MEMS工艺模拟与有限元分析工具的接口技术研究

摘要

MEMS CAD/CAE系统主要有两个方面应用：一是MEMS器件的计算机辅助制造，二是MEMS器件的设计与分析。目前，工艺模拟是MEMS器件计算机辅助制造的主要内容，MEMS器件的设计与分析主要包括器件级和系统级模拟。因为加工过程的各向同性和各向异性以及复杂的结构，使得实际MEMS器件表面及台阶处的形貌非理想化，工艺模拟目标是准确地预测了这些实际情况。但是，目前的设计分析工具都不能够直接输入这些实际的器件形貌，而是进行了理想化的近似。因此，分析结果和实际器件的性能存在误差。
　　 本研究课题以MEMS器件工艺模拟结果为基本输入信息，以有限元分析工具为MEMS器件设计与分析工具，通过数据转换与处理，形成有限元设计与分析软件能够识别的数据格式，将工艺模拟与器件分析进行了有机的级连，实现针对实际器件形貌的器件性能分析。
　　 MEMSI艺模拟软件以点云来表示模拟所得结果，点云模型运用三维空间的离散点集来表示物体。但是，点云模型缺乏必要的拓扑信息，使用有限元分析软件ANSYS无法直接对点云数据进行分析。ANSYS本身附带有三维建模模块，可以用于对点云数据进行实体建模操作，但其建模能力与流行三维造型软件如Pro/Engineer、UG和CATIA等相比，还是有一定的差距。对于复杂的几何模型，在ANSYS中很难构建成功。本课题中我们以逆向造型软件UG作为工艺模拟软件和ANSYS连接的中间软件，通过UG对工艺结果进行实体建模，然后再将实体模型导入ANSYS中对其进行有限元分析，得出对应的性能参数，从而更准确的预测出实际器件的性能。
　　 论文首先介绍了MEMS工艺模拟的相关知识，将工艺模拟结果和理想结果进行了比较，并对将工艺模拟结果导入其他软件中的接口进行了说明。第二，通过对点云模型的三角化来实现工艺模拟结果的可视化，从而更直观地显示出工艺模拟结果，预测出实际工艺结果的形貌。第三，通过Imageware和UG对工艺模拟结果进行逆向造型，生成实体模型。最后，对实体模型进行有限元分析，并将分析结果与理想模型的分析结果进行比较。对比结果表明，仅仅对理想模型进行性能分析还不能满足需求，必要的时候我们要对工艺模拟结果进行分析，以更好地预测器件的性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 MEMS CAD

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的提出及主要内容

1.4 论文的结构

第二章 基础算法研究

2.1 点云数据三角化算法

2.1.1 数据结构

2.1.2 建网操作和流程

2.2 反求建模理论

2.2.1 点云交互分块技术

2.2.2 点云切片基本原理

2.2.3 截面曲线重建技术

2.2.4 自由曲面重构技术

2.3 反求策略

2.4 小结

第三章 MEMS工艺模拟

3.1 MEMS工艺模拟简介

3.2 工艺模拟结果与理想结果比较

3.3 数据转换接口

3.3.1 工艺模拟结果数据读入ANSYS

3.3.2 工艺结果数据读入Imageware

3.3.3 工艺结果数据读入UG

3.4 小结

第四章 工艺结果的可视化

4.1 可视化的概念

4.2 可视化方法分类

4.3 可视化实例

4.4 小结

第五章 三维逆向造型

5.1 IMAGEWARE和UG在逆向过程中的应用

5.2 IMAGEWARE和UG间的接口

5.3 实例分析

5.4 小结

第六章 有限元分析

6.1 ANSYS有限元软件介绍

6.2 ANSYS和UG间的接口

6.3 有限元分析

6.4 小结

第七章 典型结构分析

7.1 几何模型的建立与网格划分

7.2 静态分析

7.3 模态分析

7.4 小结

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文