数字光处理(DLP)镜

Coventor提供一套全面的软件工具,用于设计集成的MEMS和IC器件。SEMulator3D是Coventor的一个软件平台,用于构建复杂MEMS结构和CMOS电路的3D工艺模型,并可视化建模设备的电气连接。

单片集成CMOS电路和MEMS器件的一个最著名的例子是德州仪器数字微镜装置。TI数字微镜由大量微尺度mems数字光开关组成。每个开关控制一个像素的光。开关利用静电吸引旋转,并由底层SRAM单元控制。使用SEMulator3D构造的单个像素的虚拟3D表示如图1所示。

用SEMulator3D创建的单像素模型的等距和横截面视图

图1:用SEMulator3D创建的单像素模型的等距和横截面视图

SEMulator3D可以构建高度预测性和准确性的3D流程模型,反映设计和集成流程之间的复杂交互。3D过程模型使用一系列单元过程步骤(有些需要掩模)来生成一个高度精确的“虚拟”3D结构。在图2和图3中,在SEMulator3D中构建的单像素微镜模型与类似设备的实际SEM照片进行了比较。左边可以看到实际的SEM显微照片(由德克萨斯仪器提供),右边是等效的SEMulator3D模型。

离子磨坊和模拟器3d模型横截面

图2:Ion Mill和SEMulator3D模型截面


去除镜后DMD的SEM和simulator3d模型

图3:去除镜后DMD的SEM和SEMulator3D模型

每个数字微镜都由SRAM存储单元寻址(或控制)。SEMulator3D可以精确地建模底层CMOS存储电路以及集成在它上面的MEMS设备(见图4,下面)。

在构建微镜之前的6T SRAM CMOS模型示例。(左上)DLP镜像和存储单元的分解图。(左下)6T SRAM。(右上)电路三维模型。(右下)MEMS DLP 3D模型俯视图。

图4:微镜搭建前的6T SRAM CMOS模型示例。(左上)DLP镜像和存储单元的分解图。(左下)6T SRAM。(右上)电路三维模型。(右下)MEMS DLP 3D模型俯视图。

SEMulator3D使用了两种复杂的建模方法:体素建模(Voxel modeling),一种快速、稳健的数字方法,以及表面进化(Surface Evolution),一种模拟方法,能够以极高的精度建模广泛的物理过程行为。SEMulator3D能够用网格元素离散体素模型,生成模拟质量的网格。三角形曲面和四面体体网格都可以从SEMulator3D导出到CoventorWare等有限元建模软件。

仿真器3d体素模型和网格模型

图5:SEMulator3D体素模型和网格模型

SEMulator3D的高级选项允许网格在需要密集网格的区域被细化。

在铰链单元上有一个更细的网格的网格模型,其中最大应力预计会发展。

图6:铰链单元上有一个更细的网格的网格模型,其中最大应力预计会发展。

仿真器3d网格可以与有限元分析工具一起使用。表面网格以。ans, .dxf, .stl和.obj格式导出,体积网格以。unv和。ans格式导出。图7显示了导入CoventorWare预处理器的.unv网格。

基于CoventorWare预处理器的simulator3d离散模型。在CoSolve中,模型反映了单独的导体区域进行分析。

图7:CoventorWare预处理器中的SEMulator3D离散模型。该模型已被渲染,以反映单独的导体区域,支持CoventorWare的CoSolve模块的附加有限元分析。

一旦导入了离散模型,表面、部件、导体和其他特征就可以被识别和命名。边界条件可以作为静电力学模拟的一部分。

人脸选择表明,CoventorWare预处理器能够很好地定义和正确识别模型边缘。

图8:人脸选择显示模型边缘在CoventorWare预处理器中得到了很好的定义和正确的识别。

CoventorWare CoSolveEM电压轨迹分析可以预测微镜在静电驱动下的机械响应,包括实现接触前的计算挠度(图9)和旋转角度作为外加电压的函数(图10)。

MEMS反射镜的机械响应(位移)

图9:计算出在静电驱动下的反射镜位移

MEMS反射镜的旋转角度与外加电压的比较

图10:投影旋转角度作为施加电压的函数

SEMulator3D能够基于实际制造过程生成MEMS器件的高精度模型,而不是传统有限元分析(FEA)中通常使用的理想化几何模型。仿真器三维模型的几何逼真度大大提高了有限元仿真精度。力学分析,如预测微镜应力集中区域,可以准确和快速地完成使用仿真MEMS设备在SEMulator3D生成几何形状。

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