微機(jī)電系統(tǒng)課程機(jī)電專業(yè)(編輯修改稿)
2025-06-16 06:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)材料性質(zhì)的影響 ?工藝可能改變材料機(jī)械 /電性質(zhì) ?與微電子聯(lián)系緊密 MEMS資訊網(wǎng)（ ） MEMS建模 建模過程 ?工程實(shí)際狀態(tài)的模型化 ?物理模型的建立 ?數(shù)學(xué)模型的建立 ?仿真 ? 驗(yàn)?zāi)? 建模要求 ?正確性 ?可視性 ?網(wǎng)格劃分的適用性 —— 目的 ：對(duì)實(shí)際工程狀態(tài)的特性進(jìn)行分析計(jì)算 MEMS資訊網(wǎng)（ ） 兩種分析方法 A. 微分方程組求解法 ?物理有效量多與時(shí)間和空間有關(guān)， 因此求解較難 ?數(shù)學(xué)近似方法：將微分轉(zhuǎn)換為差分等 ?將研究對(duì)象物理近似成模型 ?數(shù)學(xué)近似方法：離散化 MEMS資訊網(wǎng)（ ） ANSYS、 NASTRAN程序簡(jiǎn)介 (1)ANSYS在 MEMS設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ?直接耦合 方法 —— 受到耦合許可的限制 ?序貫耦合 方法 —— 對(duì)一個(gè)物理場(chǎng)進(jìn)行分析后，將結(jié)果輸入到隨后的另一個(gè)物理分析中，只要非線性程度不高，序貫耦合分析是有效的 多物理場(chǎng)耦合問題 模塊 —— 結(jié)構(gòu)、電磁、熱傳導(dǎo)、聲學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)等 MEMS資訊網(wǎng)（ ） ?靜態(tài)分析 —— 求變形、電場(chǎng)、磁通密度及應(yīng)力分布等 ?模態(tài)分析 —— 求固有頻率和振型 ?諧波響應(yīng)分析 —— 求對(duì)諧波載荷（電流、電壓和力等）的響應(yīng) ?瞬態(tài)響應(yīng)分析 —— 求系統(tǒng)對(duì)任意隨時(shí)間變化載荷（電流、電壓和力等）的響應(yīng)。 壓電分析問題 微細(xì)化處理問題 ?網(wǎng)格直接局部細(xì)分法 ?欠缺尺度效應(yīng)的考慮 MEMS資訊網(wǎng)（ ） 靜力分析 —— 與時(shí)間無關(guān)（或可忽略）的靜力載荷（如集中 /分布靜力、溫度載荷、強(qiáng)制位移、慣性力等）下的響應(yīng)，并得出所需節(jié)點(diǎn)位移、節(jié)點(diǎn)力、約束（反）力、單元內(nèi)力、單元應(yīng)力和應(yīng)變能等 動(dòng)力學(xué)分析 —— 瞬態(tài)響應(yīng)、振動(dòng)模態(tài)、 沖擊譜、動(dòng)力靈敏度、聲學(xué)分析等。阻尼類型、動(dòng)力定義方式類型決定其分析能力。 屈曲分析（穩(wěn)定性分析） —— 確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)臨界載荷 （ 2） NASTRAN的模塊介紹 MEMS資訊網(wǎng)（ ） 非線性分析 —— 考慮材料和幾何、邊界和單元的非線性因素，當(dāng)材料在達(dá)到初始屈服極限時(shí)，往往還有很大潛力，采用非線性分析會(huì)得到有效的結(jié)果 熱傳導(dǎo)分析 —— 計(jì)算出結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱分布狀況 流體 /固體耦合分析 —— 解決流體和結(jié)構(gòu)之間的互相作用效應(yīng)， NASTRAN擁有流 /固體耦合法、非彈性流體單元法、虛質(zhì)量法等方法 空氣動(dòng)力彈性及顫振分析 —— 氣動(dòng)、慣性及結(jié)構(gòu)力間的相互作用， NASTRAN可作靜態(tài)和動(dòng)態(tài)氣彈響應(yīng)分析、顫振分析及氣彈優(yōu)化。 MEMS資訊網(wǎng)（ ） 四、 MEMS的設(shè)計(jì) 定 義 準(zhǔn) 則用 公 式 表 示問 題探 究 解 答評(píng) 價(jià) 選 擇實(shí) 施 MEMS的設(shè)計(jì)涉及到 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 、 微傳感器設(shè)計(jì) 、 微執(zhí)行器設(shè)計(jì) 、 接口設(shè)計(jì)和能量供給的設(shè)計(jì) 。工程設(shè)計(jì)是解決人們?cè)谏a(chǎn)和生活中遇到需要解決的問題。產(chǎn)品開發(fā)和工程設(shè)計(jì)一般能夠被描述為以下三種解決問題的過程。 （ 1） 綜合問題的解決 ：當(dāng)設(shè)計(jì)目標(biāo)集中解決設(shè)計(jì)問題 時(shí)，能夠被描述為處理問題過程 .其流程如圖 ： MEMS資訊網(wǎng)（ ） （ 2） 產(chǎn)品綜合 ：當(dāng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品集中于應(yīng)用系統(tǒng)理論 ,以及在設(shè)計(jì)工作中必須處理制造產(chǎn)品問題的過程 ,這種起始點(diǎn)是明確所需要的功能和所處理的技術(shù)資料 ,產(chǎn)品綜合工作流程如圖 . 主 功 能子 功 能和 手 段原 理 化結(jié) 構(gòu)量 化 結(jié) 構(gòu)總 體 形 狀單 元 形 狀材 料維 度表 面 質(zhì) 量MEMS資訊網(wǎng)（ ） (3)產(chǎn)品開發(fā)集成 ：從市場(chǎng)需要出發(fā)到開發(fā)產(chǎn)品的活動(dòng)，設(shè)計(jì)與市場(chǎng)及制造相聯(lián)系的產(chǎn)品，這時(shí)處理的結(jié)果不是產(chǎn)品 ,而是商務(wù) .其流程如圖 . 決定基本要求訪問使用者市場(chǎng)調(diào)查 銷售準(zhǔn)備 銷售產(chǎn)品型號(hào)的決定生產(chǎn)原則設(shè)計(jì)產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)修改制造 產(chǎn)品改進(jìn)工藝形式的考慮決定產(chǎn)品型號(hào)決定生產(chǎn)原則生產(chǎn)準(zhǔn)備 生產(chǎn)需求0需求水平的識(shí)別1需求水平的調(diào)查2生產(chǎn)原則的水平3生產(chǎn)設(shè)計(jì)的水平4產(chǎn)品準(zhǔn)備的水平5執(zhí)行的水平MEMS資訊網(wǎng)（ ） 因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)是人們預(yù)想的實(shí)現(xiàn) ,是新的觀點(diǎn)的產(chǎn)生。為滿足人們的需要，在進(jìn)行 MEMS設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮產(chǎn)品具有哪些功能 ,這些功能由什么方式實(shí)現(xiàn)。首先要求對(duì)所設(shè)計(jì)的 MEMS產(chǎn)品展開系統(tǒng)功能分析。確定功能度，描述產(chǎn)品的功能，最后進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前有三種設(shè)計(jì)方法可供選用 : （ 1）從系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)開始 ,展開到系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 （ 2） 從系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開到子系統(tǒng) ,元器件設(shè)計(jì) . （ 3）中間相遇方法 (MeetintheMiddle), 以一個(gè)簡(jiǎn)單的微系統(tǒng)為例，圖 計(jì)的過程框圖。 MEMS資訊網(wǎng)（ ） MEMS資訊網(wǎng)（ ） 中間相遇方法的特點(diǎn)：每一個(gè)步驟的執(zhí)行不是 嚴(yán)格一成不變的，而是取決于所取得的中間結(jié)果 (有可能返回 )，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通常要被所有過 程所利用。由于設(shè)計(jì)和制造與微系統(tǒng)的特性是相 互緊密聯(lián)系的，最后的設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生在掩模版圖 上，并以此對(duì)電子元器件、功能模塊、子系統(tǒng)進(jìn) 行改進(jìn)。因此中間相遇方法使用相對(duì)要多一些。 MEMS資訊網(wǎng)（ ） 從功能觀點(diǎn)分析， MEMS產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的組成 : 主功能模塊 ：包含有對(duì)物質(zhì)、能量和信息的變換、傳輸、儲(chǔ)存三種功能模塊及動(dòng)力功能模塊，控制信息模塊，實(shí)施對(duì)系統(tǒng)功能的操作指揮，程序的編排等功能，這是系統(tǒng)必不可少的重要功能。 此外還有結(jié)構(gòu)功能模塊含有系統(tǒng)內(nèi)各組成部分必須確定在要求的位置上實(shí)現(xiàn)功能，即在一個(gè)芯片上或者幾個(gè)芯片鍵合在一起，從結(jié)構(gòu)角度形成一個(gè)整體。結(jié)構(gòu)功能對(duì)系統(tǒng)各功能操作實(shí)現(xiàn)有很大影響。系統(tǒng)各功能模塊的組成，如圖 MEMS
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