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

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

A pesar de que muchas clases de dispositivos requieren prácticamente acelerómetros, la integración de MEMS en chips parece sorprendentemente rara, excepto por algunos valores atípicos caros (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 evitan estos problemas?

Si se refería a 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 es que no solo requieren pasos adicionales, sino compromisos en los pasos. En otras palabras, su parte 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 por plasma, DRIE, etc., usan campos grandes y pueden causar cargar para dañar los dispositivos). Sin embargo, ya está hecho: tome este ejemplo de los sensores de presión Melexis MLX90807 / MLX90808 ( fuente ).

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

Un ejemplo donde los cables de enlace se utilizan para interconectar múltiples matrices ( fuente ):

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 que hacen que los chips sean más caros.

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

1. No hay demanda para ellos.

2. Sí, los procesos difieren. Los MEMS utilizan 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 centran en ser componentes donde hay suficiente demanda para (con suerte) compensar el aumento en el precio causado por tener los pasos adicionales del proceso.

Debido a que los acelerómetros y giroscopios necesitan una masa inercial, 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.