MEMS工藝模擬和有限元軟件接口研究.pdf

1、通過大量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)尋求MEMS器件或結(jié)構(gòu)的最佳工藝參數(shù)不僅代價(jià)昂貴、周期長、不確定因素多，而且難以對工藝的機(jī)理準(zhǔn)確理解。MEMS工藝模擬很好地彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)的不足，同時(shí)也方便設(shè)計(jì)者對設(shè)計(jì)的審查與改進(jìn)，提高了設(shè)計(jì)效率。MEMS工藝模擬是為了在實(shí)際加工前預(yù)測MEMS器件的實(shí)際結(jié)構(gòu)，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(jié)果應(yīng)該能夠正確表現(xiàn)經(jīng)過工藝加工后MEMS器件的真實(shí)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(jié)果主要被用于觀察實(shí)際加工后器件形貌并獲取工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，尚不能對實(shí)際器件的性能進(jìn)行分析。器件性能常采用有限元分析軟件，如ANSYS，進(jìn)行分析。但是，有限元分析軟件只有在預(yù)先知道模型參數(shù)的情況下，才能在有限元里進(jìn)行建模，進(jìn)而進(jìn)行仿真和分析。重要的問題是，因?yàn)榧庸すに嚭瓦^程的影響，所得到的結(jié)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(jìn)行仿真。 本論文的主要工作是設(shè)計(jì)了工藝

3、模擬軟件與有限元分析軟件的接口，從而實(shí)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(jié)果可以直接在有限元軟件中進(jìn)行分析。 使用ANSYS進(jìn)行分析必須通過構(gòu)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(gòu)建復(fù)雜的幾何模型，在ANSYS當(dāng)中很難完成。為此，我們設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)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(diǎn)，最終選擇了APDL接口和IGES接口作為研究對象；編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換的程序；在分析了目前關(guān)于（曲線）邊界輪廓提取的各種方法后，引進(jìn)了最大圈算法，解決了工藝模擬結(jié)果在有限元軟件中的模型重構(gòu)問題。最后以多個實(shí)例展示了所設(shè)計(jì)的軟件接口的應(yīng)用，結(jié)果表明所