如何利用Tanner MEMS參數化基本單元庫，迅速創建復雜的表面微加工或流體MEMS器件

即便您要重新設計傳動電機的MEMS傳感器，目標也是讓工作盡可能輕松快捷地完成。利用Tanner L-Edit中的MEMS庫，您可以從大量MEMS器件不同的基本單元中進行選擇，然后迅速裝配出您的MEMS版圖。采用Tanner設計工具，您可以運用圖1所示設計流程，來設計一個完整的“設計即正確”的MEMS流程。

圖1：MEMS創建設計流程

MEMS創建領域存在多種傳統設計流程。圖1顯示了一個自上而下的設計流程，其連接了MEMS設計所需的不同設計領域。此流程為設計團隊提供了一種無縫解決方案，幫助其整合數字設計、模擬設計和MEMS器件到一個IC芯片里。

初始步驟：創建并驗證電路圖

首先，在S-Edit電路圖編輯器中為MEMS器件創建一個新單元，然后在測試電路中連接構成該器件的基本單元symbol。接下來利用T-Spice分析設計，并通過W-Edit波形查看器檢查工作情況的波形，以確定器件是否符合預期。

指定層信息

對電路圖滿意之后，利用L-Edit創建MEMS器件的物理版圖。在L-Edit中，您可以使用MEMS庫中的MEMS基本單元器件。

您可以控制各基本單元的層信息，以及指定兩類基本MEMS元器件的層信息：

? 表面微加工。您可以指定結構層數并定義各層的參數。您還可以指定各層的設計規則，例如間距、包圍和最小線寬要求。

? 流體通道。您可以指定結構層數，以及定義MEMS庫中各流體基本單元對應的參數集。

此層信息會自動應用于MEMS庫中的各相關基本單元。

利用MEMS庫創建基本單元

MEMS庫包含40多種用于MEMS器件版圖布局的參數化基本單元?；締卧S著工具的每次新版本發布而持續增加。MEMS庫提供的基本單元按類別分組，如表1所示。

表1：可用基本單元

要創建MEMS器件，只需利用Library Palette從MEMS庫中選擇各基本單元，如圖2所示。

圖2：利用Library Palette裝配MEMS器件以獲得版圖

例如，要創建一個橫向梳齒驅動諧振器，請將所需的基本單元實例調用，然后在版圖中進行連接。為了說明該流程的簡單直接性，我們可以創建一個MEMS換能器；利用其諧振頻率對物理參數的高靈敏度，將它變成一個傳感器。圖3描述了創建步驟：

1. 實例調用Plate。2. 實例調用一個梳齒驅動器并復制一個。3. 將這兩個梳齒驅動器連接到Plate。4. 實例調用折疊彈簧，將其翻轉并復制一個。5. 將這兩個折疊彈簧連接到Plate。6. 實例調用Ground Plate，將其連接到適當層上的結構。7. 實例化三個焊盤，將其連接到適當的層和元件。8. 對于每個實例化基本單元，調整其參數以滿足您的需求（參見下一節）。

圖3：已完成的橫向驅動諧振器

更改參數

您可以更改任何已定義參數以影響MEMS結構的各元件。例如，圖4顯示了更改一個諧波側驅動型電機基本單元的關鍵參數之后，版圖立即改變。

圖4：通過僅調整一個參數快速改變電機基本單元

利用參數化基本單元，您可以迅速構建MEMS結構。方法是，實例調用基本單元、復制粘貼、改變方向以及更改參數，從而制作特定基本單元。各基本單元包含一組默認參數值，您可以利用這些值來快速布局基本單元，然后選擇各基本單元并更改其參數。

設計您自己的基本單元

MEMS庫包含40多種基本單元，您可以將其運用于MEMS結構中。但是，MEMS設計的世界非常廣袤，有時候您可能需要定義自己的基本單元，并將其放在Library Palette上以供您的團隊使用。圖5顯示了自行設計基本單元的流程。

圖5：自行設計基本單元的流程概覽

自行創建基本單元的步驟如下：

1. 制作一個電路圖symbol。利用S-Edit定義該symbol實體、屬性和端口。2. 創建SPICE模型。為了在T-Spice中仿真該基本單元，您需要定義SPICE模型。MEMS器件可以是多域系統： 電氣和非電氣。這要求定義SPICE電氣變量與非電氣域變量之間的映射。例如，Plate上的壓力可映射為電氣域中的電流。3. 編寫版圖生成器。利用C編程語言和L-Edit UPI調用為自定義基本單元定義一個版圖生成器。C程序接受基本單元參數并生成所需的版圖信息。結束流程利用L-Edit中的Library Palette建構MEMS器件版圖之后，還有最后幾步要完成，如圖6所示。

圖6：完成MEMS設計的步驟

這些步驟包括：

? 建立連接關系。結束流程時，一個常被忽略的步驟是建立基本單元之間的連接以便正確提取SPICE網表。對于每個利用Library Palette實例化的基本單元，會自動創建正確的端口。L-Edit可以在兩個或多個基本單元端口之間建立連接。在諧振器示例中，您應將Plate的一個端口連接到梳齒驅動器之一的一個端口。

? 版圖提取。利用L-Edit提取版圖會產生一個由MEMS器件和連接信息構成的SPICE網表。采用此提取信息來比較版圖和電路圖（即所謂“版圖與電路圖比較”或LVS）。

? 電路圖提取。對于LVS，利用S-Edit提取電路圖網表。此網表包含器件描述、連接和幾何參數。

? 執行LVS。利用LVS工具，您可以比較版圖和電路圖以確保二者描述的是同一器件。

您創建的每個MEMS器件都可以根據制造工藝進行調整，以保證結構符合設計規則。L-Edit允許您從一組預定義制造工藝中進行選擇。工藝信息包括層定義、設計和提取規則、模型參數值、宏以及工藝定義。

三維分析和系統級仿真

利用已完成的版圖數據，您可以自動生成器件的三維視圖。與三維視圖互動并添加技術信息，再將設計發送給第三方三維分析工具以檢查多個域（例如機械、熱和靜電）之間的物理相互作用。然后，您可以提取MEMS器件的行為模型，以便基于三維分析數據進行系統級仿真。

結語

利用Tanner MEMS參數化基本單元庫，您可以迅速創建復雜的表面微加工或流體MEMS器件。通過在L-Edit中實例化各基本單元、設置參數以及組裝版圖，您可以快速定義并分析器件?；蛟S您是在重新設計MEMS電機的傳感器，但運用Tanner工具集，您可以盡可能快地完成任務。