面向典型MEMS器件的再设计过程与流程

摘要

微机电系统(MEMS)是将微传感器、微执行器、微机械和电路等高度集成化的系统。但当前MEMS的设计方法在处理MEMS的微尺度效应、多物理场耦合效应、微加工后器件性能变异等问题存在很大缺陷，如在多物理场耦合问题上，通常仅是对其进行简单地处理；而对微加工后器件性能变异问题，则更是鲜有分析。其结果是在使用中MEMS器件/结构行为较之于初始设计出现较大变异，造成MEMS系统性能不稳定、极端时甚至失效。有鉴于此，本文提出了一体化再设计的MEMS器件设计理念，在对MEMS系统进行复杂动力学系统特征分析的基础上，以MEMS设计、制造和使用过程的复杂多样化为出发点，通过对MEMS系统进行再优化分析与设计，达到实现具有健壮性性能特征的MEMS系统的目的。 1)针对传统“自顶而下”设计方法的缺点，提出一体化再设计的MEMS器件设计理念，通过柔性安排设计流程及提倡在设计过程中综合运用多种智能设计方法，以使在提高MEMS器件设计准确性的同时，提高设计效率。 2)以提高MEMS器件最终输出性能为目的，利用多自由度动态有限元解析理论，提出了基于弹性体模型的输出性能解析法。此方法基本解决了刚体简化模型的低精度缺陷问题，为实现MEMS器件在多物理场工作环境中表征、结构拓扑形态的设计、复杂动态性能的仿真及其健壮性设计等工程化目标提供了可能。 3．以健壮性的MEMS器件结构性能为设计目标，考虑微加工效应和多物理场环境效应对器件输出性能的影响，综合运用健壮性设计、自组织设计、多学科设计等再设计方法，弱化加工工艺和使用环境对其输出性能的影响，提高MEMS器件设计的准确性。 4．创建了基于再设计理念的典型MEMS器件一体化设计平台，将MEMS器件再设计思想由单纯的方法论上升到实际应用的层面，并为MEMS—CAD软件的研发提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1研究背景、目的和意义

1.2 MEMS器件及其设计方法的研究现状

1.2.1典型MEMS器件介绍

1.2.2典型MEMS器件设计方法的研究现状及存在的问题

1.3本文的主要研究内容及章节安排

第2章典型MEMS器件再设计过程研究

2.1再设计过程的提出及研究现状

2.1.1再设计过程的本质、范畴及其与传统优化设计的区别

2.1.2再设计过程的流程及主要设计方法简介

2.2再设计过程在典型MEMS器件结构设计中的应用

2.2.1再设计过程在典型MEMS器件结构设计中应用优势

2.2.2再设计过程的关键技术

第3章典型MEMS器件的再设计建模

3.1 面向典型MEMS器件的再设计建模

3.1.1传统建模方式的优缺点

3.1.2基于弹性体模型的性能解析法

3.1 3建模实例

3.2典型MEMS器件库

3.2.1典型MEMS器件库基本结构

3.2.2典型MEMS器件库管理

第4章典型MEMS器件的再设计优化

4.1 MEMS器件结构再设计过程的核心设计因素

4.2 MEMS器件结构再优化设计的方法

4.2.1 MEMS器件的健壮性设计方法

4.2.2 MEMS器件的自组织设计方法

4.2.3 MEMS器件的多学科设计方法

4.3 MEMS器件结构再设计实例

4.3.1音叉式振动型微机械振动陀螺结构再设计

4.3.2微加速度计结构再设计

第5章MEMS器件级仿真与再设计平台

5.1 MEMS器件级仿真与再设计平台的系统框架

5.2 MEMS器件级仿真与再设计平台的构成及关键技术

5.2.1再设计过程软件的构成模块

5.2.2系统数据流程及接口设计

5.3 MEMS器件级仿真与再设计平台应用实例

5.3.1电容式微压力传感器再设计优化

5.3.2音叉式振动型微机械陀螺再设计优化

5.3.3“三明治”式摆型微加速度计

第6章结论与展望

6.1结论

6.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果