基于“Top-Down”的MEMS集成设计方法及关键技术研究

发布时间：2017-03-18 18:03

  本文关键词：基于“Top-Down”的MEMS集成设计方法及关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： MEMS是新兴的技术领域，具有广阔的应用前景，世界各国都将其作为研究和发展的重点。但目前MEMS的发展面临着产品研发周期长、成本高等问题，研究表明MEMS的设计水平落后于制造水平是问题的原因所在。因此，人们通过寻求科学、系统、规范的设计方法和设计工具以提高MEMS的设计效率和设计能力，以求降低MEMS产品的成本，推进MEMS的产业化。目前，对MEMS设计方法及设计工具的研究已成为当前MEMS研究领域的重点和热点之一。 本文针对MEMS多学科交叉、多影响因素等设计特点，结合机电工程领域集成设计、快速原型设计、并行工程等先进的设计思想，提出了基于“Top-Down”的MEMS集成设计方法。建立了该方法的结构框架和设计流程，并对其实现的关键技术进行了深入研究，同时结合梳状驱动音叉振动式微陀螺的样件设计，对部分关键技术进行了研究和实践，验证了设计流程的技术可行性。 首先，针对MEMS系统级设计的多学科交叉的特点，提出了以集中参数建模方法解决MEMS系统的功能建模，以节点分析法解决不同功能元件的结构实现，以混合信号硬件描述语言作为系统建模和仿真的基础，并以此建立MEMS元件库。在此基础上，，根据所建立的微陀螺的数学模型，结合Saber软件平台对其进行了系统建模及仿真。 其次，根据微陀螺系统级仿真优化的结果建立了微陀螺器件的实体模型，利用版图文件交换标准CIF和Solidworks的二次开发接口实现了从三维实体到二维版图的数据传递，并据此完成了微陀螺的版图设计。 最后，结合MUMPS标准工艺，研究并制订了微陀螺的工艺流程，对表面加工工艺进行了建模和仿真研究，利用VRML语言和器件的版图文件实现了器件的三维实体重构，并在此基础上实现了加工工艺过程可视化仿真。 研究表明，基于“Top-Down”的MEMS集成设计方法能有效地进行微陀螺等惯性器件的研究，具有一定的通用性。
【关键词】：微型机电系统 集成设计 Top-Down方法 系统级建模 混合信号仿真 版图自动生成 工艺仿真
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TH703
【目录】：

• 第一章 绪论8-17
• 1.1 MEMS技术研究现状与发展趋势8-10
• 1.2 当前MEMS发展面临的两大挑战10-12
• 1.3 MEMS设计方法的研究意义及现状12-16
• 1.3.1 MEMS设计概述12-13
• 1.3.2 MEMS设计方法的研究现状13-16
• 1.4 论文研究的意义和内容16-17
• 第二章 基于“Top-Down”的MEMS集成设计方法17-30
• 2.1 微型机电系统设计特点17-19
• 2.2 MEMS集成设计的基本概念19-21
• 2.3 MEMS集成设计的结构组成及设计流程21-26
• 2.3.1 系统级设计22-23
• 2.3.2 器件级设计23-24
• 2.3.3 工艺级设计24-25
• 2.3.4 MEMS集成设计流程25-26
• 2.4 MEMS集成设计的关键实现技术26-29
• 2.4.1 系统级设计关键技术26-28
• 2.4.2 器件级设计关键技术28-29
• 2.4.3 工艺级设计关键技术29
• 2.5 小结29-30
• 第三章 MEMS系统级设计及其实现30-51
• 3.1 引言30
• 3.2 梳状驱动音叉振动式微陀螺系统模型30-33
• 3.2.1 微陀螺设计原型及工作原理30-31
• 3.2.2 梳状驱动音叉振动式微陀螺的数学模型31-33
• 3.3 MEMS系统级建模与分析33-38
• 3.3.1 集中参数建模方法34-37
• 3.3.2 节点分析方法37-38
• 3.4 MEMS元件库技术38-45
• 3.4.1 MEMS元件库结构38-39
• 3.4.2 MEMS元件建模实例39-45
• 3.4.2.1 梁的力学模型分析39-43
• 3.4.2.2 梁的硬件描述语言建模43-45
• 3.4.2.3 梁的建模可视化45
• 3.5 微陀螺系统级建模及仿真45-50
• 3.6 小结50-51
• 第四章 器件级设计与基于实体的版图生成51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 微陀螺的结构设计及实体建模51-53
• 4.3 版图转换器方案设计53-57
• 4.3.1 版图文件交换标准53-55
• 4.3.2 实体到版图的转换方案设计55-57
• 4.4 微陀螺的版图设计57-63
• 4.4.1 微陀螺的三维实体到二维版图转换57-59
• 4.4.2 微陀螺的版图修正59-63
• 4.5 讨论63-64
• 4.6 小结64-65
• 第五章 工艺级设计及工艺过程仿真65-78
• 5.1 引言65
• 5.2 MUMPS加工工艺65-67
• 5.3 微陀螺的工艺设计67-71
• 5.3.1 关键工艺步骤设计67-69
• 5.3.2 微陀螺工艺流程69-71
• 5.4 加工工艺建模71-74
• 5.4.1 薄膜沉积72-73
• 5.4.2 薄膜刻蚀73-74
• 5.5 加工工艺过程可视化仿真74-77
• 5.5.1 基于VRML的工艺过程仿真技术74-76
• 5.5.2 工艺过程仿真算法及仿真实现76-77
• 5.6 小结77-78
• 结束语78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 附录1 梁的硬件描述语言模型85-89

【引证文献】

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本文编号：254805