数字光处理(DLP)镜子

Coventor提供全面的软件工具套件,用于设计集成MEMS和IC设备。Semulator3d是一个Coventor软件平台,用于构建复杂MEMS结构和CMOS电路的3D过程模型,并可视化建模设备的电连接。

单整体集成的CMOS电路和MEMS器件的最佳已知示例之一是德州仪器数字微镜装置。TI数字微镜由大量基于MEMS的数字光开关组成。每个开关控制一个像素的一个像素。开关使用静电吸引旋转,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创建的单像素模型等距和截面图

图1:用Semulator3D创建的单像素模型的等距和截面图

Semulator3d可以构建高度预测​​和准确的3D过程模型,该模型反映了设计和集成过程流程之间的复杂相互作用。使用一系列单元流程步骤(一些要求掩码)构建3D过程模型以产生高度准确的“虚拟”3D结构。在图2和3中,将在Semulator3D中构建的单个像素微镜模型与类似设备的实际SEM照片进行比较。左侧可以看到实际的SEM显微照片(德州仪器的礼貌),右侧等效的Semulator3D模型。

ION MILL和SEMULATOR3D模型横截面

图2:ION MILL和SEMULATOR3D模型横截面


DMD的SEM与镜像删除和Semulator3D模型

图3:DMD的SEM与镜像删除和Semulator3D模型

每个数字微镜通过SRAM存储器单元解决(或控制)。Semulator3D可以准确地模拟底层CMOS存储电路以及集成在其上方的MEMS器件(见下图4)。

在构建微镜之前6T SRAM CMOS模型的示例。(左上角)DLP镜像和存储器单元的分解视图。(左下角)6T SRAM。(右上)电路3D模型。(右下方)MEMS DLP 3D模型的顶视图。

图4:在构建微镜之前6T SRAM CMOS模型的示例。(左上角)DLP镜像和存储器单元的分解视图。(左下角)6T SRAM。(右上)电路3D模型。(右下方)MEMS DLP 3D模型的顶视图。

Semulator3D使用两种复杂的建模方法:体素建模,快速,鲁棒数字方法和表面演进,一种模拟方法,能够以极高的准确性建模各种物理过程行为。Semulator3D能够将Voxel模型与网格元素分开,以生成仿真质量网格。可以将三角形和四面体卷网格从Semulator3D导出到FEA建模软件,如CoventorWare。

Semulator3d Voxel模型和网格模型

图5:Semulator3d Voxel模型和网格模型

Semulator3D中的高级选项允许在需要更密集网格的区域中精制网格。

铰链元件上具有更精细的网格的啮合模型,其中预期最大应力是开发的。

图6:铰链元件上具有更精细的网格的啮合模型,其中预期最大应力开发。

Semulator3d网格可以与FEA的选择工具一起使用。曲面网格将导出。在.ans,.dxf,.stl和.obj格式,卷网格在.unv和.ans格式。图7显示了导入CoventorWare预处理器的.unv网格。

来自Coventorware预处理器的Semulator3d的离散模型。该模型已经呈现,以反映分离的导体区域以进行消毒剂的分析。

图7:CoventorWare预处理器中显示的Semulator3D的离散模型。该模型已经呈现为反射单独的导体区域,支持Coventorware的增索模块中的附加有限元分析。

一旦离散模型已经导入,可以识别并命名表面,零件,导体和其他功能。然后可以将边界条件作为静电力学模拟的一部分分配。

面部选择表明,模型边缘在Coventorware预处理器中是良好的定义和正确识别的。

图8:面部选择表明,模型边缘在CoventorWare预处理器中均明确识别并正确识别。

Coventorware Cosolvem电压轨迹分析可以预测静电致动下的微镜的机械响应,包括计算出的偏转直到触点(图9)和作为施加电压的函数的旋转角度(图10)。

MEMS镜子的机电响应(位移)

图9:静电驱动下计算的镜子位移

与MEMS镜的施加电压相比旋转角度

图10:作为施加电压的函数的投影旋转角度

Semulator3D能够基于实际制造过程生成MEMS器件的高度精确模型,而不是通常用于传统有限元分析(FEA)的理想化几何。Semulator3D模型的几何保真度大大提高了FEA仿真精度。可以使用Semulator3D中产生的现实MEMS器件几何来精确快速地完成机械分析。

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