Конференция IEEE MEMS была проведена в Ванкувере в январе 2020 года. Мы приняли участие в конференции, чтобы встретиться с нашими клиентами и увидеть, какие новые разработки делаются в области МЭМС. Одной из мероприятий по МЭМС был семинар MEMS Industry Workshop, на котором ряд ведущих МЭМС компаний, а также новые стартапы имели возможность представить свои технологии.

Новые технологические МЭМС процессы

Компания Bosch представила свой новый процесс EpyC (Epi-Poly-Cycle), который позволяет изготавливать МЭМС устройства с возможностью наращивания до 5 слоев поликремния, каждый из которых имеет толщину 40 мм. Этот процесс продвигается как "3D печать для МЭМС" и потенциально превосходит использование стеков, скрепленных пластиной. Эта технология может использоваться в больших объемах и может послужить основой для нового поколения МЭМС-технологий.  Компания Sensirion также обсудила свою технологию CMOSens^®, которая позволяет комбинировать сенсорный компонент с аналоговой и цифровой схемой обработки сигнала на КМОП. ST Microelectronics продемонстрировала свой прогресс в разработке стабильных пленок PZT и ALN для актуаторов с использованием осаждения PVD/Solgel. Процессы ST могут быть использованы в струйных принтерах, системах автофокусировки, аудиоколонках, микрозеркалах МЭМС (используемых в автомобильных и проекционных системах) и приложениях PMUT (например, в датчиках отпечатков пальцев).

Новые технологии МЭМС-устройств

Были также представлены презентации о развитии новых устройств, таких как айтрекинговые микрозеркала от Adhawk Microsystems. Это устройство отслеживает движение глаза, основываясь на инфракрасном сканировании положения роговицы, с помощью МЭМС микрозеркал. Обсуждались ультразвуковые МЭМС датчики компании Chirp Microsystems ("гидролокатор на кристалле") с приложениями в AR/VR, смартфонах, автомобилях, промышленной технике и других областей применения информационно-коммуникационных технологий (ICT).  Представители NXP и TDK Invensense обсудили вопросы производительности и надежности при производстве крупносерийных МЭМС-устройств для таких областей применения, как автомобильный рынок. Выход годных кристаллов и прочность чрезвычайно важны на автомобильном рынке, где постоянно ведется работа по повышению выхода годной продукции. Докладчики обсудили такие вопросы, как устойчивость к вибрациям, переходная динамика, напряжения в корпусах и печатных платах, а также ошибки проектирования/производства (остаточные стрингеры, неразборчивые детали и т.д.).

Интересный случай ошибки был представлен на конференции во время презентации на коммерческой сессии. Спикер обсудил эффект создания пронумерованных меток путем «пометки их карандашом» на корпусированное МЭМС-устройство в своей лаборатории.  Метки создавали дополнительную паразитную емкость внутри МЭМС-устройства и искажали его выход. Эта ошибка теоретически могла быть смоделирована, но кто бы мог подумать, что маркировка тестового чипа графитовым карандашом изменит его производительность! Несомненно, есть много других неожиданных и интересных неудач, подобных этой, которые никогда не обсуждаются на конференциях из-за их коммерческой тайны.

Роль моделирования

Моделирование было упомянуто в качестве ключевого фактора для понимания надежности устройства, а также того, может ли устройство справиться с сильными перегрузочными ударами и вибрациями, как во время использования, так и во время сборки и испытаний. Кстати, Coventor представил на конференции плакат, в котором использовалось моделирование для описания влияния деформации корпуса на характеристики датчика (гироскопа). Часть плаката показана на рисунке 1. Для моделирования изменений выходной чувствительной емкости МЭМС гироскопа из-за деформации корпуса использовался гибридный подход, сочетающий МКЭ (анализ методом конечных элементов) с мультифизическим анализом. Вы можете найти дополнительную информацию об этом конкретном примере на веб-сайте.

MEMS+ гироскоп и модель корпуса соединены механическими разъемами.
Пакет деформирован при -40°С

Трехмерный контурный график деформации 3-осевого гироскопа Murata, интегрированного в его корпус, а уровне матрицы, при -40°С

Совместное моделирование корпуса и датчика при температуре -40°C с выделением смещения механических разъемов, чувствительного конденсатора и гребенчатых статоров

Результаты моделирования показывают ступенчатое изменение при 20 ° C, что соответствует температуре нулевого напряжения

Модель CoventorMP^® МЭМС гироскопа, отображающая изменения производительности в результате деформации корпуса

При проектировании МЭМС-устройства датчик и соответствующая схема управления должны не только адекватно контролировать статическую деформацию (как показано в нашем примере), но также контролировать механическую деформацию и вибрационные нагрузки во время корпусирования и транспортировки, а также другие вибрации и удар, которые могут повлиять на эксплуатационные характеристики. Мы разработали решения, позволяющие моделировать вибрацию и ударные нагрузки, включая такие проблемы проектирования, как соединение между корпусом и устройствами, контактные силы на ограничителях перегрузки и другие статические и переходные эффекты. Эти возможности моделирования решают многие из проблем, связанных с прочностью конструкции и надежностью, которые обсуждались на конференции IEEE MEMS в этом году. Мы с нетерпением ждем возможность узнать о новом поколении процессов и МЭМС-устройств на будущих конференциях IEEE MEMS и рады тому, что будем частью этих удивительных разработок.

Источник: https://www.coventor.com/blog/cutting-edge-mems-process-device-simulation-technologies-ieee-mems-2020/

Опубликовано Chris Welham 15 апреля 2020 года

Chris Welham, Ph.D. is the Senior Manager of Applications Engineering at Coventor. Chris has a BEng in Electronic Engineering and a PhD in Engineering, both from Warwick University in the U.K.. His Ph.D. work was focused on resonant pressure sensors. After obtaining his Ph.D., Chris worked for Druck (now GE Druck) developing commercial resonant sensors and interface electronics. He then joined the Application Engineering Group of Coventor in Europe. Chris now manages Worldwide Application Engineering for Coventor’s MEMS software group. Chris is based in Coventor's Paris office.