Download
1 / 29
290 likes | 416 Views
Bevezetés – Jellemző méretek. Bevezetés – Jellemző méretek. Bevezetés – Jellemző méretek. Bevezetés – Tervezési nehézségek. mechanikai + elektromos funkció megoldandó mechanikai/statikai egyenletek forgó, mozgó, hidas szerkezetek FEM/BEM szükségessége
E N D
Bevezetés – Tervezési nehézségek • mechanikai + elektromos funkció • megoldandó mechanikai/statikai egyenletek • forgó, mozgó, hidas szerkezetek • FEM/BEM szükségessége • CMOS-sal szemben itt minden gyár másfajta megoldást kínál • lényegesen kevesebb alternatíva • nincsenek kiforrott tervezési metodikák • kis hiba (pl.: törés, letapadás) is teljes zavart okozhat
Bevezetés – CMOS integrálhatóság • probléma, főleg a nagyon eltérő méretek miatt • két irányzat • COB (Chip-on-board) – VLSI + MEMS • Flip-chip jelentősége • SoC (System-on-chip) – VLSI ● MEMS • ASIMPS, Sandia • időzítések egyeztetésének nehézsége
Bevezetés – Tokozási problémák • mechanikai funkció miatt sokszor körülményes • Felhasználásspecifikus anyagok • agresszív alkalmazási körülmények • törési veszély • BioMEMS • Parylene, Ti-6Al-V, Ni-Ti • hermetikus tokozás jelentősége • pl. Konzolra vízcsepp - működésképtelenség
Gyártástechnológiák, MPW szolgáltatók – IC technikák • Tömbi mikromechanika • szilícium szeletben alakítjuk ki akívánt struktúrát, anizotróp marás • membránok, szelepek és cantileverek • Felületi mikromechanika • struktúra kialakítása a szelet felületén, litográfiai úton, szelektív marás; áldozati rétegek • CMOS integrálhatóság lehetősége http://www.memsrus.com http://www.memsrus.com
Gyártástechnológiák, MPW szolgáltatók – definiált elemkészletű technológiák • Előnyök • költséghatékonyak(pl. egyetemi alkalmazások) • gyorsabb, cellakönyvtáras tervezés • sorozatgyárthatóság lehetősége • célspecifikus processzek • Hátrányok • kevesebb kreatív tervezési lehetőség • minden problémára nincs cellakönyvtáras elem • korlátozott CMOS integrálhatóság(kivétel: ASIMPS, Sandia)
Gyártástechnológiák, MPW szolgáltatók – definiált elemkészletű technológiák • Sandia National Laboratories • SUMMiT és SUMMiT V • MEMSCAP • MetalMUMPs, SOIMUMPs, PolyMUMPs • Microfabrica • Efab Access • Qinetiq • INTEGRAM • TRONIC’S Microsystems • MEMSOI
Gyártástechnológiák, MPW szolgáltatók – definiált elemkészletű technológiák MUMPs = Multi-User MEMS Process • MetalMUMPs • nikkel galvanizálás • eredetileg MEMS kapcsolók és relék gyártásához készült • a polySi ellenállásként, vagy veztékként funkcionál • kis ellenállású kontaktusok, aranyozás miatt • SOIMUMPs • SOI(Silicon-on-Insulator) technológia • elektrosztatikus, termikus aktuátorok • eredetileg optikai csillapítókhoz és mozgó tükrökhöz készült • finom és durva fémréteg • szilícium a szerkezeti rétege • PolyMUMPs • polikristályos szilícium a szerkezeti anyag • CaMEL elemkönyvtár • ipari standard • széles szoftvertámogatás • változatos struktúrák, univerzális technológia
MEMS-ek gyártástechnológiái – Előre definiált technológiák –MEMSCAP - PolyMUMPs Reaktív ionmarás (RIE) Gödrök Fotoreziszt Poly 0 Fotoreziszt Primer oxid POCl3 diffúzió Poly 0 Nitrid Szilícium szubsztrát Szilícium szubsztrát Szilícium szubsztrát Szilícium szubsztrát Szilíciumszubsztrát
MEMS-ek gyártástechnológiái – Előre definiált technológiák –MEMSCAP - PolyMUMPs Gödrök Fotoreziszt PSG kemény maszk Szekunder oxid Szekunder oxid Fém PSG kemény maszk Poly 2 Primer oxid Poly 1 Nitrid,Poly0 POCl3 diffúzió ANCHOR1 ANCHOR2 Szilícium szubsztrát Szilícium szubsztrát Szilícium szubsztrát Szilícium szubsztrát RIE Szilícium szubsztrát Szilícium szubsztrát POLY1_POLY2_VIA
Tervezőrendszerek – Áttekintés • MEMS tervezőrendszerek osztályozási szempontjai • önálló, vagy integrálható • végzett szimulációk típusai • támogatott technológiák száma • elterjedtség • ár/érték arány
Tervezőrendszerek – Áttekintés anyagparaméterek teszt struktúrák processzspecifikus tervezés maszkok layoutjai 3D layout, csomópontválasztás 2D séma, processzleírások szimulációk matematikai modell iteratív megoldása Probléma specifikálása fizikai modell
Tervezőrendszerek – Áttekintés • Finite Element Method • geometriai diszkretizálás • függvénytér diszkretizálása • elemekhez tartozó mátrixok • szerkezet egyenletei felírása • egyenletek megoldása • másodlagos változók számítása • Jellemző szimulációk • elektromos, elektrosztatikus • mechanikai • termikus • FEM / BEM • rendszerszintű • technológiai • optikai • biológiai • mikrofluidikai
Tervezőrendszerek – Végeselemes szimuláció • ANSYS Revision 5.3 (FEA - Finite Element Analysis) • Pro/MECHANICA Rev. 8.0 (FEA) • CAESAR II (PFA - Piping Flexibility Analysis) • STAAD III (SAD - Structural Analysis and Design) • NASCRAC (CPA - Crack Propagation Analysis) • NASA/Flagro 2.0 (CPA) • COSMOS/M • Mark • PATRAN • Algor • stb
Tervezőrendszerek – Végeselemes szimuláció • Vizsgálatok típusai FEM esetén • Lineáris mechanikai feszültséganalízis • Nemlineáris mechanikai feszültséganalízis • Rázási vizsgálatok • Termikus analízis • Folyadék- v. gázáramlási analízis (CFD) • Elektrosztatkai vizsgálatok
Tervezőrendszerek FEM előnyei • Inhomogén anyagú testek kezelése • Akár minden test anyaga eltérhet • Nemizotróp anyagú testek kezelése: • Ortotróp • Anizotróp • Fontos anyagjellemzők: • Hőmérsékletfüggő paraméterek • Rugalmasság • Kúszás • Fontos geometriai jellemzők: • Nagy elmozdulások • Nagy elfordulások • Kontaktusok leírása
Tervezőrendszerek FEM hátrányai • Az eredmény függ a csomópontválasztás (mesh generálás) sikerességétől • Matematikai közelítő módszer • Nagy tapasztalat kell a jó modellalkotáshoz • Nagyteljesítményű gépek kellenek
Tervezőrendszerek – Áttekintés CoventorWare MEMS Xplorer • Coventor • Softmems • Tanner • IntelliSense • Microfabrica???
Tervezőrendszerek – CoventorWare • Moduljai: • Analyzer • standard • MemElectro – Szélső(boundary) elemek elektrosztatikus modellezése, 3D-s struktúrák(beleértve a vezetőket és dielektrikumokat) elektrosztatikus erejének és kapacitásának modellezése • MemMech – Teljes(termikus, elektro-termikus, piezoelektromos) FEM / BEM szimulátor. Alakkal, harmonikusokkal, kontaktussal, steady state és tranziens állapotokkal kapcsolatos számítások • Co – Solve EM – Csatolt, hiszterézises elektromechanikus szimuláció
Tervezőrendszerek – CoventorWare • bővítmény • MemPZR – mechanikai feszültség által terhelt ellenállások áramsűrűségének, potenciáleloszlásának eloszlása, ellenállás értékének meghatározása • MemHenry – Frekvenciafüggő ellenállások és induktivitások értékeinek a meghatározása • MemOptics – nyalábok terjedése és diffrakciója • MemPackage – tok hatásának elemzése, a MEMS-re nézve
Tervezőrendszerek – CoventorWare • INTEGRATOR – direkt interface-t biztosít a Cadence VerilogA, SABER-MAST, valamint MATLAB-Simulink felé; csökkentett rendű modellek használata; megkönnyíti az IC tervezőnek a MEMS illesztésének lehetőségét • DampingMM – az INTEGRATOR részeként, csillapító tényezőket határoz meg • GDS II output generálásának lehetősége
Tervezőrendszerek – CoventorWare • Designer • MEMS-re specializált 2D-s layout editor • köríveket és szögben álló eszközöket is kezel • GDSII, CIF és DXF formátumok importálása • ARCHITECT-ben adott rendszerszintű leírásból layout generálása • többféle formátumba való exportálási lehetőség • Elem paraméter adatbázisban tárolja a felhasznált elemek tulajdonságait, amiket az Analyzer a FEM/BEM szimulációnál használ • 3D Preprocessor 2D-s layoutból és technológiai lépésekből 3D-s layout generálás, FEM/BEM szimuláció, modellek alapján
Tervezőrendszerek – CoventorWare • Architect • paraméterezett, előre definiált cellákkal történő viselkedési szintű szimuláció • 6 szabadsági fokos számítások • a standard FEM-nél 100-szor gyorsabb szimuláció • analóg és mixed-signal tartományban is képes viselkedési szimulációt végezni • hullámforma generátor alkalmazása
Tervezőrendszerek – SoftMEMS – MEMS Xplorer • Moduljai: • MEMS VerilogA könyvtári elemek • MEMS Master(M2Architect, M2Librarian) – Ez egy olyan layout-szerű schematicot produkáló program, amely VHDL-AMS-be, vagy VerilogA-ba írja a kimenetét. Használható analóg, ill. mixed signal szimulációra is. • EasyMEMS – A layout tervezésénél felmerülő problémák megoldását automatizálja, csökkenti a tervezési időt. • MEMS Layout Generators – Meggyorsítja a layout tervezésének a menetét, standard építőelemek használatával. • MEMS Etching Emulator – anizotróp marást modellez
Tervezőrendszerek – SoftMEMS – MEMS Xplorer • Moduljai: • Cross Section Viewer – gyors szerkezeti áttekintést az éppen tervezett eszközről • 3D Modeler – automatikusan építi fel a 3D-s struktúrát a Virtuoso layout cellái alapján • MEMS Modeler – viselkedési szimulációt végez 3D FEM modellek alapján • MEMS Mapper – a 3D-s struktúrát 2D-s szerkezetté alakítja a layout tervező számára • Solid Modeler – 3D-s struktúrát épít fel a maszk layout, illetve a gyártási lépések egy részének kiválsztása alapján is.
