MEMS工藝模擬和有限元軟件接口研究.pdf

1、通過大量重復性實驗尋求MEMS器件或結構的最佳工藝參數(shù)不僅代價昂貴、周期長、不確定因素多，而且難以對工藝的機理準確理解。MEMS工藝模擬很好地彌補了實驗的不足，同時也方便設計者對設計的審查與改進，提高了設計效率。MEMS工藝模擬是為了在實際加工前預測MEMS器件的實際結構，尤其是非理想邊界，例如邊緣，拐角，溝槽形貌等，工藝模擬的結果應該能夠正確表現(xiàn)經(jīng)過工藝加工后MEMS器件的真實形狀。 但是，目前在MEMS CAD及其器件性能分

2、析方面存在著一個很大的缺憾是：MEMS工藝模擬的結果主要被用于觀察實際加工后器件形貌并獲取工藝設計參數(shù)，尚不能對實際器件的性能進行分析。器件性能常采用有限元分析軟件，如ANSYS，進行分析。但是，有限元分析軟件只有在預先知道模型參數(shù)的情況下，才能在有限元里進行建模，進而進行仿真和分析。重要的問題是，因為加工工藝和過程的影響，所得到的結果往往是不規(guī)則的，無法直接在有限元軟件中建模，更無法對其進行仿真。 本論文的主要工作是設計了工藝

3、模擬軟件與有限元分析軟件的接口，從而實現(xiàn)了從工藝模擬到有限元分析的無縫對接。通過APDL接口，工藝模擬的結果可以直接在有限元軟件中進行分析。 使用ANSYS進行分析必須通過構建（三維）幾何模型，雖然其本身附帶（三維）建模模塊，但其建模能力與其他三維造型軟件如Pro/Engineer、UG和CATIA等相比，還是有一定的差距。而且對于構建復雜的幾何模型，在ANSYS當中很難完成。為此，我們設計了另一個軟件接口IGES，使之可以在多

4、種CAD（AutoCAD，UG等）軟件中進行建模，這樣可以減少建模的周期，提高建模效率，這對了解實際器件的性能有較大的幫助。 論文首先介紹了各種數(shù)據(jù)接口的知識，比較了各接口的優(yōu)缺點，最終選擇了APDL接口和IGES接口作為研究對象；編程實現(xiàn)了數(shù)據(jù)接口轉換的程序；在分析了目前關于（曲線）邊界輪廓提取的各種方法后，引進了最大圈算法，解決了工藝模擬結果在有限元軟件中的模型重構問題。最后以多個實例展示了所設計的軟件接口的應用，結果表明所