Warum werden Beschleunigungsmesser (und andere MEMS-Geräte) so selten in Komponenten integriert?

So wie sich die Dinge entwickeln, werden jedes Jahr mehr Funktionen in einen einzigen Chip integriert. Eine Sache, die davon jedoch völlig unberührt zu bleiben scheint, sind MEMS-Geräte wie Beschleunigungsmesser und Gyroskope.

Obwohl viele Geräteklassen praktisch Beschleunigungsmesser erfordern, scheint die Integration von MEMS in Chips erstaunlich selten zu sein, abgesehen von ein paar teuren (und schwachen) Ausreißern von ST und Bosch. Ich nehme an, der Grund ist technischer Natur.

Insbesondere interessieren mich folgende Fragen:

  1. Was macht sie so selten?
  2. Haben Prozessunterschiede einen Einfluss darauf?
  3. Wie umgehen die vorhandenen Komponenten diese Probleme?
Zusätzlich zu den unten genannten Prozess-/Kostengründen möchte ich hinzufügen, dass Sie wahrscheinlich nicht möchten , dass ein SoC dies integriert. Aus dem gleichen Grund, aus dem Hersteller mehrere Varianten von Beschleunigungsmessern in ihrem Katalog haben: Sie haben unterschiedliche Spezifikationen/Genauigkeit/Preis/etc... und Sie möchten in der Lage sein, denjenigen auszuwählen, der Ihren Anforderungen entspricht. Das falsche in den Chip integriert zu haben, hat keinen Zweck, außer es zu verteuern.
Sie integrieren manchmal nicht einmal MEMS-Chips in andere MEMS-Chips. Einige der von Ihnen erwähnten Sensortypen haben eine Reihe miteinander verbundener Chips in einem Paket.
Du meinst IMU's, die Chips werden per Die-Bonding integriert. Nicht jeder hat diese Fähigkeit. Teuer ist ein relativer Begriff, ich denke, sie sind mit nur 7 $ billig. Wenn Sie denken, dass Sie einen Beschleunigungsmesser, ein Magnetometer und einen Kreisel auf einer Leiterplatte (die größer wäre) integrieren könnten, lassen Sie es mich wissen. Denken Sie daran, dass IMUs vor einigen Jahren größer und viel teurer waren

Antworten (4)

Wenn Sie Ihre Frage so gemeint haben, "warum integrieren wir sie nicht in ein vollständiges SOC", dann beantworte ich Ihre Frage unten leider nicht wirklich. Anders:

Zusätzlich zu den hier bereits genannten Gründen erfordern sie nicht nur zusätzliche Schritte, sondern Kompromisse bei den Schritten. Mit anderen Worten, Ihr MEMS-Teil wird nicht so gut (oder billig) sein, wenn es mit CMOS integriert wird, als wenn es mit einem separaten Prozess hergestellt würde. Das CMOS wäre auch nicht so gut wie ein dedizierter CMOS-Prozess (zum Beispiel würden Erwärmungsschritte Ihres MEMS-Teils die Dotierungsprofile Ihrer CMOS-Bauelemente beeinflussen. Viele Schneideschritte wie Plasmaätzen, DRIE usw. verwenden große Felder und können verursachen Ladung, um Geräte zu beschädigen). Es ist jedoch getan: Nehmen Sie dieses Beispiel von den Drucksensoren Melexis MLX90807/MLX90808 ( Quelle ).

Die Grafik

Aus diesem Grund ist es oft billiger, einfach verschiedene Prozesse zu verwenden und im Paket zu verbinden. Hier ist ein Beispiel von mCube ( Quelle ). Sie können zwei Würfel im oberen linken Bild sehen. Laut Quelle ist der obere Die mit dem unteren mit Through-Silicon-Vias verbunden.

Die mit Bonddrähten verbunden

Ein Beispiel, bei dem Bonddrähte verwendet werden, um mehrere Chips miteinander zu verbinden ( Quelle ):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Derselbe Grund, warum Sie keinen DRAM-Speicher in Controllern finden: Die Prozessschritte, um diese herzustellen, unterscheiden sich zu sehr vom Standard-CMOS-Prozess.

Sogar das Hinzufügen von etwas wie OTP zu einem Gerät kann 4 oder 5 zusätzliche Prozessschritte bedeuten, was die Chips teurer macht.

Ich weiß nicht, ob EEPROM nur ungefähr kosteneffektiv ist oder ob sie diese hinzufügen, weil sie sonst nicht mit Mikrocontrollern konkurrieren können, die sie haben.

  1. Es gibt keine Nachfrage nach ihnen.

  2. Ja, Prozesse unterscheiden sich. MEMS verwenden Prozessschritte wie DRIE und Nassätzen, die für normale ICs nicht benötigt werden. Das Einbeziehen dieser Schritte ist (extrem) kostspielig.

  3. Die vorhandenen Komponenten umgehen dieses Problem nicht, sie konzentrieren sich darauf, Komponenten zu sein, bei denen genügend Nachfrage vorhanden ist, um (hoffentlich) die Preiserhöhung auszugleichen, die durch die zusätzlichen Prozessschritte verursacht wird.

Ich denke, der erste Punkt ist ein Widerspruch zu den zweiten beiden. Das Problem scheinen die Prozesskosten zu sein, nicht die Nachfrage.
Nun, sie sind von Natur aus durch Angebot und Nachfrage miteinander verbunden. Das Einbeziehen der Prozesse ist teuer. In ganz bestimmten Fällen können Sie die Investition für diese teuren Schritte zurückgewinnen. Diese Fälle werden durch die Nachfrage bestimmt. In einem verbraucherorientierten Markt bestimmt die Nachfrage, welche Produkte auf diesen Markt gebracht werden. ICs sind ein überwiegend verbrauchergesteuerter Markt.

Da die Beschleunigungsmesser und Kreisel eine Trägheitsmasse benötigen, ist die Empfindlichkeit des Sensors umso höher, je höher die Masse ist. Höher die Masse, höher die Dimensionen. Das Einbeziehen in einen Chip erhöht die Kosten mehr als jedes andere Peripheriegerät.

Warum werden Beschleunigungsmesser (und andere MEMS-Geräte) so selten in Komponenten integriert?
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