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Tanner创建MEMS器件:如何开始?
2018-05-05 17:18:22   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

即便您要重新设计传动电机的MEMS传感器,目标也是让工作尽可能轻松快捷地完成。利用Tanner L-Edit中的MEMS库,您可以从大量MEMS器件不同的基本单元中进行选择,然后迅速装配出您的MEMS版图。

NICOLAS WILLIAMS,产品营销经理,MENTOR

简介

即便您要重新设计传动电机的MEMS传感器,目标也是让工作尽可能轻松快捷地完成。利用Tanner L-Edit中的MEMS库,您可以从大量MEMS器件不同的基本单元中进行选择,然后迅速装配出您的MEMS版图。采用Tanner设计工具,您可以运用图1所示设计流程,来设计一个完整的“设计即正确”的MEMS流程。

MEMS创建设计流程

图1:MEMS创建设计流程

MEMS创建领域存在多种传统设计流程。图1显示了一个自上而下的设计流程,其连接了MEMS设计所需的不同设计领域。此流程为设计团队提供了一种无缝解决方案,帮助其整合数字设计、模拟设计和MEMS器件到一个IC芯片里。

初始步骤:创建并验证电路图

首先,在S-Edit电路图编辑器中为MEMS器件创建一个新单元,然后在测试电路中连接构成该器件的基本单元symbol。接下来利用T-Spice分析设计,并通过W-Edit波形查看器检查工作情况的波形,以确定器件是否符合预期。

指定层信息

对电路图满意之后,利用L-Edit创建MEMS器件的物理版图。在L-Edit中,您可以使用MEMS库中的MEMS基本单元器件。

您可以控制各基本单元的层信息,以及指定两类基本MEMS元器件的层信息:

• 表面微加工。您可以指定结构层数并定义各层的参数。您还可以指定各层的设计规则,例如间距、包围和最小线宽要求。

• 流体通道。您可以指定结构层数,以及定义MEMS库中各流体基本单元对应的参数集。

此层信息会自动应用于MEMS库中的各相关基本单元。

利用MEMS库创建基本单元

MEMS库包含40多种用于MEMS器件版图布局的参数化基本单元。基本单元随着工具的每次新版本发布而持续增加。MEMS库提供的基本单元按类别分组,如表1所示。

表1:可用基本单元

可用基本单元

要创建MEMS器件,只需利用Library Palette从MEMS库中选择各基本单元,如图2所示。

利用Library Palette装配MEMS器件以获得版图

图2:利用Library Palette装配MEMS器件以获得版图

例如,要创建一个横向梳齿驱动谐振器,请将所需的基本单元实例调用,然后在版图中进行连接。为了说明该流程的简单直接性,我们可以创建一个MEMS换能器;利用其谐振频率对物理参数的高灵敏度,将它变成一个传感器。图3描述了创建步骤:
1. 实例调用Plate。
2. 实例调用一个梳齿驱动器并复制一个。
3. 将这两个梳齿驱动器连接到Plate。
4. 实例调用折叠弹簧,将其翻转并复制一个。
5. 将这两个折叠弹簧连接到Plate。
6. 实例调用Ground Plate,将其连接到适当层上的结构。
7. 实例化三个焊盘,将其连接到适当的层和元件。
8. 对于每个实例化基本单元,调整其参数以满足您的需求(参见下一节)。

已完成的横向驱动谐振器

图3:已完成的横向驱动谐振器

更改参数

您可以更改任何已定义参数以影响MEMS结构的各元件。例如,图4显示了更改一个谐波侧驱动型电机基本单元的关键参数之后,版图立即改变。

通过仅调整一个参数快速改变电机基本单元

图4:通过仅调整一个参数快速改变电机基本单元

利用参数化基本单元,您可以迅速构建MEMS结构。方法是,实例调用基本单元、复制粘贴、改变方向以及更改参数,从而制作特定基本单元。各基本单元包含一组默认参数值,您可以利用这些值来快速布局基本单元,然后选择各基本单元并更改其参数。

设计您自己的基本单元

MEMS库包含40多种基本单元,您可以将其运用于MEMS结构中。但是,MEMS设计的世界非常广袤,有时候您可能需要定义自己的基本单元,并将其放在Library Palette上以供您的团队使用。图5显示了自行设计基本单元的流程。

自行设计基本单元的流程概览

图5:自行设计基本单元的流程概览

自行创建基本单元的步骤如下:

1. 制作一个电路图symbol。利用S-Edit定义该symbol实体、属性和端口。

2. 创建SPICE模型。为了在T-Spice中仿真该基本单元,您需要定义SPICE模型。MEMS器件可以是多域系统: 电气和非电气。这要求定义SPICE电气变量与非电气域变量之间的映射。例如,Plate上的压力可映射为电气域中的电流。

3. 编写版图生成器。利用C编程语言和L-Edit UPI调用为自定义基本单元定义一个版图生成器。C程序接受基本单元参数并生成所需的版图信息。

结束流程

利用L-Edit中的Library Palette建构MEMS器件版图之后,还有最后几步要完成,如图6所示。

完成MEMS设计的步骤

图6:完成MEMS设计的步骤

这些步骤包括:

• 建立连接关系。结束流程时,一个常被忽略的步骤是建立基本单元之间的连接以便正确提取SPICE网表。对于每个利用Library Palette实例化的基本单元,会自动创建正确的端口。L-Edit可以在两个或多个基本单元端口之间建立连接。在谐振器示例中,您应将Plate的一个端口连接到梳齿驱动器之一的一个端口。

• 版图提取。利用L-Edit提取版图会产生一个由MEMS器件和连接信息构成的SPICE网表。采用此提取信息来比较版图和电路图(即所谓“版图与电路图比较”或LVS)。

• 电路图提取。对于LVS,利用S-Edit提取电路图网表。此网表包含器件描述、连接和几何参数。

• 执行LVS。利用LVS工具,您可以比较版图和电路图以确保二者描述的是同一器件。

您创建的每个MEMS器件都可以根据制造工艺进行调整,以保证结构符合设计规则。L-Edit允许您从一组预定义制造工艺中进行选择。工艺信息包括层定义、设计和提取规则、模型参数值、宏以及工艺定义。

三维分析和系统级仿真

利用已完成的版图数据,您可以自动生成器件的三维视图。与三维视图互动并添加技术信息,再将设计发送给第三方三维分析工具以检查多个域(例如机械、热和静电)之间的物理相互作用。然后,您可以提取MEMS器件的行为模型,以便基于三维分析数据进行系统级仿真。

结语

利用Tanner MEMS参数化基本单元库,您可以迅速创建复杂的表面微加工或流体MEMS器件。通过在L-Edit中实例化各基本单元、设置参数以及组装版图,您可以快速定义并分析器件。或许您是在重新设计MEMS电机的传感器,但运用Tanner工具集,您可以尽可能快地完成任务。

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