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标题: 微机电系统CAD的研究概况 [打印本页]

作者: soft 时间: 2010-10-19 20:57
标题: 微机电系统CAD的研究概况
MEMS技术涉及力学、流体力学、热学、电学和电磁学等多学科交叉问题,MEMS器件作为一种新兴器件,其设计已不再是传统意义上的设计,而是包含了新工作原理的研究和新器件结构的开发。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、准静态和动态模拟成为可能。从而使我们能够对MEMS器件结构和工艺进行计算机模拟和设计优化。国外在90年代初就研究了用于硅压力传感器设计的MEMSCAD软件(CAEMEMS)。在MEMS的工艺模拟、器件的建模、分析模拟以及设计优化方面,90年代中期,IntelliSense公司和Microcosm Technologies公司已开始提供商业专业软件Intel liSuite和MEMCAD,可用于三维MEMS的工艺和器件模拟及设计优化。其中,Microcosm开发的MEMS计算机辅助设计分析集成工具MEMCAD现已发展到4.5版本。Illinois大学开发的ACES软件可用于硅湿法腐蚀、砷化镓湿法腐蚀和RIE腐蚀工艺的模拟,应用ACES可根据设计的版图和刻蚀条件得出腐蚀后的三维MEMS结构,ACES beta1和beta2还作为免费软件在国际互连网上提供下载。除了专业软件外,许多有限元分析软件已用于MEMS器件的建模、分析和模拟,其中ANSYS作为大型有限元分析软件在MEMS器件的设计和模拟方面的成功应用,已得到MEMS设计者的青睐。ANSYS软件包包含了力、热、声、流体、电、电磁等分析模块,其耦合场分析部分还包含了MEMS器件常用的压电分析。其流体分析模拟模块ANSYS/FLOTRAN已成为国际默认的MEMS流体模拟分析标准软件。鉴于MEMS计算机设计和模拟技术的应用需求,许多通用软件也已应用于MEMS设计和模拟,如AutoCAD用于MEMS结构设计和建模;TannerTools Pro为MEMS提供版图设计、MatLab用于模拟数据的后处理和图形化;Cadence用于接口电路的设计模拟等。一些软件还为MEMS应用进行了改进,最近Analogy和Microcosm Technologies宣布共同开发AutoMM/Saber软件,该软件将为MEMS计算机模拟提供从EDA(Elect ronic DesignAutomation)到MDA(Mechanical DesignAutomation)的桥梁,Microcosm的3D MEMCAD和Analogy的MAST HDL(Hardware Description Language)结合而成的Saber软件已经为Analog Devices的ADXL系列汽车气囊加速度传感器提供了成功的模拟。由于MEMS软件工具较为完善,由于计算机模拟和设计优化能够大大缩短新型MEMS器件的研制周期、有效地减少研制成本和提高器件的性能,在MEMS器件的研制中,计算机设计和模拟技术目前已被广泛采用。有关研究成果经常在学术刊物上报道。

国外在开展微机电系统研究的初期就非常重视有关CAD系统的研究。从上世纪80年代开始，已开发出一些较为完整的CAD系统，这些系统对促进MEMS的研究进展，使之从实验室走向工业化起了很大的作用。除上面已经提到的，比较有代表性的还有：美国麻省理工学院（MIT）和微观世界公司（Microcosm）开发的MEMS-CAD、Michigan大学开发的CAE(ComputerAided Engineer)MEMS、智能传感器公司(IntelliSense)开发的Intelli CAD和瑞士联邦技术研究所开发的SOLIDIS美国Coventor公司的CoventorWare等系统。

微机电系统的研究人员在进行系统设计时，希望在试制之前，能够在计算机上首先进行虚拟样机的结构设计，能对MEMS的各种参数进行优化，对其性能进行分析和计算，在设计阶段就能够对各种设计方案进行分析、比较和验证。这样可以提高设计质量，降低成本，缩短研制周期。因此CAD技术成为MEMS研制过程中一个不可缺少的手段。

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