bevezetés – jellemző méretek

Bevezetés – Jellemző méretek

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

probléma, főleg a nagyon eltérő méretek miatt

két irányzatCOB (Chip-on-board) – VLSI + MEMS

Flip-chip jelentősége

SoC (System-on-chip) – VLSI ● MEMS ASIMPS, Sandia

időzítések egyeztetésének nehézsége

Bevezetés – CMOS integrálhatóság

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)


Sandia National Laboratories SUMMiT és SUMMiT V

MEMSCAP MetalMUMPs, SOIMUMPs, PolyMUMPs

Microfabrica Efab Access

Qinetiq INTEGRAM

TRONIC’S Microsystems MEMSOI


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

MUMPs = Multi-User MEMS Process

POCl3 diffúzió

Szilícium szubsztrát

Poly 0Nitrid


Fotoreziszt


Reaktív ionmarás (RIE)

Poly 0


Fotoreziszt

Primer oxid

Gödrök


MEMS-ek gyártástechnológiái – Előre definiált technológiák –

MEMSCAP - PolyMUMPs

RIE

POCl3 diffúzió

Gödrök

Nitrid, Poly0

Fotoreziszt


Primer oxid


PSG kemény maszk

Poly 1

Szekunder oxid


Poly 2

PSG kemény maszk


Szekunder oxid

ANCHOR2

POLY1_POLY2_VIA

ANCHOR1

Fém

Szilícium szubsztrátSzilícium szubsztrát

MEMS-ek gyártástechnológiái – Előre definiált technológiák –

MEMSCAP - PolyMUMPs

Tervezőrendszerek – Áttekintés

MEMS tervezőrendszerek osztályozási szempontjai önálló, vagy integrálható végzett szimulációk típusai támogatott technológiák száma elterjedtség ár/érték arány


2D séma, processzleírások

processzspecifikus tervezés

3D layout, csomópontválasztás

szimulációk

Probléma specifikálása

matematikai modell iteratív megoldása

fizikai modell

maszkok layoutjai

anyagparaméterek teszt struktúrák

Jellemző szimulációk elektromos,

elektrosztatikus mechanikai termikus FEM / BEM rendszerszintű technológiai optikai biológiai mikrofluidikai


Finite Element Method geometriai diszkretizálás

függvénytér diszkretizálása

elemekhez tartozó mátrixok

szerkezet egyenletei felírása

egyenletek megoldása

másodlagos változók számítása

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

Vizsgálatok típusai FEM esetén Lineáris mechanikai feszültséganalízis Nemlineáris mechanikai feszültséganalízis Rázási vizsgálatok Termikus analízis Folyadék- v. gázáramlási analízis (CFD) Elektrosztatkai vizsgálatok

Tervezőrendszerek – Végeselemes szimuláció

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 előnyei

Tervezőrendszerek FEM hátrányai

Az eredmény függ a csomópontválasztás (mesh generálás) sikerességétől

Matematikai közelítő módszerNagy tapasztalat kell a jó

modellalkotáshozNagyteljesítményű gépek kellenek

Coventor Softmems Tanner IntelliSense Microfabrica???


CoventorWare

MEMS Xplorer

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


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



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


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

CoventorWare

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


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.

bevezetés – jellemző méretek

Documents