ordenador Carmen Aracil Fernández Francisco Perdigones Dpto. Ingeniería Electrónica

Transcripción

1 CAD. Diseño asistido por ordenador Carmen Aracil Fernández Antonio Luque Estepa Francisco Perdigones Dpto. Ingeniería Electrónica

2 Índice Diseño simulación CAD para MEMS CoventorWare ACES

3 Diseño - simulación Qué es un simulador? Qué hace un simulador? Qué necesita un simulador?

4 Diseño - simulación Qué es un simulador? Es un programa (software) Qué hace un simulador? Resuelve problemas Qué necesita un simulador? Ecuaciones diferenciales, geometría, condiciones iniciales y condiciones de contorno.

5 Diseño - simulación Fase de diseño fundamental para crear un microsistema. i Simuladores conocidos? Diseño con simulaciones: ahorra lentos y costosos experimentos en el laboratorio. Ahorra algo más? reduce el número de pruebas para un prototipo Principal?

6 INDICE Diseño y simulación CAD para MEMS CoventorWare ACES

7 CAD para MEMS Dibujo de máscaras (layout) Coventorware. Cadence. Simuladores sin máscaras (Comsol o Fluent) Simulación de efectos físicos ANSYS Multiphysics. Método de elementos finitos Coventorware. MEF y otros métodos numéricos Comsol o Fluent Simulaciones de procesos concretos

8 CAD para MEMS Bases de datos con propiedades de materiales. Simulación i de efectos físicos relevantes (análisis i térmico, mecánico y estructural, electrostático, electromagnético, fluidico,...). Simulación o base de datos con parámetros (limitaciones/tolerancias) de los procesos de fabricación. Creación de máscaras. Tienen tolerancia? Optimización y verificación del diseño.

9 Resumen-repaso Simulador Programa (software) Resuelve problemas complejos y acoplados Facilita el diseño y el trabajo en general Ahorro de tiempo, dinero y cálculos l Pueden llegar a tener en cuenta tolerancias y limitaciones de los procesos Una simulación es un experimento hecho con el ordenador

10 Índice Diseño y simulación CAD para MEMS CoventorWare Architect Designer Analyzer System Builder ACES

11 CoventorWare

12 Diseño MEMS

13 Módulos comunes Editor de procesos Permite crear o editar una descripción ió del proceso de fabricación. Provee de la información necesaria para crear modelos 3-D. Base de datos de propiedades de materiales a es El software incorpora un fichero por defecto que incluye materiales comúnmente utilizados para la fabricación de MEMS. Cuáles? Se pueden añadir nuevos materiales

14 Architect (I) Simulador a nivel de sistema: basándose en el comportamiento de un dispositivo expresado en un número reducido de ecuaciones. Se trabaja con librerías de componentes individuales que se conectan y configuran para resolver la mayoría de problemas de MEMS

15 Architect (y II)

16 Ejemplo Architect (I)

17 Ejemplo Architect (y II)

18 Designer

19 Analyzer (I) El mallado automático está optimizado para MEMS caracterizando múltiples elementos y permitiendo influenciar el proceso. Puede generar diferentes mallas de elementos finitos para las distintas capas del microsistema.

20 Analyzer (y II) Se lleva a cabo un análisis detallado después de realizar el diseño inicial

21 Simuladores disponibles (I) MemElectro (electrostática) táti MemMech (termo-mecánico, estructural) CoSolve-EM (electro-mecánico) MemPZE (piezoeléctrico) i DampingMM (rozamiento y elasticidad) MemETherm (dilatación térmica) MemPZR (piezorresistencia) MemHenry (inductancia) MemOptics (difracción óptica)

22 Simuladores disponibles (II) SpringMM MM( (muelles) MemPackage (efectos del encapsulado) MemCFD (fluidodinámica) FSI (interacción ió fluido-estructura) NetFlow(transporte en diversos flujos) SwitchSim (flujo con campo eléctrico pulsado) ReactSim (reacción química) BubbleDropSim (formación de gotas y burbujas)

23 Builder

24 Resumen - Repaso 1. Proceso de fabricación 2. Diseño de máscaras 3. Modelo sólido 4. Nombres a caras y mallado 5. Fenómeno Físico y BC 6. Análisis i de resultados

25 Ejemplo de uso de Coventorware Diseño y simulación de un microespejo Proceso de fabricación Máscaras Simulación del comportamiento Efectos físicos acoplados

26 Microespejo Conmutador óptico, entre otras aplicaciones Actuación electrostática

27 Inicio de Coventorware

28 BD de materiales

29 Proceso de fabricación I

30 Proceso de fabricación II

31 Proceso de fabricación

32 Editor de layout

33 Preprocesador

34 Propiedades y mallado

35 Mallado del modelo

36 Simulación electromecánica

37 Condiciones eléctricas

38 Condiciones mecánicas

39 Condiciones acopladas

40 Resultados (I)

41 Resultados (II)

42 Resultados (III)

43 Resultados (y IV)

44 Índice Diseño y simulación CAD para MEMS CoventorWare ACES

45 ACES Anisotropic Crystalline Etching Simulator Simulador de grabado del silicio. Trata las diferentes orientaciones cristalográficas y propiedades del atacante Método de simulación ió basado en átomos. Cálculo dinámico para reducir el consumo de memoria.

46 ACES Interfaz de usuario amigable Cualquier forma de máscara Tasas de grabado modificables Visor tridimensional Resultados verificados experimentalmente GRATIS!

47 ACES

48 Conclusiones finales Simulaciones (positivas): Importante herramienta Reduce el coste económico y temporal del trabajo Resolución de problemas de geometrías complejas con efectos acoplados

49 Conclusiones finales Simulaciones (negativas): Necesario tener cierta formación para realizar las simulaciones Puede haber efectos de segundo orden que no se hayan tenido en cuenta o que no se puedan simular La validación ió definitiva iti la proporciona la experimentación