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MEMS CAD/CAE系统主要有两个方面应用:一是MEMS器件的计算机辅助制造,二是MEMS器件的设计与分析。目前,工艺模拟是MEMS器件计算机辅助制造的主要内容,MEMS器件的设计与分析主要包括器件级和系统级模拟。因为加工过程的各向同性和各向异性以及复杂的结构,使得实际MEMS器件表面及台阶处的形貌非理想化,工艺模拟目标是准确地预测了这些实际情况。但是,目前的设计分析工具都不能够直接输入这些实际的器件形貌,而是进行了理想化的近似。因此,分析结果和实际器件的性能存在误差。
本研究课题以MEMS器件工艺模拟结果为基本输入信息,以有限元分析工具为MEMS器件设计与分析工具,通过数据转换与处理,形成有限元设计与分析软件能够识别的数据格式,将工艺模拟与器件分析进行了有机的级连,实现针对实际器件形貌的器件性能分析。
MEMSI艺模拟软件以点云来表示模拟所得结果,点云模型运用三维空间的离散点集来表示物体。但是,点云模型缺乏必要的拓扑信息,使用有限元分析软件ANSYS无法直接对点云数据进行分析。ANSYS本身附带有三维建模模块,可以用于对点云数据进行实体建模操作,但其建模能力与流行三维造型软件如Pro/Engineer、UG和CATIA等相比,还是有一定的差距。对于复杂的几何模型,在ANSYS中很难构建成功。本课题中我们以逆向造型软件UG作为工艺模拟软件和ANSYS连接的中间软件,通过UG对工艺结果进行实体建模,然后再将实体模型导入ANSYS中对其进行有限元分析,得出对应的性能参数,从而更准确的预测出实际器件的性能。
论文首先介绍了MEMS工艺模拟的相关知识,将工艺模拟结果和理想结果进行了比较,并对将工艺模拟结果导入其他软件中的接口进行了说明。第二,通过对点云模型的三角化来实现工艺模拟结果的可视化,从而更直观地显示出工艺模拟结果,预测出实际工艺结果的形貌。第三,通过Imageware和UG对工艺模拟结果进行逆向造型,生成实体模型。最后,对实体模型进行有限元分析,并将分析结果与理想模型的分析结果进行比较。对比结果表明,仅仅对理想模型进行性能分析还不能满足需求,必要的时候我们要对工艺模拟结果进行分析,以更好地预测器件的性能。