САПР для сквозного проектирования МЭМС

Среди различных пакетов, которые предлагают помощь при проектировании МЭМС необходимо выделить два основных: CoventorWare и IntelliSuite. Принципиальное их от- личие от остальных программных продуктов заключается в том, что они:

· ориентированы исключительно на МЭМС;

· поддерживают непрерывность проектирования МЭМС(вплоть до расчета выхо- да годных и стоимости прибора);

· в основном рассчитаны на решение совместных задач (например, задач механи- ки и электростатики);

· обеспечивают системный подход (т. е проектирование систем на основе МЭМС, например СБИС и МЭМС);

· поддерживают аналитический подход к проектированию (схемотехника МЭМС).

В данном учебно-методическом пособии будет более подробно рассмотрен CoventorWare 2008, так как на сегодняшний день этот пакет доказал свое лидерство в об- ласти проектирования МЭМС устройств. Пакет IntelliSuite принципиально не отличается от CoventorWare 2008 с той лишь разницей, что в IntelliSuite не достаточно развит схемотехни- ческий редактор МЭМС. Основной его недостаток в том, что он не поддерживает переход от схемы к реальной конструкции прибора. Технологический модуль IntelliSuite излишне усложнен, что для проектирования МЭМС необязательно, но в свою очередь ведет к из- лишнему осложнению структуры и в большинстве случаев к сбою при создании трехмерной модели для расчета. IntelliSuite слабо поддерживается ведущими МЭМС фабриками и поль- зователю для практической реализации (например по технологии MEMSCAP) потребуется проделать большую подготовительную работу.

 

 

Базовый программный пакет проектирования микро- инаносистем CoventorWare

 

Введение в САПР CoventorWare

 

CoventorWare является объединенным комплексом программных средств для проектирования и моделирования МикроЭлектроМеханических Систем (МЭМС) и микрофлюидных устройств. CoventorWare поддерживает два различных метода проек- тирования см, рис, 2.1., которые могут быть использованы раздельно или в комбинации. Модуль ARCHITECT предоставляет уникальное системное проектирование МЭМС, а модули DESIGNER и ANALYZER при совместном использовании обеспечивают клас- сический физический подход к проектированию. Оба подхода требуют информацию о технологии производства в качестве начального пункта проектирования. Информация о технологии обеспечивается Process Editor (редактор процессов) и Material Properties Database (База данных свойств материалов для конкретного технологического процес- са).

 

 

Рис.2.1 Схема проектирования в CoventorWare

 

ARCHITECT

В ARCHITECT пользователь собирает схему МЭМС устройства посредством выбора и соединения компонентов из библиотеки МЭМС элементов. Данная схема напоминает электрическую схему, но символы в схеме представляют собой электромеханические ком- поненты, например подвижная пластина с электродом на ее поверхности, гибкая балка и.т.д. После составления схемы пользователь может промоделировать различные аспекты ее физического поведения. А так же в модуле Scene3D можно визуализировать получен- ную конструкцию и увидеть анимированный результат расчета в 3-D. Достоинство данно-

 

 

го системного подхода включает в себя почти полное описание физических свойств моде- ли устройства и быстрый расчет параметров модели в сравнении с методом конечных эле- ментов. Скорость, с которой будет спроектировано устройство, варьируется в зависимости от рассматриваемых конструкций, оптимизационных параметров и изучения влияния до- пусков технологического процесса.

 

DESIGNER и ANALYZER

Поддерживают проектирование на технологическом уровне. Пользователь начинает работу в DESIGNER с создания 2-D фотошаблонов (здесь и далее следует особо отметить, что это не в точности те фотошаблоны, которые будут использованы в реальном технологи- ческом процессе) в Layout Editor (редактор топологии).

Далее Solid Modeler (построитель модели) использует фотошаблоны в соответствии с технологической информацией, которая берется из Process Editor, для автоматического по- строения 3-D модели. Так же 3-D модель может быть импортирована из сторонних прило- жений. После того как модель построена пользователь продолжает работу в Preprocessor 3- D подготавливает модель для автоматического или ручного разбиения расчетной сетки. По- сле того как сетка разбита пользователь может перейти к моделированию МЭМС и Микро- флюидных устройств, используя метод конечных элементов, метод граничных элементов или их совместно в зависимости от задачи.

Системный подход, который предлагает ARCHITECT, и проектирование на физиче- ском уровне в DESIGNER/ANALYZER взаимно дополняют друг друга. В любой момент проектирования в ARCHITECT пользователь может создать 2-D фотошаблоны или 3-D мо- дель и перейти в DESIGNER/ANALYZER для расчета физических полей в устройстве. Со- ответственно INTEGRATOR обеспечивает связь 3-D модели из ANALYZER с системным моделированием в ARCHITECT. Причем, INTEGRATOR может автоматически генериро- вать макромодель из 3-D моделирования. Данная макромодель будет полностью совмести- ма с другими MEMS элементами ARCHITECT.