Bevezets Jellemz mretek Bevezets Jellemz mretek Bevezets Jellemz

Bevezetés – Jellemző méretek

Bevezetés – Tervezési nehézségek n mechanikai + elektromos funkció megoldandó mechanikai/statikai egyenletek ¨ forgó, mozgó, hidas szerkezetek ¨ FEM/BEM szükségessége ¨ n CMOS-sal szemben itt minden gyár másfajta megoldást kínál lényegesen kevesebb alternatíva ¨ nincsenek kiforrott tervezési metodikák ¨ n kis hiba (pl. : törés, letapadás) is teljes zavart okozhat

Bevezetés – CMOS integrálhatóság probléma, főleg a nagyon eltérő méretek miatt n két irányzat n ¨ COB n Flip-chip jelentősége ¨ So. C n n (Chip-on-board) – VLSI + MEMS (System-on-chip) – VLSI ● MEMS ASIMPS, Sandia időzítések egyeztetésének nehézsége

Bevezetés – Tokozási problémák mechanikai funkció miatt sokszor körülményes n Felhasználásspecifikus anyagok n ¨ agresszív alkalmazási körülmények törési veszély n Bio. MEMS n ¨ n Parylene, Ti-6 Al-V, Ni-Ti hermetikus tokozás jelentősége ¨ pl. Konzolra vízcsepp - működésképtelenség

Gyártástechnológiák, MPW szolgáltatók – IC technikák n Tömbi mikromechanika ¨ szilícium szeletben alakítjuk ki a kívánt struktúrát, anizotróp marás ¨ membránok, szelepek és cantileverek http: //www. memsrus. com n Felületi mikromechanika ¨ struktúra kialakítása a szelet felületén, litográfiai úton, szelektív marás; áldozati rétegek ¨ CMOS integrálhatóság lehetősége http: //www. memsrus. com

Gyártástechnológiák, MPW szolgáltatók – definiált elemkészletű technológiák n Előnyök költséghatékonyak(pl. egyetemi alkalmazások) ¨ gyorsabb, cellakönyvtáras tervezés ¨ sorozatgyárthatóság lehetősége ¨ célspecifikus processzek ¨ n Hátrányok kevesebb kreatív tervezési lehetőség ¨ minden problémára nincs cellakönyvtáras elem ¨ korlátozott CMOS integrálhatóság(kivétel: ASIMPS, Sandia) ¨

Gyártástechnológiák, MPW szolgáltatók – definiált elemkészletű technológiák n Sandia National Laboratories ¨ SUMMi. T n MEMSCAP ¨ n Efab Access Qinetiq ¨ n Metal. MUMPs, SOIMUMPs, Poly. MUMPs Microfabrica ¨ n és SUMMi. T V INTEGRAM TRONIC’S Microsystems ¨ MEMSOI

Gyártástechnológiák, MPW szolgáltatók – definiált elemkészletű technológiák MUMPs = Multi-User MEMS Process Metal. MUMPs nikkel galvanizálás eredetileg MEMS kapcsolók és relék gyártásához készült a poly. Si 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 Poly. MUMPs polikristályos szilícium a szerkezeti anyag Ca. MEL elemkönyvtár ipari standard széles finom és durva fémréteg szoftvertámogatás szilícium a szerkezeti rétege változatos struktúrák, univerzális technológia

MEMS-ek gyártástechnológiái – Előre definiált technológiák – MEMSCAP - Poly. MUMPs Gödrök Reaktív ionmarás (RIE) Fotoreziszt Poly 0 Szilícium szubsztrát Szilícium szubsztrát Primer oxid Fotoreziszt POCl Poly 0 3 diffúzió Nitrid

MEMS-ek gyártástechnológiái – Előre definiált technológiák – MEMSCAP - Poly. MUMPs Gödrök ANCHOR 1 ANCHOR 2 Szilícium szubsztrát Szilíciumszubsztrát RIE Szilícium szubsztrát POLY 1_POLY 2_VIA Fotoreziszt PSG kemény maszk Szekunder oxid Fém Szekunder oxid PSG kemény maszk Poly 2 Primer Poly 1 oxid Nitrid, Poly 0 POCl 3 diffúzió

Tervezőrendszerek – Áttekintés n 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 3 D layout, csomópontválasztás 2 D séma, processzleírások szimulációk Probléma specifikálása matematikai modell iteratív megoldása fizikai modell

Tervezőrendszerek – Áttekintés n 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 n ANSYS Revision 5. 3 (FEA - Finite Element Analysis) n Pro/MECHANICA Rev. 8. 0 (FEA) n CAESAR II (PFA - Piping Flexibility Analysis) n STAAD III (SAD - Structural Analysis and Design) n NASCRAC (CPA - Crack Propagation Analysis) n NASA/Flagro 2. 0 (CPA) n COSMOS/M n Mark n PATRAN n Algor n stb

Tervezőrendszerek – Végeselemes szimuláció n Vizsgálatok típusai FEM esetén ¨ ¨ ¨ Lineáris mechanikai feszültséganalízis Nemlineáris mechanikai feszültséganalízis Rázási vizsgálatok Termikus analízis Folyadék- v. gázáramlási analízis (CFD) Elektrosztatkai vizsgálatok

Tervezőrendszerek FEM előnyei n n Inhomogén anyagú testek kezelése n Akár minden test anyaga eltérhet Nemizotróp anyagú testek kezelése: n Ortotróp n Anizotróp Fontos anyagjellemzők: n Hőmérsékletfüggő paraméterek n Rugalmasság n Kúszás Fontos geometriai jellemzők: n Nagy elmozdulások n Nagy elfordulások n Kontaktusok leírása

Tervezőrendszerek FEM hátrányai n Az eredmény függ a csomópontválasztás (mesh generálás) sikerességétől n Matematikai közelítő módszer n Nagy tapasztalat kell a jó modellalkotáshoz n Nagyteljesítményű gépek kellenek

Tervezőrendszerek – Áttekintés Coventor. Ware MEMS Xplorer n Softmems n Tanner n Intelli. Sense n Microfabrica? ? ? n

Tervezőrendszerek – Coventor. Ware n Moduljai: ¨ Analyzer n standard Mem. Electro – Szélső(boundary) elemek elektrosztatikus modellezése, 3 D-s struktúrák(beleértve a vezetőket és dielektrikumokat) elektrosztatikus erejének és kapacitásának modellezése ¨ Mem. Mech – Teljes(termikus, elektro-termikus, piezoelektromos) FEM / BEM szimulátor. Alakkal, harmonikusokkal, kontaktussal, steady state és tranziens állapotokkal kapcsolatos számítások ¨ n Co – Solve EM – Csatolt, hiszterézises elektromechanikus szimuláció

Tervezőrendszerek – Coventor. Ware n bővítmény Mem. PZR – mechanikai feszültség által terhelt ellenállások áramsűrűségének, potenciáleloszlásának eloszlása, ellenállás értékének meghatározása ¨ Mem. Henry – Frekvenciafüggő ellenállások és induktivitások értékeinek a meghatározása ¨ Mem. Optics – nyalábok terjedése és diffrakciója ¨ Mem. Package – tok hatásának elemzése, a MEMS-re nézve ¨

Tervezőrendszerek – Coventor. Ware ¨ INTEGRATOR – direkt interface-t biztosít a Cadence Verilog. A, SABER-MAST, valamint MATLAB-Simulink felé; csökkentett rendű modellek használata; megkönnyíti az IC tervezőnek a MEMS illesztésének lehetőségét n n Damping. MM – az INTEGRATOR részeként, csillapító tényezőket határoz meg GDS II output generálásának lehetősége

Tervezőrendszerek – Coventor. Ware ¨ Designer n MEMS-re specializált 2 D-s layout editor n köríveket és szögben álló eszközöket is kezel n GDSII, CIF és DXF formátumok importálása n ARCHITECT-ben adott rendszerszintű leírásból layout generálása n többféle formátumba való exportálási lehetőség n Elem paraméter adatbázisban tárolja a felhasznált elemek tulajdonságait, amiket az Analyzer a FEM/BEM szimulációnál használ n 3 D Preprocessor 2 D-s layoutból és technológiai lépésekből 3 D-s layout generálás, FEM/BEM szimuláció, modellek alapján

Tervezőrendszerek – Coventor. Ware ¨ Architect n paraméterezett, előre definiált cellákkal történő viselkedési szintű szimuláció n 6 szabadsági fokos számítások n a standard FEM-nél 100 -szor gyorsabb szimuláció n analóg és mixed-signal tartományban is képes viselkedési szimulációt végezni n hullámforma generátor alkalmazása

Coventor. Ware

Tervezőrendszerek – Soft. MEMS – MEMS Xplorer n Moduljai: n n n MEMS Verilog. A könyvtári elemek MEMS Master(M 2 Architect, M 2 Librarian) – Ez egy olyan layout-szerű schematicot produkáló program, amely VHDLAMS-be, vagy Verilog. A-ba írja a kimenetét. Használható analóg, ill. mixed signal szimulációra is. Easy. MEMS – 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 – Soft. MEMS – MEMS Xplorer n Moduljai: n n n Cross Section Viewer – gyors szerkezeti áttekintést az éppen tervezett eszközről 3 D Modeler – automatikusan építi fel a 3 D-s struktúrát a Virtuoso layout cellái alapján MEMS Modeler – viselkedési szimulációt végez 3 D FEM modellek alapján MEMS Mapper – a 3 D-s struktúrát 2 D-s szerkezetté alakítja a layout tervező számára Solid Modeler – 3 D-s struktúrát épít fel a maszk layout, illetve a gyártási lépések egy részének kiválsztása alapján is.

Tervezőrendszerek – Soft. MEMS – MEMS Xplorer