В данной статье обсуждается традиционный маршрут проектирования и его недостатки.

На рисунке 1 представлен традиционный маршрут проектирования МЭМС-устройств.

Проектирование МЭМС-устройств обычно начинается с концепции исходя из принципов микроэлектромеханических систем. Например, как вы и сами знаете, я сяду за решение некоторого уравнения, допустим уравнения упругости балки. Или же приступлю к расчетам инерционной массы и упругости пружин (подвесов). Для разработки конструкции моего МЭМС-устройства вооружусь карандашом и бумагой, или буду использовать таблицу Excel. Возможно даже запущу MATLAB.

Рисунок 1. Традиционный маршрут проектирования МЭМС-продуктов

А затем обычно переходят к разработке геометрической конструкции устройства. На этом этапе я использую те идеи, который получил в предыдущем шаге и превращу их в геометрию.

Для созданий точной геометрии обычно используются инструменты разработки топологии, а затем с помощью какого-нибудь инструмента конечных или граничных элементов для электромеханики, например, нашего инструмента CoventorWare, выполняется подробный совместный анализ электромеханических эффектов.

Следующий шаг после того, как проектирование МЭМС-устройства завершено, его нужно интегрировать со специализированной интегральной микросхемой.  Здесь необходимо разработать какую-то схему или систему управления.

Мы создаем какую-нибудь эквивалентную массу пружинного демпфера и помещаем ее в симулятор.  Например, экспортируем в Simulink, чтобы посмотреть и проконтролировать, как работает наша система.  Обычно на этом этапе не нужен детальный анализ, поэтому мы получаем менее точную непараметрическую модель, созданную вручную.

Как только схема с МЭМС-устройством будет выполнена, переходим к этапу корпусирования, а затем к оптимизации выхода годных изделий. Здесь нет четко определенной методологии, но как вы знаете, инженеры находят способ выполнить этот этап.

А затем мы переходим на этап создания конечного продукта. И один из моментов здесь заключается в том, что у вас есть разные инженеры-разработчики и разные модели на каждом из этих перечисленных этапов.

Таким образом, мы должны перейти от карандаша и бумаги к какой-то твердотельной модели, а затем выполнить ряд действий ручной работы для создания схемы, и только потом, наконец, перейти к корпусированию.  

Итак, мы прошли весь путь длинного маршрута проектирования, который отображен на рисунке 1: от концепции микроэлектромеханических систем, до создания конечного продукта.

Но в реальной жизни маршрут проектирования выглядит совершенно иначе (см. рис. 2).

Рисунок 2. Реальный маршрут проектирования с множеством итераций. 

В действительности, существуют множество трудоемких и отнимающих большое количество времени различных итераций, в которых приходится повторять этапы вновь и вновь. Например, на этапе проектирования схем и системы управления, часто приходится возвращаться к доработке геометрической конструкции устройства, или же на первый этап концепции МЭМС. Или на любой другой этап нашего маршрута проектирования ручным способом без какой-либо автоматизации, а затем начинать выполнения этапа сначала.

И на практике получается, что мы проходим весь наш путь проектирования сначала, используя разные модели на каждом этапе, которые мы вынуждены создавать вручную.  И как я уже говорил, созданная модель на первом этапе не может использоваться сразу на последнем этапе, и показать, к примеру, как будет функционировать наш МЭМС датчик в готовом устройстве. Поэтому мы снова вооружаемся карандашом и бумагой, и быстро, но не точно, разрабатываем принцип работы нашего МЭМС-устройства.

На втором этапе мы переходим к разработке нашей геометрической конструкции и созданию точной модели. Создание геометрической конструкции занимает огромное количество времени, что приводит к срыву сроков реализации проекта и задержке выхода изделий на рынок. Но когда мы переходим к разработке схемы и контролю ее работы, нам необходимо максимально упростить нашу модель МЭМС-устройства. А затем, для повышения выхода годных изделий, оптимизации устройства и анализа взаимодействия с корпусом, мы должны вернуться к полной модели, чтобы учесть все ее нелинейные эффекты и провести точное тестирование.

Итак, в следующей статье мы поговорим о решении от Coventor и MathWorks, чтобы упростить этот очень длинный маршрут проектирования с большим количеством трудоемких итераций.

Дополнительная информация доступна в нашем Телеграмм-канале новостей по САПР Coventor. Присоединяйтесь и, пожалуйста, сообщите коллегам, заинтересованным в области проектирования МЭМС!