基于MEMS CAD加工工艺仿真研究

在MEMS设计中需要解决工艺设计的问题,基于MEMS CAD软件对MEMS关键加工工艺进行仿真研究,对于MEMS工艺水平的提高有着重要的意义.本文首先探讨了MEMS加工工艺种类和工艺建模,然后以单晶硅各向异性腐蚀为例,借助MEMS CAD软件ACES对硅的湿法腐蚀工艺情况进行了仿真,其仿真结果对于基于MEMS CAD加工工艺进一步研究有一定的参考价值.     

低驱动电压k波段电容耦合式RFMEMS开关的设计

设计了一种低驱动电压的电容耦合式射频微机械(RF MEMS)开关.RF MEMS开关采用共面波导传输线,双电极驱动,悬空金属膜采用弹性折叠梁支撑.使用MEMS CAD软件CoventorWare、微波CAD软件HFSS,分别仿真了开关的力学性能和电磁性能,仿真结果表明:开关的驱动电压为2.5V,满足低驱动电压的设计目标;开关开态的插入损耗约为0.23 dB@20 GHz,关态的隔离度约为18.1 dB@20 GHz.最后给出了这种RF MEMS开关的微制造工艺.     

KOH湿法腐蚀中防金属腐蚀工艺研究

介绍了一种采用PROTEK材料作为保护层,在MEMS器件体硅湿法腐蚀加工工艺中保护金属电极的新工艺。采用这种新的工艺可以在MEMS体硅工艺传感器的加工过程中,完成所有IC工艺的加工后再进行MEMS体硅工艺的加工。实验结果表明:采用这种新的材料进行KOH腐蚀工艺的金属表面保护,既可以提高工艺加工效率,又可以提高工艺加工质量。该工艺可以广泛应用于MEMS体硅工艺中KOH湿法腐蚀的工艺加工,也可以应用于光电子器件的工艺加工。     

MEMS薄膜热流传感器研制

基于微加工技术设计制备了一种微机电系统(MEMS)薄膜热流传感器。采用COMSOL软件,对不同结构参数MEMS薄膜热流计进行仿真模拟,通过对仿真结果对比和分析,优化热流传感器的设计参数。根据优化的设计参数利用MEMS工艺制备薄膜热流计。搭建了标定系统,对所制备的MEMS薄膜热流计进行性能测试和标定。实验结果表明:薄膜热流计的电压输出响应曲线的变化趋势和仿真结果一致,此外,薄膜热流计的输出电压和热流密度呈良好的线性关系。     

基于IP库的MEMS设计系统

针对MEMS设计系统中机械性能仿真不足、设计与加工脱节、缺少工艺验证等问题,借鉴了IC设计可重用思想,引入了具有知识产权的功能模块--IP的概念,提出了基于IP库的MEMS设计方法.该方法是Top-Down和Bottom-Up设计相结合的方法,其核心是MEMS IP库,关键技术包括IP库、虚拟工艺、虚拟运行等,分别对应IP管理、工艺级仿真系统以及器件行为级仿真系统.最后以电容式微加速度计设计为例,对双梁、四梁、疏齿等6种不同的结构分别进行了设计仿真、流水加工,封装和测试的过程,完成了器件从设计到成品的整个流程,验证了本文提出的设计方法和设计系统的有效性和正确性.     

针对不同类型热敏MEMS器件的高性能前置放大器设计

针对不同应用的热敏MEMS器件的界面电路设计高性能放大器,提出建立与CMOS工艺兼容的热敏MEMS器件前置放大器的IP库的概念。通过提取相关热敏器件的典型参数,设计低功耗、低噪声且分别符合精度和速度等特殊要求的前置放大器,对3种不同结构的放大器进行分析研究,并利用Cadence软件,基于CSMC 0.5μm标准CMOS工艺库进行设计仿真。仿真结果表明:3种不同结构的放大器可以用于相应性能要求的热敏MEMS器件中。     

三维轻量化模型在制造工艺上的应用

由于工艺数据比设计数据更加庞大,同时在产品设计过程使用众多的三维设计软件,工艺如何和三维CAD进行集成,工艺如何基于三维CAD进行加工工艺设计和装配工艺设计,如何利用三维模型的信息完整、可视的独特优势提高工艺编制的质量和效率,并实现产品模型信息的统一,对于数字化制造具有重要意义。文中重点描述使用三维轻量化技术实现工艺设计的原则和应用场景。     

MEMS降阶宏模型仿真平台研究

随着MEMS系统级设计成为研究的热点,MEMS系统级CAD的开发日益重要.论文介绍了一种基于降阶宏模型MEMS系统级仿真平台,通过有限元方法提取MEMS器件几何物理数据.建立MEMS器件有限元模型.利用Krylov子空间算法缩聚自由度建立宏模型,通过系统级仿真平台对此进行系统级仿真. 整个流程通过VC++编译器调用ANSYS、嵌入封装的算法动态链接库、集成SIMULINK系统仿真器完成.并用双端固支梁实例对所有模块加以验证,仿真结果准确,计算效率较高.     

基于窄带水平集的三维平面工艺模拟系统

表面工艺是MEMS制造的一种重要方法,实现其加工过程的计算机仿真可以为相关MEMS工艺研究和器件开发提供技术支持,减少相关MEMS产品的开发成本,缩短其开发周期.基于窄带水平集算法完成了表面加工工艺的三维表面工艺模拟系统.窄带水平集算法稳定,计算速度快处理拓扑变形非常灵活,本文将其应用于该软件仿真系统中,并进行了一列的仿真实验,将仿真结果与实际的流片电镜图对比,验证了仿真系统的精确性.     

基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作

惯性开关是一种感受惯性加速度,执行开关机械动作的精密惯性装置.选用典型的"弹簧-质量-阻尼"结构,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1gn～30gn)微惯性开关.惯性敏感单元由一个方形质量块和支撑它的两根螺旋梁组成,采用ANSYS有限元软件对其进行了仿真分析.采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀...     

基于UG的采煤机防爆盖板三维标注及数控工艺研究

随着三维CAD技术的发展,产品制造信息在三维模型和二维图纸之间的反复传递,严重影响了产品制造信息的正确、快速传递。基于三维产品制造信息技术,以采煤机防爆盖板为例,在UG NX10.0中建立了防爆盖板的三维模型并进行了三维标注,设计了加工工艺路线,规划了数控加工刀具轨迹,进行了加工仿真,验证了数控加工的正确性,在此基础上完成了采煤机防爆盖板的三维工艺式设计。该研究对基于模型定义的数字化设计与制造研究,实现制造业信息化具有重要意义。     

低能气相腐蚀系统的建模与仿真

低能气相腐蚀系统在微电子机械系统(MEMS)生产工艺中的应用非常广泛,但是该系统的设计和开发十分复杂。为了降低系统设计的复杂度和生产成本,对低能气相腐蚀系统进行了基于可视化开发工具Lab VIEW的建模和仿真。以Xe F2腐蚀MEMS中的无定形硅为例,对腐蚀速率、时间与腐蚀效果之间的关系进行了研究,重点分析和讨论了建模中需要解决的三个重要问题:循环控制回路中交换腔气体压强的计算方法、恒定腐蚀速率下腐蚀气体压强的计算方法以及非晶硅牺牲材料表面积与时间的关系。根据对反应趋势的计算结果进行仿真,表明在腐蚀一个微结构的过程中,腐蚀速率能够维持恒定。仿真结果验证了该方法可以快速模拟真实的低能气相腐蚀环境,具有准确性和可行性,为后期系统的设计和开发提供了数据参考和技术指导。     

基于图形软件CADtool的冷冲模CAD系统

本文介绍了一套基于国产绘图软件的冷冲模CAD系统。分析了对典型冷冲压模具进行智能设计时软件应具有的功能模块及其逻辑结构；探讨了智能生成模具加工工艺过程卡的查询生成法和工步拼装生成法。     

一种可支持任意流程的MEMS设计工具

当前MEMS CAD软件中可以支持的设计流程比较固定和单一,已不能完全满足由MEMS器件种类日益增多所带来的设计新需求.论文提出了一种可支持任意流程的MEMS设计方法,并基于此建立了设计工具原型系统.该方法采用通用的系统级、器件级和工艺级的三级架构,但以网表、标准格式的实体模型和版图文件分别作为这三个级别设计数据的出入口.设计了相应的信息提取算法及程序,实现了任意两个级别之间的数据自动传递,从而可以支持在该架构下的全部六种设计流程.尤其是由系统级到器件三维实体再到工艺版图的设计流程为国际上率先实现,其从功能逐步综合到器件结构,可有效减少设计的迭代次数.设计实例表明,基于该工具可以针对不同的MEMS器件选择最优的设计路线,显著提高了MEMS的设计效率.     

21OpenGL在MEMS工艺仿真中的应用研究

研究了在MFC中运用OpenGL进行编程,显示MEMS工艺仿真数据结果的方法。对于MEMS工艺仿真数据,提出“剥层法”对其进行排序重组,然后三角网格化,运用OpenGL对三角网格进行消隐,设定法线、光照和材质的处理,重构仿真物体。具体的应用实例说明了所提方法的有效性。     

基于MEMS技术的双凸台微型热电能量采集器的仿真和制备

基于KOH腐蚀工艺设计并制作了具有双凸台结构的微型热电能量采集器,运用有限元法仿真器件在一定温差下的温度分布;并对器件建立了数学模型,分析凸台结构的几何参数等对器件输出性能的影响。仿真结果表明：随着顶部凸台高度的增加,温差的有效利用率逐渐升高;随着顶部凸台边长的增加,有效温差利用率逐渐降低;随着热冷端热阻的减小,器件的有效利用温差、开路电压、回路电流、输出功率都逐渐升高。从工艺上证明,基于MEMS技术的双凸台结构的微型热电能量采集器是可以加工和制备的。     

金属多环振动盘MEMS微陀螺及其微加工工艺

基于硅基振动盘微陀螺采用金属材料作为振子,提出了一种金属结构多环振动盘MEMS微陀螺,通过使用电镀工艺,实现了金属结构多环振动盘微陀螺的低成本低温加工方法.通过研究振动盘式微陀螺的工作原理及检测和驱动方法,设计了多环振动盘微陀螺的结构.使用有限元方法对陀螺金属振子进行了动力学仿真,验证了金属结构多环振动盘陀螺的可行性,并对微陀螺的加工工艺流程进行了微加工制作,获得了微陀螺芯片.研究解决了实现金属结构多环振动盘微陀螺的关键技术.     

用于系统级仿真的MEMS器件宏模型研究现状

微机电系统(MEMS)的未来在于有稳定数量且不断壮大的新型产品能成功地转化为商品,这关键在于将计算机引入到MEMS设计、制造全过程。阐述了MEMS CAD的复杂性和困难。对MEMS CAD的分层设计思想作了简要介绍,着重对现有的MEMS器件宏模型的建模方法和模型的描述与其国内外研究现状与发展方向进行介绍和总结,认为宏模型研究的重点将是器件非线性特性的有效表达和建模过程自动化的计算机实现,并对今后的研究发展提出一些建议。     

一种工业机器人切削加工的系统集成与仿真方法

本文以QH165工业机器人为例,提出了利用6R工业机器人与CAD/CAM系统集成的切削加工解决方案,论述了切削加工机器人与CAD/CAM系统集成化,包括在Solid Works软件中CAD建模和在Master CAM软件中选取五轴数控机床进行CAM加工;并针对该切削加工系统,重点推导后置处理过程中机器人运动学正逆解和轨迹优化算法,在Unity3D引擎中建立仿真平台,模拟仿真机器人运动。实验结果验证了该系统设计和轨迹优化算法的正确性。     

CAXA制造工程师在数控实训教学中的应用实例

本着为中职学校数控、模具类专业的发展与效率的提高,特对CAXA制造工程师2013在数控加工中的应用谈谈心得。基于CAXA软件,选用"平面区域粗加工"和"平面轮廓精加工"方法进行加工设计,生成加工轨迹,轨迹仿真,生成G代码等方面进行了实例分析,将CAD/CAM技术与数控加工相结合取得显著效果。