隧道式硅微加速度计的设计与仿真

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1、平时上课出勤及表现（20%）实验课出勤/实验结果检查/实验报告/期中测试（30%）课程结业试题理论/设计/总结报告（50%）课程最终成绩上面表格为该课程最终成绩记入方法。2013/2014学年第2学期《MEMSCAD》课程结业试题学院：班级及学号：姓名：本结业试题包括：一、理论部分；二、综合设计实验部分；三、本课程主要内容总结报告。理论试题部分（40分）综合设计实验仿真部分（40分）课程总结报告（20分）总分提交截止时间：2014年5月9日中午12：00点。拟题教师：谭秋林E-mail:tanqiu

2、lin@nuc.edu.cn2014-4-1017一、理论部分1、按您的理解，请阐述运用ANSYS软件进行分析求解问题的基本步骤和思路。结合本专业，谈谈其在所学专业中的应用。（10分）2、分别阐述INTELLISUITE和L-EDIT软件在微电子学专业中的作用和能完成的任务。说明用INTELLISUITE软件分析仿真工程问题时的基本步骤。（12分）3、请阐述用完全法（Full）进行多步载荷下的工程问题的求解基本思路与方法。（8分）4、按您的理解，请预测国内以及欧洲等发达国家在未来十年后MEMSCAD

3、技术的发展情况，目前中国与欧洲等发达国家存在的差距和需解决的技术瓶颈问题。（10分）二、综合性设计实验：隧道式硅微加速度计的设计与仿真图1加速度计的尺寸结构图图2加速度计结构顶视图题意：图为隧道电流式硅微加速度计的结构尺寸外型图，设计建立模型并求解。该隧道电流式加速度计的结构设计参数主要有：质量块边长L，质量块厚度h，梁宽w，梁长Ld，梁厚d，打折梁长L0。这些结构设计参数的取值受到的主要限制有：(1)现有硅制造工艺水平；(2)材料的钢度、强度；(3)加速度计量程。初始尺寸：（单位：um）质量块：正

4、方形边长a=980、厚度c=90悬臂梁：梁长L=1050、梁宽w=20、高d=25打折梁长：L1=50，支撑柱高50(为了方便观测，值取的较大)，底座高150求解：1）建立隧道电流式加速度计模型及进行合理的网格划分；（10分）2）对模型加载边界条件全约束和质量块150g的加速度，然后进行ANSYS求解分析，查看结构各部分的受力状况；（5分）3）求解六阶模态，并在word文档中保存其前六阶模态云图；（5分）4）采用完全法对加速度传感器模型进行瞬态分析。在结构敏感方向上（Z方向）加载一个持续时间为25μ

5、s的冲击加速度，值为200g。将载荷分为50个子步，画出其隧尖的最大位移曲线。（10分）5）用INTELLISUITE软件进行简单的工艺设计与仿真。（10分）三、请您针对本课程主要内容拟写总结报告，报告的第一部分为本课程的主要内容总结，第二部分请您谈谈你对本课程学习的认识与体会，并举例微电子研究中的一些具体应用。本题要求图片不能太大，该题总页数不能超过10页。（20分）17一、理论部分1、按您的理解，请阐述运用ANSYS软件进行分析求解问题的基本步骤和思路。结合本专业，谈谈其在所学专业中的应用（10

6、分）答：(A)在具体问题中运用ANSYS进行分析求解：第一步．首先对问题描述的思考分析，大致确定模型的框架，想清楚如何建立模型，怎么建立模型，确定模型建立的方法，建模方法有自底向上和自顶向下两种；第二步．在想好模型后，运用适当的方法，建立实体模型，在模型建立前应对具体模型采用合适的方法，这样有助于在建模过程中减少不必要的时间；第三步．模型建立后对模型进行网格的化分，建立有限元模型。其中网格划分有自由式网格划分和映射式网格划分两种。对具体模型恰当选取网格划分方法；第四步．进行对有限元模型行求解分析，首

7、先对模型施加约束与载荷条件，然后求解分析，其中求解分析包括静力学分析，模态分析以及瞬态分析等；第五步．最后进行后处理，获得求解分析结果，并对其进行观察与分析。(B)ANSYS在微电子学专业中的应用：微机电系统(MEMS)是一门新兴的技术，具有非常广阔的应用前景，近些年来MEMS越来越受到各国的重视。MEMS设计必须保证当载荷和温度在大范围内变化，能经受剧烈的冲击和震动，器件不发生损坏，因此对MEMS设计提出了高要求，为使这种体积纤小、结构精巧的微机电器件能够精确、可靠地工作，以适应恶劣环境，MEMS

8、设计者在设计中普遍采用FEA方法，借助软件对微机电系统的应力、变形、自振、热损失、流体压差与速度、电阻电导、电磁场干扰等的单场或多场耦合分析，评估微机电系统在各种特定环境与恶劣条件下的可靠性与耐用性。ANSYS独有的分析功能及场路结合分析法为MEMS设计者提供了良好的解决方案。ANSYS具有强大的三维建模能力，而且ANSYS可以对各种物理场进行分析，是目前位移能融合结构、热、电磁、流场、声学等为一体的有限元软件。除了常规的线性、非线性结构静力、动力分析之外还可以解决高