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

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Mit der Art und Weise, wie sich die Dinge entwickeln, wird jedes Jahr mehr und mehr Funktionalität auf einen einzigen Chip übertragen. Eine Sache, die davon jedoch völlig unberührt zu bleiben scheint, sind MEMS-Geräte wie Beschleunigungsmesser und Gyros.

Trotz vieler Geräteklassen, die praktisch Beschleunigungsmesser erfordern, scheint die Integration von MEMS in Chips erstaunlich selten zu sein, mit Ausnahme einiger teurer (und schwacher) Ausreißer von ST und Bosch. Ich nehme an, der Grund ist technisch.

Insbesondere interessieren mich folgende Fragen:

Was macht sie so selten?
Haben Prozessunterschiede einen Einfluss darauf?
Wie umgehen die vorhandenen Komponenten diese Probleme?

— Azsgy
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Zusätzlich zu den unten genannten Prozess- / Kostengründen möchte ich hinzufügen, dass Sie wahrscheinlich nicht möchten, dass ein SoC dies integriert. Aus dem gleichen Grund, dass Hersteller mehrere Varianten von Beschleunigungsmessern in ihrem Katalog haben: Sie haben unterschiedliche Spezifikationen / Genauigkeit / Preis / usw. ... und Sie möchten diejenige auswählen können, die Ihren Anforderungen entspricht. Die falsche in den Chip integriert zu haben, dient keinem anderen Zweck, als ihn teurer zu machen.

— schwächer verlorenes Vertrauen in SE

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Manchmal integrieren sie nicht einmal MEMS-Chips in andere MEMS-Chips. Einige der von Ihnen erwähnten Sensortypen enthalten mehrere miteinander verbundene Würfel in einem Paket.

— Spehro Pefhany

Sie meinen IMUs, die Chips werden über Die Bonding integriert. Nicht jeder hat diese Fähigkeit. Teuer ist ein relativer Begriff, ich denke, sie sind billig bei nur 7 $. Wenn Sie der Meinung sind, dass Sie einen Beschleunigungsmesser, einen Magnetometer und einen Kreisel auf einer Leiterplatte (die größer wäre) integrieren könnten, lassen Sie es mich wissen. Denken Sie daran, vor ein paar Jahren waren IMUs größer und viel teurer

— Voltage Spike

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Wenn Sie Ihre Frage als "Warum integrieren wir sie nicht in einen vollständigen SOC" gemeint haben, dann fürchte ich, dass ich Ihre Frage unten nicht wirklich beantworte. Sonst:

Zusätzlich zu den hier bereits genannten Gründen ist, dass sie nicht nur zusätzliche Schritte erfordern, sondern auch Kompromisse bei den Schritten eingehen. Mit anderen Worten, Ihr MEMS-Teil ist bei Integration in CMOS nicht so gut (oder so billig) wie bei einem separaten Prozess. Das CMOS wäre auch nicht so gut wie ein dedizierter CMOS-Prozess (zum Beispiel würden Heizschritte Ihres MEMS-Teils die Dotierungsprofile Ihrer CMOS-Geräte beeinflussen. Viele Schneidschritte wie Plasmaätzen, DRIE usw. verwenden große Felder und können dazu führen aufladen, um Geräte zu beschädigen). Es ist jedoch geschafft: Nehmen Sie dieses Beispiel von den Drucksensoren Melexis MLX90807 / MLX90808 ( Quelle ).

Aus diesem Grund ist es oft billiger, nur verschiedene Prozesse zu verwenden und das Paket zu verbinden. Hier ist ein Beispiel für mCube ( Quelle ). Im Bild oben links sehen Sie zwei Würfel. Je nach Quelle ist der obere Chip mit dem unteren Chip durch Durchkontaktierungen mit Silizium verbunden.

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

— Joren Vaes
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Der gleiche Grund, warum Sie keinen DRAM-Speicher in Controllern finden: Die Prozessschritte, um diese zu erstellen, unterscheiden sich zu stark vom Standard-CMOS-Prozess.

Selbst das Hinzufügen von OTP zu einem Gerät kann zusätzliche 4 oder 5 Prozessschritte bedeuten, wodurch die Chips teurer werden.

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

— Alter Furz
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Es gibt keine Nachfrage nach ihnen.
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.
Die vorhandenen Komponenten umgehen dieses Problem nicht, sondern konzentrieren sich darauf, Komponenten zu sein, bei denen genügend Nachfrage besteht, um (hoffentlich) den Preisanstieg auszugleichen, der durch die zusätzlichen Prozessschritte verursacht wird.

— DonFusili
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Ich denke, der erste Punkt ist ein Widerspruch zu den zweiten beiden. Das Problem scheinen die Kosten des Prozessprozesses zu sein, nicht die Nachfrage.

— Azsgy

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Nun, sie sind von Natur aus durch Angebot und Nachfrage verbunden. Das Einbeziehen der Prozesse ist teuer. In ganz bestimmten Fällen können Sie die Investition in 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 vorwiegend verbraucherorientierter Markt.

— DonFusili

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

— Dorian
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