一个原因是MEMS器件小 , MEMS技术基于微纳加工技术 , 器件尺寸非常小 , 一般从1毫米到1微米不等 , 未来纳米级NEMS技术也将逐渐发力 。 人工设计及许多传统设计方式在如此小的器件上着力 , 很不现实 。
同时 , MEMS技术是涉及力学、电学、电磁学、流体力学等多学科交叉的新兴技术 , 对MEMS器件的设计上包含了许多新工作原理和器件结构的研究、开发 , 需要结合多学科理论进行分析 , 这样就大大增加了设计参数的选择难度 , 以过往常规分析计算方法已经远无法满足设计需求 。
2D和3D计算机绘图技术的发展使我们能够对复杂的MEMS结构及版图进行计算机设计 。 有限元技术的应用使得人们可以用精确的计算机数值求解方法来分析和预测器件的性能 , 对器件工作的静态、准静态和动态模拟成为可能 , 从而能够对MEMS器件结构和工艺进行计算机模拟和设计优化 。
因此传感器CAD设计软件对现代传感器 , 尤其是MEMS传感器的设计、研发 , 有着非常重要的地位 。
国外传感器EDA设计软件发展现状与主要软件对比
与国内长期只注重对传感器技术的开发 , 而忽视相关CAD系统研究不同 。 国外在开始MEMS研究早期 , 就已经开始着手CAD软件的设计 , 到了上世纪1980年代 , 已经有一些比较完整的CAD系统面世 。
同时 , 这些CAD软件对MEMS的研究有着巨大的促进作用 , 加快了MEMS器件的设计和仿真 , 让MEMS从实验室走向工业量产起了不可替代的作用 。
在1990年代初 , 美国就研究出了用在硅压力传感器设计的MEMS CAD软件(CAE MEMS) 。 到了中期 , 以Coventor、IntelliSense 、Microcosm等公司为代表 , 基于MEMS的工艺模拟、器件建模、分析模拟以及设计优化等方面 , 提供较为成熟的专业商业设计软件IntelliSense、MEMCAD、Coventor等 , 对3D MEMS的工艺和器件模拟及设计优化有很大帮助 。
目前 , 主流MEMS设计仿真软件主要有Coventorware、IntelliSuite、COMSOL、ANSYS等 ,
其中Coventor成立于1996年 , 总部位于美国北卡罗来纳州 。 COVENTOR提供的主要产品是SEMulator3D和CoventorMP 。 SEMulator3D提供虚拟制造环境 , 而CoventorMP包括Coventorware和MEMS+ 。 Coventorware是MEMS设计和器件级仿真中最广泛使用的软件 。
Teledyne DALSA、X-FAB等MEMS制造厂使用SEMulator3D进行工艺开发、物理设计验证、客户支持和故障分析 。 Conventor被研究人员和工业界广泛使用 , 主要客户有德州仪器、IBM、索尼、飞兆半导体、丰田、现代、霍尼韦尔等 。
IntelliSense成立于1991年 , 总部位于波士顿 。 Intellisuite的第一个版本于1995年发布 。 它为MEMS工艺模拟应用和耦合场有限元分析提供了端到端工具 。 一些使用该软件的公司有日立、尼康、斯坦福大学、杜克大学、苹果、本田、滨松等 。
▲COMSOL、ANSYS、Coventorware、IntelliSuite等四款主要MEMS仿真软件的对比
可以看到 , 国外相关企业对MEMS CAD设计软件的重视程度高、起步早 , 目前已经远远抛离了我国 。
到今天 , 我国从事MEMS设计软件研发的机构依然很少 , 主要以大学等科研院所为主 , 而民营企业还没有公司去涉足 。
除了传感器设计软件 , 国内其他工业产业设计软件怎样?
从细分领域来说 , 传感器设计软件是最惨的——连一个可替代的国产MEMS CAD设计软件都没有 。
而其他工业设计软件则好一点 , 但也好的有限 , 以EDA软件为例:
在中国市场 , 国产EDA软件所占份额大概在10%左右 , 剩下的90%全部都被美国的Synopsys、Cadence和Mentor Graphics三巨头所垄断 。 而目前国产EDA软件市场份额最大的是华大九天 , 挤进了TOP4 。 华大九天在10%的国产软件份额中占了一般半多 , 可以说是国产EDA软件的绝对龙头了 。
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