MEMS CAD辅助分析设计的发展情况
2011-12-31 14:12:04   来源：微迷   评论：0   点击：

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器件作为新型器件，其设计已不再是传统意义上的设计，而是包含了新工作机理的探索和新器件结构的开发。MEMS器件的设计需要综合多学科进行理论分析，这大大增 加了设计参数选择的难度，常规的分析计算方法已无法应付设计需求。所幸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，二维和三维计 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人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20世纪90年代初就研究出了用于硅压力传感器设计的MEMS CAD软件(CAE MEMS)。在MEMS的工艺模拟、器件的建模、仿真分析以及设计优化方面，90年代中期IntelliSense公司和Microcosm Technologies公司已开始提供商业专业软件IntelliSuite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、砷化嫁湿法腐蚀和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，Tanner Tools 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(electronic design automation)到MDA(mechanical design automation)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,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,MEMS器件的研制中,计算机设计和模拟技术目前已被国外广泛采用，并且有关研究成果经常在国外刊物上 报道。近年来，随着MEMS技术的迅猛发展，尤其在传感器、微流体、光通信和射频无线通信方面的广泛应用，许多企业、研究机构为避免实际设计中的盲目性， 对计算机辅助设计给予了相当的重视。Coventor公司就是其中一家，它针对MEMS设计过程中需要迫切解决的一些问题，如微机械所特有的三维加工与集 成电路工艺兼容性、系统级器件级的仿真分析等，都给出了较好的计算机辅助设计手段。与国外相比，我国的许多MEMS研究人员对采用MEMS器件设计和模拟 的必要性认识不足,只有少数高校和研究所开展了这方面的工作,有关研究成果的报道很少。这种状况对我国MEMS技术的发展非常不利,为了加速我国MEMS 技术的发展,必须加强MEMS研究工作者对采用MEMS CAD技术的重视。