Bevezetés – Jellemző méretek
description
Transcript of Bevezetés – Jellemző méretek
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
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)
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
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
Szilícium szubsztrát
Fotoreziszt
Szilícium szubsztrát
Reaktív ionmarás (RIE)
Poly 0
Szilícium szubsztrát
Fotoreziszt
Primer oxid
Gödrök
Szilícium szubsztrát
MEMS-ek gyártástechnológiái – Előre definiált technológiák –
MEMSCAP - PolyMUMPs
RIE
POCl3 diffúzió
Gödrök
Nitrid, Poly0
Fotoreziszt
Szilícium szubsztrát
Primer oxid
Szilícium szubsztrát
PSG kemény maszk
Poly 1
Szekunder oxid
Szilícium szubsztrát
Poly 2
PSG kemény maszk
Szilícium szubsztrát
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
Tervezőrendszerek – Áttekintés
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
Tervezőrendszerek – Áttekintés
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???
Tervezőrendszerek – Áttekintés
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
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
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
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
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.
Tervezőrendszerek – SoftMEMS – MEMS Xplorer