MEMS CAD 结课作业

上面表格为该课程最终成绩记入方法。

2010/2011学年第2学期

《MEMS CAD》课程结业试题

学院：电子与计算机科学技术学院

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。

提交截止时间：2011年5月5日中午12：00点。

任课教师：

2011-4-12

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）

答：利用ansys软件来对具体问题进行分析

1)通过对问题描述的分析和构思，对要建立的模型有一个整体的框架，对如何建立，怎

么样建立要有充分的认识；

2)做好分析工作后，才去适当的方法，建立实体模型。建模方法有自底向上（首先建立

关键点，用这些点建立线、面等）和自顶向下（首先定义体（或面），然后对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状）；

3)对模型进行网格化分，形成有限元模型。其中网格划分包括自由式网格划分和映射式

网格划分；

4)对有限元模型施加约束与载荷进行求解分析，其中包括静力学分析，模态分析以及瞬

态分析等；

5)进入后处理器，获得计算结果，并对结果进行分析与观察。

Ansys在微电子学专业中的应用：

微机电系统(MEMS)是当今技术领域最热点之一；它采用先进的半导体工艺，将具有信号处理功能的智能机械结构集成在一块芯片中。MEMS 装置具有与传统的传感器和执行器等相同的功能，但比后者要小得多，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 工程师在设计中普遍采用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。

总之，ANSYS 独有的降阶分析功能及场路结合分析法为MEMS 中的路分析提供了良好的解决方案。ANSYS 自身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度非线性结构的动力分析，接都非线性及非线性屈曲分析。Ansys还有后处理功能，来进行观察分析结果。这对于MEMS的理解和应用都有着很大的帮助。

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。（16分）

答：IntelliSuite提供从概念设计到产品制造的MEMS解决方案。可进行多物理量的分析，其模拟和分析模块使用户无须进入实际生产即可评估所设计器件的工艺可行性和工作性能。它的突出特点是将著名的开发工具与先进的流水相结合，使MEMS产品迅速走向市场。具有多项领先技术和首要发明创新。软件可广泛运用于MEMS各个环节，是设计、分析、模拟仿真传感器、加速度计、激励器、生物微流体芯片、射频开关以及光学MEMS器件的强大工具。

L-Edit是针对版图设计而编制的应用软件。它允许生成和修改集成电路掩模版上的几何图形。用于MEMS版图设计，能完成集成电路设计、模拟验证、版图编辑和自动布局布线的任务，可以分层设计。同时它也可以模拟工艺过程。

INTELLISUITE软件分析仿真的步骤：（1）工艺设计：包括硅片的加工、玻璃片的加工以及键合/封装工艺；（2）工艺仿真：用mask创建掩膜图形，用IntelliFab进行工艺仿真。①定义一个硅片；②清洗所定义的硅片；③在硅片底部淀积一层SiO2；④再在其上淀积一层光刻胶；⑤清洗光刻胶；⑥刻蚀SiO2；⑦刻蚀硅片；⑧清洗全部的光刻胶；

⑨刻蚀掉全部的SiO2。根据需要可以进行各种工艺。

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。（6分）答：一个载荷步是指边界条件和载荷选项的一次设置，用户可对此进行一次或多次求解。1）多次求解方法

缺点：用户必须等到每一次求解完成后才能定义下一次载荷步（除非使用批处理方法）

注意：只有在不离开求解过程时，此方法才有效。否则，必须指示程序进行重启动

a.定义第一个载荷步并存盘；

b.进行求解；

c.不要退出求解器，按需要为第二次求解改变载荷步并存盘；

d.进行求解；

e.不要退出求解器，继续进行步骤3和步骤4直到所有的载荷步完成；

f.进行后处理

2）载荷步文件方法，当用户想离开计算机时，使用此方法求解多重载荷步是很方便的

程序将每个载荷步写到一个载荷步文件，此文件名为jobname.sxx（sxx 为载荷步号），然后使用一条命令，读进每个载荷步文件并开始求解

a.定义第一个载荷步

b.将边界条件写进文件Main Menu: Solution >-Load Step Opts- Write LS File (jobname.sxx)…

c.为了进行第二次求解按需要改变载荷条件

d.将边界条件写到第二个文件

e.利用载荷步文件进行求解Main Menu: Solution > -Solve- From LS Files (jobname.sxx)…

以上是用完全法（Full）进行多步载荷下的工程问题的求解的两种方法。

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MEMS CAD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。（8分）

答：MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统）是多种学科交叉融合并具有战略意义的前沿高技术，是未来的主导产业之一。MEMS以其微型化的优势，在汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域有着极为广阔的应用前景。在国内外市场中MEMS的研究早已经成为重点研究的科技方向之一，MEMS器件的设计需要综合多学科理论分析,这大大增加了设计参数选择的难度,常规分析计算已无法应付设计需求。幸运的是当今计算机技术的进步使得CAD技术在器件设计中得到广泛的应用,2D和3D计算机绘图技术的发展使我们能够对复杂的MEMS结构及版图进行计算机设计,有限元技术的应用使得我们可以用精确的计算机数值求解方法来分析和预测器件的性能。对器件工作的静态、