MEMS CAD 结课作业

1、mems cad 结课作业 实验课出勤/实验结果检平时上课出勤查/实验报告/期中测试及表现（xxxx年第2学期 mems cad课程结业试题 学 院：电子与计算机科学技术学院 班级及学号： 姓 名： 本结业试题包括： 一、理论部分； 二、综合设计实验部分； 三、本课程主要内容总结报告。 理论试题部分 （40分） 综合设计实验仿真部分 课程总结报告 （40分） （xxxx年5月5日中午12：00点。 任课教师： xxxx年后mems cad技术的发展情况，目前中国与欧洲等发达国家存在的差距和需解决的技术瓶颈问题。（8分） 答：mems（micro electro mechanical syste

2、ms，微机电系统）是多种学科交叉融合并具有战略意义的前沿高技术，是未来的主导产业之一。mems以其微型化的优势，在汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域有着极为广阔的应用前景。在国内外市场中mems的研究早已经成为重点研究的科技方向之一，mems器件的设计需要综合多学科理论分析,这大大增加了设计参数选择的难度,常规分析计算已无法应付设计需求。幸运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,2d和3d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我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、 3 准

3、静态和动态模拟成为可能。从而使我们能够对mems器件结构和工艺进行计算机模拟和设计优化。 我国mems cad的研究始于xxxx年代初，起步并不晚，但相对于发达国家而言我们仍是有差距，主要表现在设计能力以及加工水平上，不过这会随着我国科技的发展逐渐变小的。 在cad封装和测试方面，mems和ic最大区别在于mems要与现实世界发生多方面的相互作用，涉及多种能量和物质的传输和处理，因此比ic要复杂得多，成为mems技术进一步发展的瓶颈。mems的可靠性和应用研究也是目前mems技术的难点。可靠性是mems器件使用者最关心的问题之一，尤其是在mems应用于医疗领域时，可靠性尤为突出。粘附、杂质玷污

4、以及加工中的残余应力，是目前mems中造型机械结构失效的主要原因。目前各国的科研机构已对这些问题给予了高度的重视,正在努力地解决，并有所突破。 二、综合性设计实验： 实验一：隧道式硅微加速度计的设计与仿真 图1 加速度计的尺寸结构图 图2 加速度计结构顶视图 题意：图为隧道电流式硅微加速度计的结构尺寸外型图，设计建立模型并求解。 该隧道电流式加速度计的结构设计参数主要有：质量块边长l，质量块厚度h，梁宽w，梁长ld，梁厚d，打折梁长l0。这些结构设计参数的取值受到的主要限制有： (1)现有硅制造工艺水平； (2)材料的钢度、强度；(3)加速度计量程。 初始尺寸：（单位：um） 质量块：正方形边

5、长a=980、厚度c=80悬臂梁：梁长l=1050、梁宽w=20、高d=25 打折梁长：l1=50，支撑柱高50(为了方便观测，值取的较大)，底座高150 求解： 1）建立隧道电流式加速度计模型及进行合理的格划分； （10分） 2）对模型加载边界条件全约束和质量块150g的加速度，然后进行ansys求解分析，查看结构各部分的受力状况； （5分） 3）求解六阶模态，并在word文档中保存其前六阶模态云图；（5分） 4）采用完全法对加速度传感器模型进行瞬态分析。在结构敏感方向上（z方向）加载一个持续时间为25s的冲击加速度，值为200g。将载荷分为50个子步，画出其隧尖的最大位移曲线。（10分）

6、4 5）用intellisuite软件进行简单的工艺设计与仿真。 （10分） 实验步骤： 1. 定义工作名、工作标题、过滤参数 1) 定义工作名：utility menu file jobname输入suidaoshiweiguijiasuduji 2) 工作标题：utility menu file change title输入0806024202 lixiaofeng 2. 选择单元类型main menupreprocessor element type add/edit/delete structural solid brick 8node45 单击ok 3. 设置材料属性 1) 定义材料

7、的弹性模量ex，main menupreprocessormaterial propsmaterial modelsstructurallinearelasticisotropic，弹性模量 ex190e9，泊松比 prxy0.3 2) 定义材料的密度dens，main menupreprocessor material props material modelsdensity ，dens =2300 4. 建立模型main menupreprocessor modeling create volumes blockby dimension 1）建立体结构： 坐标 底座 支撑住1 支撑住2 支

8、撑住3 支撑住4 悬臂梁1 悬臂梁2 悬臂梁3 悬臂梁4 打折梁1 打折梁2 打折梁3 打折梁4 质量块 x1 -560e-6 -560e-6 -560e-6 560e-6 -560e-6 -540e-6 540e-6 560e-6 -560e-6 470e-6 -470e-6 490e-6 -490e-6 -490e-6 x2 560e-6 -540e-6 -540e-6 540e-6 -540e-6 490e-6 -490e-6 540e-6 -540e-6 490e-6 -490e-6 540e-6 -540e-6 490e-6 y1 -560e-6 -560e-6 560e-6 -560e-6 -560e-6 -560e-6 560e-6 -540e-6 540e-6 -540e-6 540e-6 470e-6 470e-6 -490e-6 5 y2 560e-6 -540e-6 540e-6 -540e-6 -540e-6 -540e-6 540e-6 490e-6 -490e-6 -490e-6 490e-6 490e-6 490e-6 490e-6 z1 -150e-6 0 0 0 0