MEMS工艺模拟和有限元软件接口研究

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1、摘要通过大量重复性实验寻求MEMS器件或结构的最佳工艺参数不仅代价昂贵、周期长、不确定因素多，而且难以对工艺的机理准确理解。MEMS工艺模拟很好地弥补了实验的不足，同时也方便设计者对设计的审查与改进。提高了设计效率。MEMS工艺模拟是为了在实际加工前预测MEMS器件的实际结构，尤其是非理想边界，例如边缘，拐角，沟槽形貌等，工艺模拟的结果应该能够正确表现经过工艺加工后MEMS器件的真实形状。但是，目前在MEMSCAD及其器件性能分析方面存在着一个很大的缺憾是：MEMS工艺模拟的结果主要被用于观察实际加工后器件形貌并获取工艺

2、设计参数，尚不能对实际器件的性能进行分析。器件性能常采用有限元分析软件，如ANSYS，进行分析。但是，有限元分析软件只有在预先知道模型参数的情况下，才能在有限元里进行建模，进而进行仿真和分析。重要的问题是，因为加工工艺和过程的影响。所得到的结果往往是不规则的，无法直接在有限元软件中建模，更无法对其进行仿真。本论文的主要工作是设计了工艺模拟软件与有限元分析软件的接口，从而实现了从工艺模拟到有限元分析的无缝对接。通过APDL接口，工艺模拟的结果可以直接在有限元软件中进行分析。使用ANSYS进行分析必须通过构建(三维)几何模型

3、，虽然其本身附带(三维)建模模块．但其建模能力与其他三维造型软件如Pro／Engineer、UG和CATIA等相比，还是有一定的差距。而且对于构建复杂的几何模型，在ANSYS当中很难完成。为此，我们设计了另一个软件接口IGES，使之可以在多种CAIXAutoCAD,UG等)软件中进行建模，这样可以减少建模的周期，提高建模效率，这对了解实际器件的性能有较大的帮助。论文首先介绍了各种数据接口的知识，比较了各接口的优缺点，最终选择了APDL接口和IGES接口作为研究对象；编程实现了数据接口转换的程序；在分析了目前关于(曲线)边

4、界轮廓提取的各种方法后，引进了最大圈算法，解决了工艺模拟结果在有限元软件中的模型重构问题。最后以多个实例展示了所设计的软件接口的应用，结果表明所设计的软件接口能很好的实现了工艺模拟软件和有限元软件的对接，这对实现MEMSCAD体系化具有重要的促进作用。关键词：MEMS工艺模拟，有限元分析，软件接口，CAD体系化AbstractAlargenumberofrepetitiveexperimentstofindthebestprocessparameters0fMEMSdeviceorstructure,notonlYlon

5、gandCOstly'manyuncertaintiesanddifficulttoprocessallaccurateunderstandingofthemechanism．MEMSprocesssimulationisagoodwaytomakeupf．0rtheinadequacyoftheexperiment,butalsofacilitatethedesignoftheDesignertoreviewandimprove．Processsimulationforpredictionintheactualproc

6、essingbeforetheactualstructureofMEMSdevices．particularlynon—idealboundaries。suchastheedgeofthecomer,trenchmorphology,theresultsofprocesssimulationshouldbeabletorightaftertheperformance0fM[EMSdevicesafterprocessingtherealshape．Soprocesssimulationsoftwarehavebecome

7、abddgebetweenHowever,onebigflawofprocesssimulationsoftwareisthat：itonlyshowstheresultsofprocesssimulation,butnottheactualdeviceperformanceanalysis．Therefore．theactualperformanceofthedevicemustbecarriedoutthroughathirdpartyanalysissoftware．suchasANSYSorCOVENToR．In

8、addition,thereiSafiniteelementsoftwarebiggestdrawbacksisthatitCanonlyknowinadvancethecaseofthemodelparametersCanbecarriedoutinthefiniteelementsimulationandanal