MEMS弹出齿轮驱动镜

COVENTOR为设计MEMS设备提供全面的软件工具套件。科因文州MP.提供MEMS设计自动化功能,而Semulator3D用于构建复杂MEMS结构的3D过程模型。

此示例强调了Semulator3D在设计基于MEMS的弹出齿轮驱动镜中的功能。使用桑迪亚超平面多级MEMS技术5(峰值VTM)制造工艺来构建镜子。实际弹出镜的SEM显微照片如图1(如下)所示。

弹出镜的SEM图像,其中一部分齿轮驱动组件

图1:弹出镜的SEM图像,其中一部分齿轮驱动器组件。由桑迪亚国家实验室提供。

Summit V制造涉及使用一个金属层(互连/接地平面)和四个机械层的五层多晶硅表面微机械加工过程。该镜像设备使用所有五个多晶硅层。

Semulator3d可以构建高度预测​​和准确的3D过程模型,该模型反映了设计和集成过程流程之间的复杂相互作用。使用一系列单元流程步骤(一些要求掩码)构建3D过程模型以产生高度准确的“虚拟”3D结构。

Semulator3D过程编辑器用于使用标准的工艺步骤输入齿轮驱动镜的制造序列。掩盖设计和过程信息是由桑迪亚国家实验室提供的。从过程步骤导出的制造过程的3D动画如图2所示。Semulator3D考虑了2D几何尺寸,使用的材料和自动构建模型和动画序列时的流程信息。

Semulator3D中的制造序列的动画

图2:Semulator3D中的制造序列的动画

片上MEMS结构的预先释放可视化可以通过定位过滤器的横截面切割来在半决面的3D中完成。此功能可以识别将防止结构释放或意外运动限制的设计错误。在图3和4(下图)中可以看出齿轮驱动镜的横截面切口,预先释放,前后释放。

semulator3d横截面视图发布前

图3:释放前的Semulator3D横截面视图


MEMS释放后的齿轮驱动组件

图4:释放后的齿轮驱动组件

除了可视化MEMS器件的逐步结构之外,SEMULATOR3D还提供了具有独特透视的MEMS设计器,用于预测几何形状中的缺陷。它提供了在模型几何体上运行3D设计规则检查(DRC)的灵活性,而不是仅使用标准的2D DRC。层厚度可以在模型中的任何位置自动提取。在设备结构之后可以验证体积,表面积和电连接数据。

弹出mems镜像的semulator3d动画

图5:使用运动路径的弹出镜像设备的Semulator3d动画。运动路径用于编程机械部件的运动,以便可视化它们的运动。

Semulator3D几何形状也可以用表面和容积网格进行建模,并导出到行业标准的现场求解器。Semulator3D使用两种复杂的建模方法:体素建模,快速,鲁棒数字方法和表面演进,一种模拟方法,能够以极高的准确性建模各种物理过程行为。Semulator3D能够将Voxel模型与网格元素分开,以生成仿真质量网格。可以将三角形和四面体卷网格从Semulator3D导出到FEA建模软件,如CoventorWare。图6显示了Semulator3D的齿轮驱动器组件的导出网。

在MEMS齿轮驱动组件上产生的网格

图6:在齿轮驱动组件上产生的网格

Semulator3D能够基于实际制造过程生成MEMS器件的高度精确模型,而不是通常用于传统有限元分析(FEA)的理想化几何。Semulator3D模型的几何保真度大大提高了FEA仿真精度。

参考:

http://mems.sandia.gov/gallery/images_mirrors.html.
http://www.mems.sandia.gov/tech-info/summit-v.html.

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