¿Por qué los acelerómetros (y otros dispositivos MEMS) rara vez se integran en los componentes?

Con la forma en que van las cosas, más y más funciones pasan a un solo chip cada año. Sin embargo, una cosa que parece permanecer completamente intacta son los dispositivos MEMS como acelerómetros y giroscopios.

A pesar de que muchas clases de dispositivos prácticamente requieren acelerómetros, la integración de MEMS en chips parece sorprendentemente rara, excepto por algunos valores atípicos costosos (y débiles) de ST y Bosch. Supongo que la razón es técnica.

En particular, estoy interesado en las siguientes preguntas:

  1. ¿Qué los hace tan raros?
  2. ¿Las diferencias de proceso tienen un impacto en esto?
  3. ¿Cómo los componentes que existen eluden estos problemas?
Además de las razones de proceso/costo que se mencionan a continuación, agregaría que probablemente no desee que un SoC integre esto. Por la misma razón que los fabricantes tienen múltiples variantes de acelerómetros en su catálogo: tienen diferentes especificaciones/precisión/precio/etc... y usted desea poder seleccionar el que mejor se adapte a sus necesidades. Tener el incorrecto integrado en el chip no sirve para nada, excepto para encarecerlo.
A veces ni siquiera integran chips MEMS en otros chips MEMS. Algunos de los tipos de sensores que menciona tienen varios dados interconectados dentro de un paquete.
Te refieres a IMU, los chips se integran a través de la unión de matrices. No todo el mundo tiene esa capacidad. Caro es un término relativo, creo que son baratos a solo 7 $. Si cree que podría integrar un aceleratómetro, un magnetómetro y un giroscopio en una PCB (que sería de mayor tamaño), hágamelo saber. Tenga en cuenta que hace unos años, las IMU eran más grandes y mucho más caras.

Respuestas (4)

Si quiso decir su pregunta como "¿por qué no los integramos en un SOC completo", entonces me temo que realmente no respondo su pregunta a continuación. Más:

Además de las razones ya dadas aquí, no solo requieren pasos adicionales, sino compromisos en los pasos. En otras palabras, su parte de MEMS no será tan buena (o tan barata) cuando se integre con CMOS de lo que sería si se hiciera con un proceso separado. El CMOS tampoco sería tan bueno como un proceso CMOS dedicado (por ejemplo, los pasos de calentamiento de su parte MEMS afectarían los perfiles de dopaje de sus dispositivos CMOS. Muchos pasos de corte como el grabado con plasma, DRIE, etc., usan campos grandes y pueden causar carga para dañar los dispositivos). Sin embargo, está hecho: tome este ejemplo de los sensores de presión Melexis MLX90807/MLX90808 ( fuente ).

Muere gráfico

Debido a esto, a menudo es más económico simplemente usar diferentes procesos y conectarse en el paquete. Aquí hay un ejemplo de mCube ( fuente ). Puedes ver dos morir en la imagen superior izquierda. Según la fuente, la matriz superior está conectada a la inferior con vías de silicio.

Morir conectado con bondwires

Un ejemplo en el que se utilizan cables de unión para interconectar múltiples dados ( fuente ):

ingrese la descripción de la imagen aquí

La misma razón por la que no encuentra memoria DRAM dentro de los controladores: los pasos del proceso para hacerlos son muy diferentes del proceso CMOS estándar.

Incluso agregar algo como OTP a un dispositivo puede significar 4 o 5 pasos de proceso adicionales, lo que hace que los chips sean más caros.

No sé si EEPROM es rentable o si los agregan porque de lo contrario no pueden competir con los microcontroladores que los tienen.

  1. No hay demanda para ellos.

  2. Sí, los procesos difieren. MEMS utiliza pasos de proceso como DRIE y grabado húmedo que no son necesarios para los circuitos integrados normales. Incluir estos pasos es (extremadamente) costoso.

  3. Los componentes existentes no eluden este problema, se enfocan en ser componentes donde hay suficiente demanda para (con suerte) compensar el aumento en el precio causado por tener los pasos adicionales del proceso.

Creo que el primer punto es una contradicción con los dos segundos. El problema parece ser el costo del proceso de costos, no la demanda.
Bueno, están inherentemente vinculados a través de la oferta y la demanda. Incluir los procesos es caro. En casos muy específicos se puede recuperar la inversión de contar con estos costosos pasos. Estos casos están determinados por la cantidad de demanda que hay. En un mercado impulsado por el consumidor, la demanda determinará qué productos se colocan en ese mercado. Los circuitos integrados son un mercado predominantemente impulsado por el consumidor.

Debido a que los acelerómetros y giroscopios necesitan una masa de inercia, cuanto mayor sea la masa, mayor será la sensibilidad del sensor. A mayor masa, mayores dimensiones. Incluirlo en un chip aumenta el costo más que cualquier otro periférico.

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