘電率が大きく、人体は水を60~70%含んでいることから、特に、人体の検知や呼吸・脈拍等の人体情報のセンシングに有効です。また、誘電率の変化を伴う現象であれば、あらゆる現象の測定に適用できるため、極めて応用範囲が広いと言えます。

新居浜工業高等専門学校
電気情報工学科

X線イメージングシステムを用いたCTの開発

本研究ではマイクロフォーカス線源とX線カメラを用いたCTの開発を目的としている。現システムは視野が小さいものであるが、物体にX線を照射することで、物体の内部形状を画像データで観測することができる。画像の撮影では、物体を透過する性質を持つX線を被写体に投射し、被写体の素材や内部構造によって起こるX線減弱の差を、半導体素子(検出器)を使って捉えることで、被写体内部を観察することができる。被写体を乗せた自動ステージをX線源と検出器の間に置き360度全ての方向からX線透過像をデジタルデータとして得て、コンピュータで処理することで三次元情報を得ることを可能にする。CT画像は物体を透過するX線を利用して対象の内部・外部状態を測定するため、被検査体の切断、汚損、変形などを避けて、非破壊で検査を行うことができる。今回は、このCT装置の概要をポスターやスライドなどで発表する。

舞鶴工業高等専門学校
電子制御工学科

PDMSモールドを用いた液滴室温ナノインプリントリソグラフィ

液滴室温ナノインプリントリソグラフィによるDLCエミッタアレイの作製プロセスを提案した。液滴室温ナノインプリントにより高精度な転写パターンが得られる条件を検討した結果、インプリント圧力P = 0.5 MPa、加圧時間t = 15minが最適であることがわかった。この条件で液滴室温ナノインプリントにより直径5µm、高さ450nmの高精度なDLCドットアレイを作製できた。 PDMSモールドを用いた液滴室温リバーサルマイクロコンタクトプリントリソグラフィ(DRTRM-CL)によるDLC エミッタアレイの作製プロセスを提案した。高精度な転写パターンが得られるコンタクトプリント条件について検討した結果、コンタクトプリント時間t = 15min、コンタクトプリント圧力P = 0.5MPaが最適であることがわかった。この開発したDRTRM-CLでの残膜層は、室温リバーサルマイクロコンタクトプリントリソグラフィ(RTRM-CL)法に比べて1/18の厚さである30 nmまで薄くできたため、残膜除去プロセスが省けることがわかった。この最適条件でDRTRM-CLにより先端半径200 nm、直径5µm、高さ500nmの高精度な先鋭化したDLCドットアレイを作製できた。

 

 

THE高専@SEMICON Japan 2017

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