据芯云知检索,很少有全面介绍和对比MEMS设计仿真软件的文章和内容,因此本文整理和介绍4款MEMS设计和仿真软件并进行对比,便于各位从业者选择合适的软件进行工作。笔者对其中2款较为熟悉,另2款使用较少,若行文中有错误和理解不到位的地方,请各位读者批评指正。
声明:此文非广告文,力求实事求是,也不存在贬低文中任意一家企业的意图。
CoventorWare
COVENTOR公司成立于1996年,总部位于美国北卡罗来纳州,是半导体行业工艺技术和先进MEMS传感器件设计自动化解决方案的领先供应商。目前业界公认的功能最强、规模最大的专用软件。
COVENTOR公司软件包括三个,SEMulator3D(工艺仿真)、CoventorWare(多物理仿真)和MEMS+(器件与系统及电路的协同设计)。半导体设备供应商Lam Research(泛林集团)2017完成了对Coventor公司的收购,两家公司的合并使彼此在硬件/软件上的专业知识,以提高产品性能、缩短生产到测试的周期以及新产品开发时间。发展至今,COVENTOR从带有MEMS+布局、CoventorWare材料和工艺设备的参数设计入口,到器件级建模和仿真、系统级(通过直接接口到Matlab)和电路级(通过直接接口到Cadence),实现多位一体全方位的MEMS器件设计。
图 CoventorWare产品界面
CoventorWare强大的功能成为MEMS结构和功能复杂器件,如RF MEMS开关、微镜、陀螺仪和加速度计的设计的首选软件。值得一提,在SEMulator3D中,通过在设备上定位横截面,可以实现片上MEMS结构释放前和释放后的可视化。这种能力可以识别设计错误,防止结构释放或意外的运动限制。因此,用户很喜欢拿这软件来建模,做演示和分享想法。
ANSYS
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件,是迄今为止唯一通过质量认证的分析设计类软件。该软件是美国机械工程师协会、美国核安全局及近二十种专业技术协会认证的标准软件。与当前流行的其他有限元软件相比,是最老牌的有限元仿真软件,有明显的优势及突破。
ANSYS公司于2006年收购了在流体仿真领域处于领导地位的美国Fluent公司,于2008年收购了在电路和电磁仿真领域处于领导地位的美国Ansoft公司。通过整合,ANSYS公司成为全球最大的仿真软件公司。ANSYS整个产品线包括结构分析(ANSYS Mechanical)系列,
流体动力学(ANSYS CFD FLUENT/CFX)系列,电子设计(ANSYS
ANSOFT)系列,三维全波电磁场仿真(ANSYS HFSS),低频电磁场仿真(ANSYS Maxwell)以及ANSYS Workbench和EKM等。产品广泛应用于航空、航天、电子、车辆、船舶、交通、通信、建筑、电子、医疗、国防、石油、化工等众多行业。
图 ANSYS界面
ANSYS不是专业的MEMS仿真软件,也没有专门的MEMS模块,无法进行MEMS工艺级仿真。利用ANSYS 产品线模块可用于解决与MEMS器件多物理场问题,尤其设计流体、电磁学仿真,有一定的优势。
Intellisuite
IntelliSuite是由美国IntelliSense公司1995年发布的MEMS专用设计与模拟仿真软件,总部在波士顿。2003年,何野全资将IntelliSense收购,2005年在南京成立江苏英特神斯科技有限公司。IntelliSuite软件能够进行微结构的三维建模、版图设计、工艺过程模拟、干法湿法刻蚀模拟、原子级别腐蚀模拟、利用有限元、边界元等方法对微结构进行多物理量(场)耦合分析,以及MEMS-IC的系统级分析仿真。
图 Intellisuite仿真渲染图
IntelliSuite的三维建模模块3D
Builder是专用建模工具,兼容ANSYS、ABAQUS、PATRAN、I-DEAS格式,可由二维版图直接生成模型并划分成六面体网格。
IntelliSuite的湿法蚀刻模块AnisE很好用,先进的、基于自动控制的单元蚀刻仿真技术能够得到精确的<100>、<110>单晶硅晶片KOH和 TMAH 各向异性蚀刻仿真结果,还可用于复杂版图及长时间蚀刻。
COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysics是COMSOL集团1998年发布的一款多物理场仿真软件,针对不同应用领域的专业模块,涵盖力学、电磁场、流体、传热、化工、MEMS、声学等;以及一系列与第三方软件的接口软件,其中包含常用 CAD软件、MATLAB®,和 Excel® 软件等的同步链接产品,使得 COMSOL Multiphysics 软件能够与主流 CAD 软件工具无缝集成。
图 Comsol界面
COMSOL Multiphysics软件,芯云知认为有2个较好的内容:第一,内置“App 开发器”,支持用户基于已有的仿真模型定制开发和维护仿真 App,并通过部署这些仿真 App,进一步通过仿真分析赋能组织内外;第二可借助偏微分方程(partial
differential equation,简称 PDE)可以建立偏微分方程来求解一些软件中尚未包含的新问题。COMSOL提供了一系列丰富的预定义物理场接口,用于模拟各种物理现象,其中襄括了多个交又学科的物理耦合效应,譬如电热耦合、流固耦合和压电耦合等。
COMSOL Multiphysics 软件在宏观领域的多物理场耦合方面非常出色,在非MEMS模块也可以进行MEMS器件的仿真。约2015年,COMSL发布“MEMS 模块”,是一款专用于分析 MEMS 器件的理想工具。
为了方便对比,芯云知做了对比表格,从多维度对比以上四款软件。
1. 四款软件均来自国外,发布年数均大于20年,其中CoventorWare和IntelliSuite是唯二的MEMS专用设计和仿真软件,IntelliSuite对新手更易上手,CoventorWare适合进阶用户,功能强大;
2. Ansys和Comsol不能进行MEMS工艺级仿真,优势在于多物理场仿真和多物理场耦合,其中Ansys多用于电磁、流体的物理场仿真,Comsol对力学、热学和声学的多物理场仿真使用更多。
3. 对于四款软件的售价,根据不同的模块选择,售价也有区别,应该有很少的单位壕气十足购买全模块。对MEMS用户,常规的模块,综合比较CoventorWare最贵,Ansys其次,Comsol第三,IntelliSuite最便宜(也涨价了),最高和最低差距接近8倍。
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