创建 MEMS 器件：如何开始？
发布时间：2017-6-2 11:15
发布者：eechina
关键词：
MEMS
即便您要重新设计传动电机的传感器，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（微机电系 统）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。
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 
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。 
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 变送器；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）。 
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。 
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。 
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。 
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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