Почему акселерометры (и другие устройства MEMS) так редко интегрируются в компоненты?

9

С тем, как все движется, с каждым годом все больше и больше функций переходят в один чип. Тем не менее, одна вещь, которая, кажется, остается совершенно нетронутой, это устройства MEMS, такие как акселерометры и гироскопы.

Несмотря на то, что многие классы устройств практически требуют акселерометров, интеграция MEMS в чипы кажется удивительно редкой, за исключением нескольких дорогих (и слабых) выбросов от ST и Bosch. Я предполагаю, что причина техническая.

В частности меня интересуют следующие вопросы:

Что делает их такими редкими?
Влияют ли на это различия в процессах?
Как существующие компоненты обходят эти проблемы?

— Azsgy
источник

2

В дополнение к причинам процесса / стоимости, упомянутым ниже, я бы добавил, что вы, вероятно, не хотите, чтобы SoC интегрировал это. По той же причине, по которой производители имеют в своем каталоге несколько вариантов акселерометров: у них разные характеристики / точность / цена / и т. Д. ... и вы хотите иметь возможность выбрать тот, который соответствует вашим потребностям. Интеграция в чип неправильного не имеет никакой цели, кроме как сделать его более дорогим.

— тусклый

2

Иногда они даже не интегрируют MEMS-чипы в другие MEMS-чипы. Некоторые из упомянутых вами типов датчиков содержат несколько взаимосвязанных кубиков в одной упаковке.

— Спехро Пефхани

Вы имеете в виду IMU, микросхемы интегрированы через матричное соединение. Не у всех есть такая возможность. Дорогой это относительный термин, я думаю, что они дешевые всего за 7 $. Если вы думаете, что вы можете интегрировать акселерометр, магнитометр и гироскоп на печатной плате (которая была бы большего размера), дайте мне знать. Имейте в виду, несколько лет назад IMU были больше и намного дороже

— скачок напряжения

9

Если вы имели в виду ваш вопрос как «почему мы не интегрируем их в полноценный SOC», то, боюсь, я не совсем отвечу на ваш вопрос ниже. Else:

В дополнение к причинам, уже приведенным здесь, они не просто требуют дополнительных шагов, а идут на компромиссы. Другими словами, ваша часть MEMS не будет настолько хорошей (или дешевой), когда она интегрирована с CMOS, чем была бы, если бы это было сделано с помощью отдельного процесса. CMOS также не будет так же хорош, как выделенный процесс CMOS (например, этапы нагрева вашей детали MEMS могут повлиять на допинговые профили ваших устройств CMOS. Многие этапы резки, такие как плазменное травление, DRIE и т. Д., Используют большие поля и могут вызвать зарядить, чтобы повредить устройства). Однако это сделано: возьмите этот пример с датчиков давления Melexis MLX90807 / MLX90808 ( источник ).

Из-за этого зачастую дешевле просто использовать разные процессы и подключать их в комплекте. Вот пример для mCube ( источник ). Вы можете увидеть два кубика на верхнем левом рисунке. Согласно источнику, верхняя матрица соединена с нижней через кремниевые переходы.

Пример, где соединительные провода используются для соединения нескольких кристаллов ( источник ):

— Джорен Ваес
источник

8

По той же причине, по которой вы не находите память DRAM внутри контроллеров: шаги процесса для их создания слишком отличаются от стандартного процесса CMOS.

Даже добавление чего-то вроде OTP к устройству может означать дополнительные 4 или 5 шагов процесса, которые делают чипы более дорогими.

Я не знаю, является ли EEPROM эффективным с точки зрения затрат или они добавляют их, потому что в противном случае они не могут конкурировать с микроконтроллерами, у которых они есть.

— Oldfart
источник

2

Там нет спроса на них.
Да, процессы отличаются. В MEMS используются такие технологические этапы, как DRIE и мокрое травление, которые не нужны для обычных микросхем. Включение этих шагов является (чрезвычайно) дорогостоящим.
Существующие компоненты не обходят эту проблему, они сосредоточены на том, чтобы быть компонентами, где есть достаточный спрос, чтобы (мы надеемся) компенсировать рост цены, вызванный дополнительными этапами процесса.

— DonFusili
источник

Я думаю, что первый пункт противоречит вторым двум. Похоже, проблема заключается в стоимости процесса, а не в спросе.

— Азси

1

Ну, они по своей сути связаны через спрос и предложение. В том числе процессы это дорого. В очень специфических случаях вы можете отыграть эти дорогостоящие шаги. Эти случаи определяются тем, насколько велик спрос. На потребительском рынке спрос будет определять, какие продукты поступают на этот рынок. Микросхемы - это преимущественно потребительский рынок.

— ДонФусили

0

Поскольку акселерометрам и гироскопам нужна инерционная масса, чем выше масса, тем выше чувствительность датчика. Чем выше масса, тем выше размеры. Включение в чип увеличивает стоимость больше, чем любая другая периферия.

— Дориан
источник