MEMS各種仿真軟件的比較分析(共21頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上MEMS 器件、仿真與系統(tǒng)集成期中測(cè)驗(yàn)（三）（占考試成績的20%，中英文答題均可，5月30日交電子版。任課教師：陳劍鳴）研究生： 段 海 軍 （簽字）學(xué) 號(hào)： ¨ MEMS設(shè)計(jì)、仿真軟件的綜合比較。（占本課程的20%）。具體要求：1） 用表格形式對(duì)MEMS常用的軟件進(jìn)行比較。比較的軟件四大類：TannerPro（主要是L-edit），HFSS, CoventorWare，IntelliSense，ANSYS2） 比較的內(nèi)容：ü 公司、廠家；ü 軟件的總體描述；ü 軟件的模塊關(guān)系（模塊組成）；ü 按模塊來闡述的主要用途；

2、ü 按模塊來闡述的性能參數(shù)；ü 軟件所做的實(shí)例圖（分模塊）。ü 你對(duì)此軟件（或者是具體模塊）的看法和評(píng)價(jià)，不少于5個(gè)模塊。作業(yè)作答如下：由于制作表格不是很方便，每個(gè)軟件包含的內(nèi)容非常多，所以我采用如下形式的方式來分析比較上面五個(gè)軟件。一 TannerPro（主要是L-edit）1.1 公司、廠家：Tanner Research公司1.2 軟件的總體描述Tanner集成電路設(shè)計(jì)軟件是由Tanner Research 公司開發(fā)的基于Windows平臺(tái)的用于集成電路設(shè)計(jì)的工具軟件。該軟件功能十分強(qiáng)大，易學(xué)易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit

3、與LVS，從電路設(shè)計(jì)、分析模擬到電路布局一應(yīng)俱全。其中的L-Edit版圖編輯器在國內(nèi)應(yīng)用廣泛，具有很高知名度。L-Edit Pro是Tanner EDA軟件公司所出品的一個(gè)IC設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的高性能軟件系統(tǒng)模塊，具有高效率，交互式等特點(diǎn)，強(qiáng)大而且完善的功能包括從IC設(shè)計(jì)到輸出，以及最后的加工服務(wù)，完全可以媲美百萬美元級(jí)的IC設(shè)計(jì)軟件。L-Edit Pro包含IC設(shè)計(jì)編輯器(Layout Editor)、自動(dòng)布線系統(tǒng)(Standard Cell Place & Route)、線上設(shè)計(jì)規(guī)則檢查器（DRC）、組件特性提取器（Device Extractor）、設(shè)計(jì)布局與電路netlist的比較器

4、(LVS)、CMOS Library、Marco Library，這些模塊組成了一個(gè)完整的IC設(shè)計(jì)與驗(yàn)證解決方案。L-Edit Pro豐富完善的功能為每個(gè)IC設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)商提供了快速、易用、精確的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Tanner Tools Pro是一套集成電路設(shè)計(jì)軟件，包含以下幾種工具：S-Edit (編輯電路圖)。T-Spice（電路分析與模擬）。W-Edit （顯示T-Spice模擬結(jié)果）。L-Edit （編輯布局圖，自動(dòng)布局布線，DRC，電路轉(zhuǎn)化）。LVS （版圖和電路圖對(duì)比）。1.3 軟件的模塊關(guān)系及其主要用途與實(shí)例圖S-Edit模塊：可以繼續(xù)在Core模塊中繼續(xù)尋找更低一級(jí)的模塊，直至到MO

5、S晶體管。T-Spice模塊：是電路仿真與分析的工具，文件內(nèi)容除了有元件與節(jié)點(diǎn)的描述外，還必須加上其他的設(shè)定。有包含文件（include file）、端點(diǎn)電壓源設(shè)置、分析設(shè)定、輸出設(shè)置。L-Edit模塊：是一個(gè)布局圖的編輯環(huán)境功能包括設(shè)計(jì)導(dǎo)航、分析圖層、截面觀察、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、轉(zhuǎn)化等。LVS 模塊：是用來比較布局圖與電路圖所描述的電路是否相同的工具，也就是說比較S-Edit繪制的電路圖與L-Edit繪制的布局圖是否一致。圖1 S-Edit 模塊界面圖圖2 S-Edit實(shí)例圖圖3（a）T-Spice模塊等效電路圖 （b）模擬仿真結(jié)果1.4 Tanner Pro軟件的設(shè)計(jì)流程Tanner Pro軟

6、件的設(shè)計(jì)流程可用如下圖4所示；將要設(shè)計(jì)的電路先以S-Edit編輯出電路圖，再將該電路圖輸出成SPICE文件。接著利用T-Spice將電路圖模擬并輸出成SPICE文件，如果模擬結(jié)果有錯(cuò)誤，N回S-Edit檢查電路圖，如果T-Spice模擬結(jié)果無誤，則以L-Edit進(jìn)行布局圖設(shè)計(jì)。用L-Edit進(jìn)行布局圖設(shè)計(jì)后要以DRC功能做設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，若違反設(shè)計(jì)規(guī)則，再將布局圖進(jìn)行修改直到設(shè)計(jì)規(guī)則檢查無誤為止。將驗(yàn)證過的布局圖轉(zhuǎn)化成SPICE文件，再利用T-Spice模擬，若有錯(cuò)誤，再回到L-Edit修改布局圖。最后利用LVS將電路圖輸出地SPICE文件與布局圖轉(zhuǎn)化的SPICE 文件進(jìn)行對(duì)比，若對(duì)比結(jié)果不相等

7、，則回去修改L-Edit或S-Edit的圖；直到驗(yàn)證無誤后，將L-Edit設(shè)計(jì)好的布局圖輸出成GDSII文件類型，再交由工廠去制作半導(dǎo)體過程中需要的光罩。如下是Tanner數(shù)字ASIC設(shè)計(jì)流程圖：圖4 Tanner數(shù)字ASIC設(shè)計(jì)流程圖1.5 L-Edit模塊介紹（1）L-Edit畫圖布局詳細(xì)步驟1）打開L-Edit程序，保存新文件。2）取代設(shè)定（File-Rep lace Setup）。3）環(huán)境設(shè)定（Setup-Design）。4）選取圖層。5）選擇繪圖形狀繪制布局圖。6）設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)定（MOSIS/OPBIT 2.OU）和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）。7）檢查錯(cuò)誤，修改（移動(dòng)）對(duì)象。8）再次進(jìn)行設(shè)

8、計(jì)規(guī)則檢查。（2）使用L-Edit畫PMOS布局圖1)用到和圖層包括N Well,Active, N Select, P Select, Poly, Metal1,Metal2,Active Contact,Via。2)繪制N Well圖層：L-Edit編輯環(huán)境是預(yù)設(shè)在P型基板上，不需定義P型基板范圍，要制作PMOS，首先要作出N Well區(qū)域。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則Well區(qū)電最小寬度的要求（10），可畫出N Well區(qū)。3）繪制Active圖層：定義MOS管的范圍。PMOS的Active圖層要繪制在N Well圖層之內(nèi)。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則要求，Active的最小寬度為3?？稍贜 Well中畫出Active

9、圖層。4）繪制P Select圖層：定義要布置P型雜質(zhì)的范圍。繪制前進(jìn)行DRC可發(fā)現(xiàn)相應(yīng)錯(cuò)誤。繪制時(shí)注意遵守規(guī)則：Not Selected Active。繪制時(shí)注意遵守規(guī)則：Active to P-Select Edge最小2。同時(shí)還要注意pdiff層與N Well層要遵守5。5）繪制Poly圖層：定義成長多晶硅，最小寬度2。6）繪制Active Contact圖層：源極、漏極接電極需要。標(biāo)準(zhǔn)寬度2。7）繪制Metal1圖層：最底層的金屬線。圖5 使用L-Edit畫PMOS布局圖（3）使用L-Edit編輯標(biāo)準(zhǔn)邏輯元件1）標(biāo)準(zhǔn)元件庫中的標(biāo)準(zhǔn)元件的建立符合某些限制，包括高度、形狀與連接端口的位置。

10、標(biāo)準(zhǔn)元件分為邏輯元件與焊墊元件。2）操作流程：進(jìn)入L-Edit-建立新文件-環(huán)境設(shè)定-繪制接合端口-繪制多種圖層形狀-設(shè)計(jì)規(guī)則檢查-修改對(duì)象-設(shè)計(jì)規(guī)則檢查3）繪制接合端口：每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)元件一個(gè)特殊的端口叫做接合端口，它的范圍定交出元件的尺寸及位置即元件的邊界。4）繪制電源與電源接口:典型標(biāo)準(zhǔn)元件的電源線分布在元件的上端和下端。注意標(biāo)準(zhǔn)單元庫中的每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)元件其電源端口必須有相同的真對(duì)高度，且電源端口的寬度必須設(shè)定為0，位置必須貼齊Abut范圍的兩邊。5）繪制N Well 層：在P型基板上制作PMOS的第一步流程。橫向24格，縱向38格。6）編輯N Well節(jié)點(diǎn)：因?yàn)镻MOS基板也需要電源，故需要

11、在N Well上建立一個(gè)歐姆節(jié)點(diǎn)。在Abut端口的上方，繪制出Active, N Select、 Active Contact這3種圖層。7）編輯P型基板節(jié)點(diǎn)：NMOS基板也需要接地，故此需要在P base上建立一個(gè)歐姆節(jié)點(diǎn)。在Abut端口的下方，繪制出Active、P Select、Active Contact這3種圖層。8）繪制P Select圖層。植入P型雜質(zhì)需要。兩部分：一是在N Select右邊加上一塊橫向11格、縱向10格；一是在下方再加上橫向18格，縱向22格。9）繪制NMOS Active圖層：定義MOS的范圍，Active以外的地方是厚氧化層區(qū)（或稱場(chǎng)氧化層）。一是在原上部A

12、ctive下接一塊橫向12格，縱向4格的方形Active，一是在其下方再畫橫向14格、縱向18格的方形Active。10）繪制N Select圖層：植入N型雜質(zhì)需要。一是在Abut下部PSelect右邊加橫向11格，縱向10格；一是在剛上方加橫向18格，縱向22格。11）繪制PMOS Active圖層：一是在原下部Active上接一塊橫向12格，縱向4格的方形Active，一是在其上方再畫橫向14格、縱向18格的方形Active。12）繪制Poly層：Poly與Active相交集為柵極所在位置。橫向2格，縱向70格。繪制完此步，請(qǐng)先進(jìn)行DRC無誤后再繼續(xù)。13）繪制輸入信號(hào)端口（A）：標(biāo)準(zhǔn)元件

13、信號(hào)端口（除電源和地）的繞線會(huì)通過標(biāo)準(zhǔn)元件的頂端或底部。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)元件信號(hào)端口要求高度為0，且寬度最好為整數(shù)值。自動(dòng)繞線時(shí)用Metal2，故需先將輸入端口由Metal2通過Via與Metal1相連，在通過Metal1通過Poly Contact與Poly相連。DRC確認(rèn)無誤。14）繪制PMOS源極接線：需要將PMOS左端P型擴(kuò)散區(qū)與Vdd相連。利用Metal1與Vdd相連，Metal1與Active間通過ActiveContact相接。15）繪制NMOS源極接線：需要將NMOS左邊N型擴(kuò)散區(qū)與Gnd相連。利用Metal1與Gnd相連，Metal1與Active間通過ActiveContact相接

14、。16）連接PMOS與NMOS的基極：將NMOS的右邊擴(kuò)散區(qū)和PMOS的右邊擴(kuò)散區(qū)利用Metal1相連，并在Metal1與Active重疊區(qū)打上節(jié)點(diǎn)。17）繪制輸出信號(hào)端口（OUT）。18）更改元件名稱為INV，轉(zhuǎn)化為spice文件(TOOLSExtract)。1.6 L-Edit的實(shí)際范例L-Edit是一個(gè)布局圖的編輯環(huán)境，在此以Tanner Tools Pro所附的范例Lights.tdb文件為例，進(jìn)行L-Edit基本結(jié)構(gòu)的介紹。Lights.tdb文件中有很多組件（cell），Lights組件、core組件、IPAD組件、OPAD組件等，每一個(gè)組件都是一個(gè)布局圖，一個(gè)組件可以應(yīng)用其他組件

15、而形成層次式結(jié)構(gòu)。Lights.tdb文件是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件組動(dòng)配置與繞線（SPR）的范例。此范例是利用S-Edit的Lights.tdb文件輸出地TRP文件來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)組件自動(dòng)配置與繞線而產(chǎn)生Lights組件的。圖6 范例電路圖圖7 （a）只顯示Poly，Active，N well圖層 （b）截面觀察 二 HFSS2.1 公司、廠家：美國Ansoft公司2.2 軟件的總體描述Ansoft HFSS （全稱High Frequency Structure Simulator, 高頻結(jié)構(gòu)仿真器）是Ansoft公司推出的基于電磁場(chǎng)有限元方法（FEM）的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件，可以對(duì)任意的三維模

16、型進(jìn)行全波分析求解，先進(jìn)的材料類型，邊界條件及求解技術(shù)，使其以無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、航天、電子、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、通信等多個(gè)領(lǐng)域，幫助工程師們高效地設(shè)計(jì)各種高頻結(jié)構(gòu)，包括：射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結(jié)構(gòu)、電真空器件，研究目標(biāo)特性和系統(tǒng)/部件的電磁兼容/電磁干擾特性，從而降低設(shè)計(jì)成本，減少設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。2.3軟件的模塊組成及其主要用途DESIGNER 模塊：在DESIGNERTM里結(jié)合二維版圖，工藝流程，和材料特性，CoventorWar

17、eTM可以生成三維模型，進(jìn)行網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。ANALYZER 模塊：針對(duì)客戶所關(guān)心的問題，分析人員可以調(diào)用ANALYZERTM里專門針對(duì)MEMS器件分析開發(fā)的多個(gè)求解器，對(duì)MEMS器件的三維模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)、靜電學(xué)、阻尼、電磁學(xué)、多物理場(chǎng)耦合（含壓電, , 及壓阻問題）、微流體（主要涉及Biochip和Inkjet）等物理問題的詳細(xì)分析。ANALYZERTM還可對(duì)邊界條件、材料特性、三維模型幾何形狀等進(jìn)行參數(shù)分析，研究這些參數(shù)對(duì)器件性能的影響。INTEGRATOR模塊：利用INTEGRATORTM，設(shè)計(jì)人員可以從三維分析結(jié)果提取MEMS器件宏模型，反饋回ARCHITECTTM里進(jìn)行系統(tǒng)性能的驗(yàn)

18、證，從而完成MEMS的設(shè)計(jì)。支持的格式包括：Verilog-A (Cadence), MAST(Architect), and MATLAB同時(shí)，用戶也可以利用INTEGRATORTM建立自己MEMS產(chǎn)品涉及到的宏模型庫，為新產(chǎn)品的開發(fā)提供技術(shù)儲(chǔ)備。2.4 Ansoft HFSS的應(yīng)用領(lǐng)域2.4.1 天線 （1）面天線：貼片天線、喇叭天線、螺旋天線 （2）波導(dǎo)：圓形/矩形波導(dǎo)、喇叭 、波導(dǎo)縫隙天線（3）線天線：偶極子天線、螺旋線天線 （4）天線陣列：有限陣列天線陣、頻率選擇表面（FSS）、 （5）雷達(dá)散射截面（RCS） 2.4.2 微波 （1）濾波器：腔體濾波器、微帶濾波器、介質(zhì)濾波器 （2）

19、EMC（Electromagnetic Compatibility ）/EMI（Electromagnetic Intergerence ）：屏蔽罩、近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射 （3）連接器：同軸連接器底板、過渡 （4）波導(dǎo)：波導(dǎo)濾波器、波導(dǎo)諧振器、波導(dǎo)連接器 （5）Silicon/GaAs：螺旋電感器、變壓器 2.5 HFSS的操作界面和菜單功能介紹Ansoft HFSS的界面主要包括：菜單欄（Menu bar）、工具欄（Toolbars）、工程管理（Project Manage）窗口、狀態(tài)欄（Status bar）、屬性窗口（Properties window）、進(jìn)度窗口（Progress window

20、）、信息管理（Message Manage）窗口和3D模型窗口（3D Modeler Window）。 圖8 Ansoft HFSS的操作界面菜單欄（Menu bar）:繪圖、3D模型、HFSS、工具和幫助等下拉式菜單組成。工具欄（Tool bar）:對(duì)應(yīng)菜單中常用的各種命令，可以快速方便的執(zhí)行各種命令。 工程管理（Project Manage）:窗口顯示所以打開的HFSS工程的詳細(xì)信息，包括邊界、激勵(lì)、剖分操作、分析、參數(shù)優(yōu)化、結(jié)果、端口場(chǎng)顯示、場(chǎng)覆蓋圖和輻射等。 狀態(tài)欄（Status bar）:位于HFSS界面底部，顯示當(dāng)前執(zhí)行命令的信息。 屬性窗口（Properties window）:

21、顯示在工程樹、歷史樹和3D模型窗口中所選條目的特性或?qū)傩浴?進(jìn)度窗口（Progress window）:監(jiān)視運(yùn)行進(jìn)度，以圖像方式表示進(jìn)度完成比例。 信息管理（Message Manage）:窗口顯示工程設(shè)置的錯(cuò)誤信息和分析進(jìn)度信息。 3D模型窗口（3D Modeler Window）:是創(chuàng)建幾何模型的區(qū)域，包括模型視圖區(qū)域和歷史樹（記錄創(chuàng)建模型的過程）。 三 CoventorWare3.1 公司、廠家：美國Coventor公司3.2 軟件的總體描述CoventorWare是在著名的MEMCAD軟件上發(fā)展起來的，目前業(yè)界公認(rèn)的功能最強(qiáng)、規(guī)模最大的MEMS專用軟件。擁有幾十個(gè)專業(yè)模塊，功能包含ME

22、MS系統(tǒng)/器件級(jí)的設(shè)計(jì)與仿真,工藝仿真/仿效。其主要用于四大領(lǐng)域：Sensors/Actuators, RF MEMS, Microfluidics, Optical MEMS。CoventorWare具有系統(tǒng)級(jí)、器件級(jí)的功能的MEMS專用軟件,其功能覆蓋設(shè)計(jì)、工藝、 器件級(jí)有限元及邊界元分析仿真、微流體分析、多物理場(chǎng) 耦合分析、MEMS系統(tǒng)級(jí)仿真等各個(gè)領(lǐng)域。CoventorWare因其強(qiáng)大的軟件模塊功能、 豐富的材料及工藝數(shù)據(jù)庫、 易于使用的軟件操作并與各著名EDA軟件均有完美數(shù)據(jù)接口等特點(diǎn)給工程設(shè)計(jì)人員帶來極大的方便。3.3軟件的模塊組成及其主要用途CoventorWare軟件主要包括四個(gè)

23、模塊：ARCHITECT，DESIGNER，ANALYZER，INTEGRATOR。ARCHITECT模塊：提供了獨(dú)有的PEM(機(jī)電)、OPTICAL(光學(xué))、FLUIDIC(流體)庫元件，可快速描述出MEMS器件的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合周圍的電路進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的機(jī)、電、光、液、熱、磁等能量域的分析，找到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料等設(shè)計(jì)參數(shù)，從而生成器件的版圖和工藝文件。DESIGNER模塊： 可進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)、生成器件三維模型、劃分網(wǎng)絡(luò)單元。ANALYZER模塊： 可采用FEM (有限元法)、BEM(邊界元法)、BPM(光速傳播法)、FDM(有限差分法)、VOF(體積函數(shù)法)等分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、電磁場(chǎng)分析、

24、壓電分析、熱分析、微流體分析、光學(xué)分析及多物理場(chǎng)的全耦合分析等。INTEGRATOR模塊：最后從三維分析結(jié)果中提取MEMS器件的宏模型，反饋回ARCHITECT進(jìn)行系統(tǒng)或器件性能的驗(yàn)證，完成整個(gè)設(shè)計(jì)。3.4 CoventorWare的基本內(nèi)容CoventorWare由可單獨(dú)使用以補(bǔ)充現(xiàn)有的設(shè)計(jì)流程，或者共同使用以提供一個(gè)完整的MEMS設(shè)計(jì)流程的4個(gè)主要部分組成。其中包括Architect, Designer, Analyzer 和 Integrator。該工具套件的完整性和模塊間高度的一體化程度 提高了整體效率和易用性，使用戶擺脫了在多個(gè)獨(dú)立工具設(shè)計(jì)間手工傳遞數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。圖9 Coventor

25、Ware工作流程圖3.5 CoventorWare分析的基本步驟CoventorWare分析的基本步驟包括：定義材料屬性；生成工藝流程；生成二維版圖；通過二維版圖生成三維模型；劃分網(wǎng)格生成有限元模型；設(shè)定邊界條件、加載；求解；提取、查看結(jié)果。以下我們以實(shí)例介紹該軟件的整個(gè)仿真過程：懸臂梁與硅基底間電容的計(jì)算和懸臂梁的受力分析3.5.1 工藝過程(1) 在硅基底上沉積一層氮化物(絕緣層)(2) 再在其上沉積一層硼磷硅玻璃(BPSG)作為犧牲層(用于沉積鋁)(3) 刻蝕出支座(anchor)將要沉積的位置(4) 采用等邊沉積法沉積鋁層(5) 留下支座(anchor)和懸臂梁(beam)部分，刻蝕其

26、余的鋁層(6) 釋放BPSG犧牲層3.5.2 具體設(shè)計(jì)過程（1）啟動(dòng)CoventorWare2003，在用戶設(shè)置中設(shè)定Directory(目錄)，包括Work Directory、Scratch Directory、Shared Directory。只需設(shè)定工作目錄，下面兩個(gè)目錄是默認(rèn)的，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將它設(shè)定到相應(yīng)的工作路徑下，CoventorWare所有運(yùn)行生成的文件都會(huì)寫在該目錄下（該目錄必須是已經(jīng)存在的目錄，在啟動(dòng)時(shí)是無法新建工作目錄的）。許可文件的位置，包括Coventor License、CFD license、Saber license，在安裝時(shí)就已設(shè)定，默認(rèn)即可。（2）單擊OK后，

27、系統(tǒng)進(jìn)入Projects Dialog Window(工程對(duì)話窗口)，新建工程名稱為 BeamDesign的文件夾，單擊Open進(jìn)入Function Manager(功能管理器)界面。（3）進(jìn)入DESIGNER模塊，在Materials中定義材料屬性，選擇Aluminum（film），根據(jù)題設(shè)修改其參數(shù)；再選擇Silicon，方法相同。單擊Close，就可編輯工藝過程。（4）進(jìn)入Process Editor(工藝編輯器)，新建一個(gè)工藝文件c，根據(jù)上述工藝過程在工藝編輯器中設(shè)計(jì)整個(gè)流程，如圖7所示。設(shè)計(jì)完后，單擊Close，就可進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)。圖10 工藝過程（5）進(jìn)入Layout

28、 Editor（版圖編輯器），新建beam.cat文件，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀設(shè)計(jì)整個(gè)模型的二維版圖，如圖11所示。設(shè)計(jì)完后，單擊Close即可。anchor maskbeam maskGND mask圖11 二維工藝版圖（6）在model/mesh下拉欄里選擇上步設(shè)計(jì)的二維版圖文件beam.cat，單擊Build a New 3D Model。通過工藝文件c設(shè)定的厚度和模型在二維版圖文件beam.cat中的形狀，就可生成三維實(shí)體模型，如圖12所示。 (a)在犧牲層上沉積鋁層 (b)釋放犧牲層得到模型圖12 三位實(shí)體模型（7）然后選取懸臂梁和基底，劃分網(wǎng)絡(luò)單元。因?yàn)橐褂糜邢拊蠼?/p>

29、器，必須將選擇的實(shí)體模型劃分網(wǎng)格使生成若干單元體，這與ANSYS的處理過程相同。（8）再次回到Function Manager(功能管理器)界面 ，進(jìn)入ANALYZER模塊，選擇MemElectro求解器，點(diǎn)擊Analysis運(yùn)行后，就可以選擇提取所需的電容和電量值及電量密度的彩云圖；同樣要求解懸臂梁的應(yīng)力和變形，選擇MemMech求解器，同樣可以提取懸臂梁的變形和應(yīng)力值及彩云圖。（9）提取、查看結(jié)果。所求得的電量和電容值如圖13(a)、(b)；所示所求得的應(yīng)力和變形值如圖14(a)、(b)所示。 圖13 (a)電荷密度 (b)電容值 圖14 (a)Z向最大位移為0.16m (b)懸

30、臂梁所受最大等效應(yīng)力值為39MPa圖14 懸臂梁變形和應(yīng)力圖四 ANSYS4.1 公司、廠家：美國ANSYS公司4.2 軟件的總體描述ANSYS是由美國ANSYS公司開發(fā)的、功能強(qiáng)大的有限元工程設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化軟件包，是迄今為止唯一通過ISO9001質(zhì)量認(rèn)證的分析設(shè)計(jì)類軟件。該軟件是美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）、美國核安全局（NQA）及近二十種專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)軟件。與當(dāng)前流行的其他有限元軟件相比，ANSYS有明顯的優(yōu)勢(shì)及突破。ANSYS具有能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)及多場(chǎng)耦合分析的功能，是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)前后處理、分析求解及多場(chǎng)分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的大型有限元軟件，和其他有限元軟件相比，ANSYS的非線性分析功能

31、更加強(qiáng)大，網(wǎng)格劃分更加方便，并具有更加快速的求解器。同時(shí)，ANSYS是最早采用并行計(jì)算技術(shù)的有限元軟件，它支持從微機(jī)、工作站、大型機(jī)直至巨型機(jī)等所有硬件平臺(tái)，并可與大多數(shù)的CAD軟件集成并有交換數(shù)據(jù)的接口，ANSYS模擬分析問題的最小尺寸可在微米量級(jí)，同時(shí)，國際上也公認(rèn)其適于MEMS器件的模擬分析，這是其他有限元分析軟件所無法比擬的。ANSYS有限元軟件是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛用于核工業(yè)、機(jī)械制造、電子、土木工程、國防軍工、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究領(lǐng)域。ANSYS是國際公認(rèn)的適用于MEMS模擬分析的軟件工具。其主要分析功能包括以下幾個(gè)方面。（1）

32、結(jié)構(gòu)分析包括線性、非線性結(jié)構(gòu)靜力分析，結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析（包括模態(tài)和瞬態(tài)），斷裂力學(xué)分析，復(fù)合材料分析，疲勞及壽命估算分析，超彈性材料的分析等。（2）熱分析包括穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析，瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析，相變分析，輻射分析等。（3）高度非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析包括接觸分析，金屬成形分析，整車碰撞分析，焊接模擬分析，多動(dòng)力學(xué)分析等。（4）流體動(dòng)力學(xué)分析包括層流分析，湍流分析，管流分析，牛頓流與非牛頓流分析，內(nèi)流與外流分析等。（5）電磁場(chǎng)分析包括電路分析，靜磁場(chǎng)分析，變磁場(chǎng)分析，高頻電磁場(chǎng)分析等。（6）聲學(xué)分析包括水下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析，聲波分析，聲波在固體介質(zhì)中的傳播分析，聲波在容器內(nèi)的流體介質(zhì)中傳播分析等。（7）多場(chǎng)耦合

33、分析包括電場(chǎng)-結(jié)構(gòu)分析，熱-應(yīng)力分析，磁-熱分析，流體-結(jié)構(gòu)分析，流體流動(dòng)-熱分析，電-磁-熱-流體-應(yīng)力分析等。（8）其他如設(shè)計(jì)靈敏度及優(yōu)化分析，子模型及子結(jié)構(gòu)分析等。圖15 結(jié)構(gòu)分析圖16 熱分析的溫度分布圖17 線圈周圍磁場(chǎng)的分布圖4.3軟件的模塊組成及其主要用途前處理模塊：實(shí)體建模，網(wǎng)格劃分，加載。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊：分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能

34、力；后處理模塊：通用后處理模塊：顯示計(jì)算結(jié)果（等直線,剃度,矢量，透明，動(dòng)畫效果等），輸出計(jì)算結(jié)果（圖表，曲線）；時(shí)間歷程響應(yīng)檢查在一個(gè)時(shí)間段或子步歷程中結(jié)果。4.4 ANSYS使用中幾個(gè)應(yīng)注意的問題（1）單位制ANSYS軟件使用的單位制包括國際單位制（SI），厘米×克×秒制（cgs）、英寸制（bin）、英尺制（bft）、自定義單位制（user）。在使用軟件分析問題時(shí)，要保證輸入的所有數(shù)據(jù)都是使用同一單位制里的單位。單位制的定義只能通過命令方式實(shí)現(xiàn)，缺省為國際單位制。（2）材料庫ANSYS軟件提供了一些材料參數(shù)，建議不使用，主要由于單位制選用和標(biāo)準(zhǔn)不同，這是一點(diǎn)使用經(jīng)驗(yàn)?？?/p>

35、以建立自己的材料庫，這將使分析更加方便，但要注意單位制的問題。（3）坐標(biāo)系總體和局部坐標(biāo)系，用來定位幾何形狀參數(shù)的空間位置，包括笛卡兒坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系。顯示坐標(biāo)系用于幾何形狀的列表和顯示。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系用于定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度和節(jié)點(diǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)。單元坐標(biāo)系用于確定材料數(shù)據(jù)主軸和單元結(jié)果數(shù)據(jù)。結(jié)果坐標(biāo)系用來列表、顯示或在通用后處理器操作中將節(jié)點(diǎn)或單元結(jié)果轉(zhuǎn)換到一個(gè)特定的坐標(biāo)系中。此外，ANSYS可以定義工作面，工作面的功能較強(qiáng)，利用好工作面將方便建模。（4）文件類型db文件數(shù)據(jù)文件包括模型尺寸、材料特性及載荷等數(shù)據(jù)文件。emat文件為單元矩陣文件，err文件為錯(cuò)誤和警告信息文件，log文件為命

36、令輸入歷史文件，rst文件為結(jié)構(gòu)分析結(jié)果文件，rfl文件為FLOTRAN結(jié)果文件，rmg文件為電磁場(chǎng)分析結(jié)果文件，rth文件為熱分析結(jié)果文件，grph文件為圖形文件。由于有限元分析的數(shù)據(jù)量較大，經(jīng)常要?jiǎng)h除一些文件，但db文件和結(jié)果文件一般不要?jiǎng)h除。4.5 ANSYS的分析步驟ANSYS分析過程中三個(gè)主要的分析步驟：（1）創(chuàng)建有限元模型，包括創(chuàng)建或讀入幾何模型、定義材料屬性、劃分單元。（2）施加載荷進(jìn)行求解，包括施加載荷及載荷選項(xiàng)、求解。（3）查看結(jié)果，包括察看分析結(jié)果、檢驗(yàn)結(jié)果（分析是否正確）。圖18 ANSYS軟件界面五 IntelliSuite5.1 公司、廠家：美國Intell

37、iSense公司5.2 軟件的總體描述IntelliSuite是由美國IntelliSense公司創(chuàng)造的全球第一個(gè)MEMS專業(yè)設(shè)計(jì)與模擬仿真軟件。軟件模塊包括版圖建模、材料特性、工藝、各向同性和各向異性腐蝕模擬仿真、多物理場(chǎng)量（電、機(jī)械、熱、磁等）耦合分析（包括線性、非線性分析，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析等）以及系統(tǒng)級(jí)分析。提供從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制造的MEMS解決方案。可進(jìn)行多物理量的分析，其模擬和分析模塊使用戶無須進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)即可評(píng)估所設(shè)計(jì)器件的工藝可行性和工作性能。它的突出特點(diǎn)是將著名的開發(fā)工具與先進(jìn)的流水相結(jié)合，使MEMS產(chǎn)品迅速走向市場(chǎng)。具有多項(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)和首要發(fā)明創(chuàng)新。軟件可廣泛運(yùn)用于MEMS各個(gè)環(huán)

38、節(jié)，是設(shè)計(jì)、分析、模擬仿真?zhèn)鞲衅?、加速度?jì)、激勵(lì)器、生物微流體芯片、射頻開關(guān)以及光學(xué)MEMS器件的強(qiáng)大工具。5.3 軟件的模塊組成及其主要用途與實(shí)例圖 IntelliSuite軟件是由如下八個(gè)基本模塊組成：3D Builder、AnisE、IntelliFab、IntelliMask、MEMaterial、MicroFluidic、ThermoElectroMechnical、synple。3D Builder模塊：Intellisuite中的建模模塊，采用堆積的方式一步一步地將模型建立起來。AnisE模塊：各向異性蝕刻仿真軟件，可即進(jìn)觀看蝕刻過程的圖案變化，將其存儲(chǔ)成動(dòng)畫檔，并測(cè)量圖案上的距離深度。IntelliFab模塊：工藝過程仿真軟件，用工藝仿真的方式建模，并可觀看每個(gè)工藝步驟的三維立體圖及剖面圖，供設(shè)計(jì)