2022年MEMS各种仿真软件的比较分析 .pdf

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1、MEMS 器件、仿真与系统集成期中测验（三）（占考试成绩的20%，中英文答题均可，5 月 30 日交电子版。任课教师：陈剑鸣）研究生：段海军（签字）学号：2010211014 MEMS 设计、仿真软件的综合比较。（占本课程的 20%）。具体要求：1）用表格形式对MEMS 常用的软件进行比较。比较的软件四大类：TannerPro（主 要 是L-edit），HFSS,CoventorWare，IntelliSense，ANSYS 2）比较的内容：公司、厂家；软件的总体描述；软件的模块关系（模块组成）；按模块来阐述的主要用途；按模块来阐述的性能参数；软件所做的实例图（分模块）。你对此软件（或者是具体

2、模块）的看法和评价，不少于5 个模块。作业作答如下：由于制作表格不是很方便，每个软件包含的内容非常多，所以我采用如下形式的方式来分析比较上面五个软件。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 21 页 -一 TannerPro（主要是 L-edit）1.1 公司、厂家：Tanner Research 公司1.2 软件的总体描述Tanner 集成电路设计软件是由Tanner Research 公司开发的基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与 LVS，从电路设计、分析模拟到

3、电路布局一应俱全。其中的L-Edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。L-Edit Pro是 Tanner EDA 软件公司所出品的一个IC 设计和验证的高性能软件系统模块，具有高效率，交互式等特点，强大而且完善的功能包括从IC 设计到输出，以及最后的加工服务，完全可以媲美百万美元级的IC 设计软件。L-Edit Pro 包含 IC 设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系统(Standard Cell Place&Route)、线 上设计 规 则检 查 器（DRC）、组 件特性 提 取器（Device Extractor）、设计布局与电路netlist的比较器(LVS)、

4、CMOS Library、Marco Library，这些模块组成了一个完整的IC 设计与验证解决方案。L-Edit Pro丰富完善的功能为每个IC 设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计系统。Tanner Tools Pro是一套集成电路设计软件，包含以下几种工具：S-Edit (编辑电路图)。T-Spice（电路分析与模拟）。W-Edit（显示 T-Spice 模拟结果）。L-Edit（编辑布局图，自动布局布线，DRC，电路转化）。LVS（版图和电路图对比）。1.3 软件的模块关系及其主要用途与实例图S-Edit 模块：可以继续在 Core模块中继续寻找更低一级的模块，直至到MOS晶体

5、管。T-Spice 模块：是电路仿真与分析的工具，文件内容除了有元件与节点的描述外，还必须加上其他的设定。有包含文件（include file）、端点电压源设置、分析设定、输出设置。L-Edit模块：是一个布局图的编辑环境功能包括设计导航、分析图层、截面观察、设计规则检查、转化等。LVS 模块：是用来比较布局图与电路图所描述的电路是否相同的工具，也就是说比较 S-Edit 绘制的电路图与 L-Edit绘制的布局图是否一致。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 21 页 -图 1 S-Edit 模块界面图图 2 S-Edit实例图图 3（a）T-Spice模块等效电路图（

6、b）模拟仿真结果名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 21 页 -1.4 Tanner Pro软件的设计流程Tanner Pro 软件的设计流程可用如下图4 所示；将要设计的电路先以S-Edit编辑出电路图，再将该电路图输出成SPICE文件。接着利用 T-Spice 将电路图模拟并输出成 SPICE文件，如果模拟结果有错误，N回 S-Edit 检查电路图，如果T-Spice 模拟结果无误，则以L-Edit进行布局图设计。用L-Edit进行布局图设计后要以 DRC 功能做设计规则检查，若违反设计规则，再将布局图进行修改直到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转化成SPI

7、CE文件，再利用 T-Spice模拟，若有错误，再回到 L-Edit修改布局图。最后利用 LVS将电路图输出地SPICE文件与布局图转化的SPICE 文件进行对比，若对比结果不相等，则回去修改L-Edit 或 S-Edit 的图；直到验证无误后，将 L-Edit 设计好的布局图输出成GDSII文件类型，再交由工厂去制作半导体过程中需要的光罩。如下是 Tanner 数字 ASIC设计流程图：图 4 Tanner 数字 ASIC设计流程图1.5 L-Edit模块介绍（1）L-Edit画图布局详细步骤1）打开 L-Edit程序，保存新文件。2）取代设定（File-Rep lace Setup）。3）

8、环境设定（Setup-Design）。4）选取图层。5）选择绘图形状绘制布局图。6）设计规则设定（MOSIS/OPBIT 2.OU）和设计规则检查（DRC）。7）检查错误，修改（移动）对象。8）再次进行设计规则检查。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 21 页 -（2）使用 L-Edit画 PMOS 布局图1)用 到 和 图 层 包 括N Well,Active,N Select,P Select,Poly,Metal1,Metal2,Active Contact,Via。2)绘制 N Well 图层：L-Edit编辑环境是预设在P型基板上，不需定义P型基板范围，要制

9、作PMOS，首先要作出 N Well 区域。根据设计规则Well 区电最小宽度的要求（10），可画出 N Well 区。3）绘制 Active 图层：定义 MOS 管的范围。PMOS 的 Active 图层要绘制在 N Well图层之内。根据设计规则要求，Active的最小宽度为 3。可在 N Well 中画出Active 图层。4）绘制 P Select 图层：定义要布置P型杂质的范围。绘制前进行DRC 可发现相应错误。绘制时注意遵守规则：Not Selected Active。绘制时注意遵守规则：Active to P-Select Edge最小 2。同时还要注意 pdiff层与 N We

10、ll 层要遵守 5。5）绘制 Poly 图层：定义成长多晶硅，最小宽度2。6）绘制 Active Contact图层：源极、漏极接电极需要。标准宽度2。7）绘制 Metal1 图层：最底层的金属线。图 5 使用 L-Edit画 PMOS 布局图（3）使用 L-Edit编辑标准逻辑元件1）标准元件库中的标准元件的建立符合某些限制，包括高度、形状与连接端口的位置。标准元件分为逻辑元件与焊垫元件。2）操作流程：进入 L-Edit-建立新文件-环境设定-绘制接合端口-绘制多种图层形状-设计规则检查-修改对象-设计规则检查3）绘制接合端口：每一个标准元件一个特殊的端口叫做接合端口，它的范围定交出元件的尺

11、寸及位置即元件的边界。4）绘制电源与电源接口:典型标准元件的电源线分布在元件的上端和下端。注意标准单元库中的每一个标准元件其电源端口必须有相同的真对高度，且电源端口的宽度必须设定为0，位置必须贴齐Abut 范围的两边。5）绘制 N Well 层：在 P 型基板上制作 PMOS 的第一步流程。横向24 格，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 21 页 -纵向 38 格。6）编辑 N Well 节点：因为 PMOS 基板也需要电源，故需要在N Well 上建立一个欧姆节点。在 Abut 端口的上方，绘制出 Active,N Select、Active Contact这 3

12、 种图层。7）编辑 P 型基板节点：NMOS 基板也需要接地，故此需要在P base 上建立一个欧姆节点。在 Abut 端口的下方，绘制出 Active、P Select、Active Contact这 3 种图层。8）绘制 P Select图层。植入 P型杂质需要。两部分：一是在N Select 右边加上一块横向 11 格、纵向 10 格；一是在下方再加上横向18格，纵向 22 格。9）绘制 NMOS Active 图层：定义 MOS 的范围，Active 以外的地方是厚氧化层区（或称场氧化层）。一是在原上部 Active 下接一块横向 12格，纵向 4 格的方形 Active，一是在其下方

13、再画横向14 格、纵向 18 格的方形 Active。10）绘制 N Select图层：植入 N 型杂质需要。一是在Abut 下部 PSelect右边加横向 11 格，纵向 10 格；一是在刚上方加横向18格，纵向 22 格。11）绘制 PMOS Active 图层：一是在原下部Active 上接一块横向 12 格，纵向 4 格的方形 Active，一是在其上方再画横向14 格、纵向 18 格的方形 Active。12）绘制 Poly 层：Poly 与 Active相交集为栅极所在位置。横向2 格，纵向 70 格。绘制完此步，请先进行DRC 无误后再继续。13）绘制输入信号端口（A）：标准元件

14、信号端口（除电源和地）的绕线会通过标准元件的顶端或底部。一个标准元件信号端口要求高度为0，且宽度最好为整数值。自动绕线时用 Metal2，故需先将输入端口由Metal2 通过 Via 与 Metal1相连，在通过 Metal1 通过 Poly Contact与 Poly 相连。DRC 确认无误。14）绘制 PMOS 源极接线：需要将PMOS 左端 P 型扩散区与 Vdd相连。利用Metal1 与 Vdd相连，Metal1 与 Active间通过 ActiveContact相接。15）绘制 NMOS 源极接线：需要将NMOS 左边 N型扩散区与 Gnd相连。利用Metal1 与 Gnd相连，Me

15、tal1 与 Active间通过 ActiveContact相接。16）连接 PMOS 与 NMOS 的基极：将 NMOS 的右边扩散区和PMOS 的右边扩散区利用 Metal1 相连，并在 Metal1 与 Active 重叠区打上节点。17）绘制输出信号端口（OUT）。18）更改元件名称为INV，转化为 spice 文件(TOOLS Extract)。1.6 L-Edit的实际范例L-Edit是一个布局图的编辑环境，在此以Tanner Tools Pro所附的范例Lights.tdb文件为例，进行 L-Edit基本结构的介绍。Lights.tdb文件中有很多组件（cell），Lights

16、组件、core 组件、IPAD组件、OPAD 组件等，每一个组件名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 21 页 -都是一个布局图，一个组件可以应用其他组件而形成层次式结构。Lights.tdb文件是个标准组件组动配置与绕线（SPR）的范例。此范例是利用S-Edit的Lights.tdb文件输出地 TRP文件来进行标准组件自动配置与绕线而产生Lights组件的。图 6 范例电路图图 7（a）只显示Poly，Active，N well图层（b）截面观察二 HFSS 2.1 公司、厂家：美 国 Anso ft公 司名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共

17、21 页 -2.2 软件的总体描述Ansoft HFSS（全称 High Frequency Structure Simulator,高频结构仿真器）是 Ansoft 公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦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，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天

18、线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。2.3 软件的模块组成及其主要用途DESIGNER 模块：在 DESIGNERTM里结合二维版图，工艺流程，和材料特性，CoventorWareTM可以生成三维模型，进行网格的自动划分。ANALYZER 模块：针对客户所关心的问题，分析人员可以调用ANALYZERTM里专门针对 MEMS 器件分析开发的多个求解器，对 MEMS 器件的三维模型进行结构力学、静电学、阻尼、电磁学、多物理场耦合（含压电,及压阻问题）、微流体（主要涉及 Biochip 和 Inkjet）等物理

19、问题的详细分析。ANALYZERTM还可对边界条件、材料特性、三维模型几何形状等进行参数分析，研究这些参数对器件性能的影响。INTEGRATOR模块：利用 INTEGRATORTM，设计人员可以从三维分析结果提取MEMS 器件宏模型，反馈回ARCHITECTTM里进行系统性能的验证，从而完成MEMS的设计。支持的格式包括：Verilog-A(Cadence),MAST(Architect),and MATLAB同时，用户也可以利用INTEGRATORTM建立自己 MEMS 产品涉及到的宏模型库，为新产品的开发提供技术储备。2.4 Ansoft HFSS的应用领域2.4.1 天线（1）面天线：贴

20、片天线、喇叭天线、螺旋天线（2）波导：圆形/矩形波导、喇叭、波导缝隙天线（3）线天线：偶极子天线、螺旋线天线（4）天线阵列：有限阵列天线阵、频率选择表面（FSS）、（5）雷达散射截面（RCS）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 21 页 -2.4.2 微波（1）滤波器：腔体滤波器、微带滤波器、介质滤波器（2）EMC（Electromagnetic Compatibility）/EMI（Electromagnetic Intergerence）：屏蔽罩、近场远场辐射（3）连接器：同轴连接器底板、过渡（4）波导：波导滤波器、波导谐振器、波导连接器（5）Silicon/Ga

21、As：螺旋电感器、变压器2.5 HFSS 的操作界面和菜单功能介绍Ansoft HFSS 的界面主要包括：菜单栏（Menu bar）、工具栏（Toolbars）、工程管理（Project Manage）窗口、状态栏（Status bar）、属性窗口（Properties window）、进度窗口（Progress window）、信息管理（Message Manage）窗口和3D模型窗口（3D Modeler Window）。图 8 Ans oft HF SS的 操 作 界 面菜单栏（Menu bar）:绘图、3D模型、HFSS、工具和帮助等下拉式菜单组成。工具栏（Tool bar）:对应菜单

22、中常用的各种命令，可以快速方便的执行各种命令。工程管理（Project Manage）:窗口显示所以打开的HFSS 工程的详细信息，包括边界、激励、剖分操作、分析、参数优化、结果、端口场显示、场覆盖图和辐射等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 21 页 -状态栏（Status bar）:位于 HFSS 界面底部，显示当前执行命令的信息。属性窗口（Properties window）:显示在工程树、历史树和3D模型窗口中所选条目的特性或属性。进度窗口（Progress window）:监视运行进度，以图像方式表示进度完成比例。信息管理（Message Manage）:

23、窗口显示工程设置的错误信息和分析进度信息。3D 模型窗口（3D Modeler Window）:是创建几何模型的区域，包括模型视图区域和历史树（记录创建模型的过程）。三CoventorWare 3.1 公司、厂家：美国 Coventor 公司3.2 软件的总体描述CoventorWare 是在著名的 MEMCAD软件上发展起来的，目前业界公认的功能最强、规模最大的MEMS 专用软件。拥有几十个专业模块，功能包含MEMS 系统/器件级的设计与仿真,工艺仿真/仿效。其主要用于四大领域：Sensors/Actuators,RF MEMS,Microfluidics,Optical MEMS。Cove

24、ntorWare 具有系统级、器件级的功能的MEMS 专用软件,其功能覆盖设计、工艺、器件级有限元及边界元分析仿真、微流体分析、多物理场 耦合分析、MEMS 系统级仿真等各个领域。CoventorWare 因其强大的软件模块功能、丰富的材料及工艺数据库、易于使用的软件操作并与各著名EDA软件均有完美数据接口等特点给工程设计人员带来极大的方便。3.3 软件的模块组成及其主要用途CoventorWare 软件主要包括四个模块：ARCHITECT，DESIGNER，ANALYZER，INTEGRATOR。ARCHITECT 模块：提供了独有的 PEM(机电)、OPTICAL(光学)、FLUIDIC(

25、流体)库元件，可快速描述出MEMS 器件的结构，并结合周围的电路进行系统级的机、电、光、液、热、磁等能量域的分析，找到最优的结构、尺寸、材料等设计参数，从而生成器件的版图和工艺文件。DESIGNER 模块：可进行版图设计、生成器件三维模型、划分网络单元。ANALYZER 模块：可采用 FEM(有限元法)、BEM(边界元法)、BPM(光速传播法)、FDM(有限差分法)、VOF(体积函数法)等分析方法进行结构分析、电磁场分名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 21 页 -析、压电分析、热分析、微流体分析、光学分析及多物理场的全耦合分析等。INTEGRATOR模块：最后从三

26、维分析结果中提取MEMS 器件的宏模型，反馈回ARCHITECT 进行系统或器件性能的验证，完成整个设计。3.4 CoventorWare的基本内容CoventorWare 由可单独使用以补充现有的设计流程，或者共同使用以提供一个完整的 MEMS 设计流程的 4 个主要部分组成。其中包括Architect,Designer,Analyzer 和 Integrator。该工具套件的完整性和模块间高度的一体化程度提高了整体效率和易用性，使用户摆脱了在多个独立工具设计间手工传递数据的负担。图 9 CoventorWare工作流程图3.5 CoventorWare分析的基本步骤CoventorWare

27、 分析的基本步骤包括：定义材料属性；生成工艺流程；生成二维版图；通过二维版图生成三维模型；划分网格生成有限元模型；设定边界条件、加载；求解；提取、查看结果。以下我们以实例介绍该软件的整个仿真过程：悬臂梁与硅基底间电容的计算和悬臂梁的受力分析3.5.1 工艺过程(1)在硅基底上沉积一层氮化物(绝缘层)(2)再在其上沉积一层硼磷硅玻璃(BPSG)作为牺牲层(用于沉积铝)(3)刻蚀出支座(anchor)将要沉积的位置(4)采用等边沉积法沉积铝层(5)留下支座(anchor)和悬臂梁(beam)部分，刻蚀其余的铝层(6)释放 BPSG 牺牲层名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，

28、共 21 页 -3.5.2 具体设计过程（1）启动 CoventorWare2003，在用户设置中设定Directory(目录)，包括Work Directory、Scratch Directory、Shared Directory。只需设定工作目录，下 面 两 个 目 录 是默 认 的，系 统 会 自 动 将 它 设 定 到相 应 的 工作 路径 下，CoventorWare 所有运行生成的文件都会写在该目录下（该目录必须是已经存在的目录，在启动时是无法新建工作目录的）。许可文件的位置，包括Coventor License、CFD license、Saber license，在安装时就已设定

29、，默认即可。（2）单击 OK后，系统进入Projects Dialog Window(工程对话窗口)，新建工程名称为 BeamDesign 的文件夹，单击Open进入 Function Manager(功能管理器)界面。（3）进入 DESIGNER 模块，在 Materials中定义材料属性，选择Aluminum（film），根据题设修改其参数；再选择Silicon，方法相同。单击 Close，就可编辑工艺过程。（4）进入 Process Editor(工艺编辑器)，新建一个工艺文件beam.proc，根据上述工艺过程在工艺编辑器中设计整个流程，如图 7 所示。设计完后，单击Close，就可进

30、行版图设计。图 10 工艺过程（5）进入 Layout Editor（版图编辑器），新建 beam.cat 文件，根据预先设计的形状设计整个模型的二维版图，如图11所示。设计完后，单击Close 即可。图 11 二维工艺版图anchor mask beam mask GND mask 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 21 页 -（6）在 model/mesh下拉栏里选择上步设计的二维版图文件beam.cat，单击Build a New 3D Model。通过工艺文件 beam.proc设定的厚度和模型在二维版图文件 beam.cat中的形状，就可生成三维实体模型

31、，如图12所示。(a)在牺牲层上沉积铝层 (b)释放牺牲层得到模型图 12 三位实体模型（7）然后选取悬臂梁和基底，划分网络单元。因为要使用有限元求解器，必须将选择的实体模型划分网格使生成若干单元体，这与ANSYS的处理过程相同。（8）再次回到 Function Manager(功能管理器)界面，进入 ANALYZER 模块，选择 MemElectro 求解器，点击 Analysis运行后，就可以选择提取所需的电容和电量值及电量密度的彩云图；同样要求解悬臂梁的应力和变形，选择MemMech求解器，同样可以提取悬臂梁的变形和应力值及彩云图。（9）提取、查看结果。所求得的电量和电容值如图13(a)

32、、(b)；所示所求得的应力和变形值如图14(a)、(b)所示。图 13(a)电荷密度 (b)电容值图 14(a)Z向最大位移为0.16 m (b)悬臂梁所受最大等效应力值为39MPa 图 14 悬臂梁变形和应力图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 21 页 -四 ANSYS 4.1 公司、厂家：美国 ANSYS 公司4.2 软件的总体描述ANSYS 是由美国 ANSYS 公司开发的、功能强大的有限元工程设计分析及优化软件包，是迄今为止唯一通过ISO9001质量认证的分析设计类软件。该软件是美国机械工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认

33、证的标准软件。与当前流行的其他有限元软件相比，ANSYS 有明显的优势及突破。ANSYS 具有能实现多场及多场耦合分析的功能，是唯一能够实现前后处理、分析求解及多场分析统一数据库的大型有限元软件，和其他有限元软件相比，ANSYS 的非线性分析功能更加强大，网格划分更加方便，并具有更加快速的求解器。同时，ANSYS 是最早采用并行计算技术的有限元软件，它支持从微机、工作站、大型机直至巨型机等所有硬件平台，并可与大多数的CAD 软件集成并有交换数据的接口，ANSYS 模拟分析问题的最小尺寸可在微米量级，同时，国际上也公认其适于 MEMS 器件的模拟分析，这是其他有限元分析软件所无法比拟的。ANSY

34、S 有限元软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、机械制造、电子、土木工程、国防军工、日用家电等一般工业及科学研究领域。ANSYS 是国际公认的适用于MEMS 模拟分析的软件工具。其主要分析功能包括以下几个方面。（1）结构分析包括线性、非线性结构静力分析，结构动力分析（包括模态和瞬态），断裂力学分析，复合材料分析，疲劳及寿命估算分析，超弹性材料的分析等。（2）热分析包括稳态温度场分析，瞬态温度场分析，相变分析，辐射分析等。（3）高度非线性结构动力分析包括接触分析，金属成形分析，整车碰撞分析，焊接模拟分析，多动力学分析等。（4）流体动力学分析包括层流分

35、析，湍流分析，管流分析，牛顿流与非牛顿流分析，内流与外流分析等。（5）电磁场分析包括电路分析，静磁场分析，变磁场分析，高频电磁场分析等。（6）声学分析包括水下结构的动力分析，声波分析，声波在固体介质中的传播分析，声波在容器内的流体介质中传播分析等。（7）多场耦合分析包括电场-结构分析，热-应力分析，磁-热分析，流体-结构分析，流体流动-热分析，电-磁-热-流体-应力分析等。（8）其他如设计灵敏度及优化分析，子模型及子结构分析等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 21 页 -图 15 结构分析图 16 热分析的温度分布图 17 线圈周围磁场的分布图名师资料总结-精品

36、资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 21 页 -4.3 软件的模块组成及其主要用途前处理模块：实体建模，网格划分，加载。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块：分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分 析和高 度非线 性分析）、流体 动力学 分析、电磁场 分析、声场分 析、压电 分析以 及多物 理场的 耦合分析，可模 拟多种 物理介 质的相 互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块：通用后处理模块：显示计算结果（等直线,剃度,矢量，透明，动画效果等），输出计算结果（图表，曲线）；时间历程响应检查在一个时间段或子步

37、历程中结果。4.4 ANSYS 使用中几个应注意的问题（1）单位制ANSYS 软件使用的单位制包括国际单位制（SI），厘米 克 秒制（cgs）、英寸制（bin）、英尺制（bft）、自定义单位制（user）。在使用软件分析问题时，要保证输入的所有数据都是使用同一单位制里的单位。单位制的定义只能通过命令方式实现，缺省为国际单位制。（2）材料库ANSYS 软件提供了一些材料参数，建议不使用，主要由于单位制选用和标准不同，这是一点使用经验。可以建立自己的材料库，这将使分析更加方便，但要注意单位制的问题。（3）坐标系总体和局部坐标系，用来定位几何形状参数的空间位置，包括笛卡儿坐标系、柱坐标系和球坐标系。

38、显示坐标系用于几何形状的列表和显示。节点坐标系用于定义每个节点的自由度和节点结果数据。单元坐标系用于确定材料数据主轴和单元结果数据。结果坐标系用来列表、显示或在通用后处理器操作中将节点或单元结果转换到一个特定的坐标系中。此外，ANSYS 可以定义工作面，工作面的功能较强，利用好工作面将方便建模。（4）文件类型 db 文件数据文件包括模型尺寸、材料特性及载荷等数据文件。emat 文件为单元矩阵文件，err 文件为错误和警告信息文件，log 文件为命令输入历史文件，rst 文件为结构分析结果文件，rfl 文件为 FLOTRAN 结果文件，rmg 文件为电磁场分析结果文件，rth 文件为热分析结果文

39、件，grph 文件为图形文件。由于有限元分析的数据量较大，经常要删除一些文件，但db文件和结果文件一般不要删除。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 21 页 -4.5 ANSYS 的分析步骤ANSYS 分析过程中三个主要的分析步骤：（1）创建有限元模型，包括创建或读入几何模型、定义材料属性、划分单元。（2）施加载荷进行求解，包括施加载荷及载荷选项、求解。（3）查看结果，包括察看分析结果、检验结果（分析是否正确）。图 18 ANSYS软件界面五 IntelliSuite 5.1 公司、厂家：美国 IntelliSense公司5.2 软件的总体描述IntelliSuit

40、e是由美国 IntelliSense公司创造的全球第一个MEMS 专业设计与模拟仿真软件。软件模块包括版图建模、材料特性、工艺、各向同性和各向异性腐蚀模拟仿真、多物理场量（电、机械、热、磁等）耦合分析（包括线性、非线性分析，静态、动态分析等）以及系统级分析。提供从概念设计到产品制造名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 21 页 -的 MEMS 解决方案。可进行多物理量的分析，其模拟和分析模块使用户无须进入实际生产即可评估所设计器件的工艺可行性和工作性能。它的突出特点是将著名的开发工具与先进的流水相结合，使MEMS 产品迅速走向市场。具有多项领先技术和首要发明创新。软件

41、可广泛运用于MEMS 各个环节，是设计、分析、模拟仿真传感器、加速度计、激励器、生物微流体芯片、射频开关以及光学MEMS 器件的强大工具。5.3 软件的模块组成及其主要用途与实例图IntelliSuite软件是由如下八个基本模块组成：3D Builder、AnisE、IntelliFab、IntelliMask、MEMaterial、MicroFluidic、ThermoElectroMechnical、synple。3D Builder模块：Intellisuite中的建模模块，采用堆积的方式一步一步地将模型建立起来。AnisE 模块：各向异性蚀刻仿真软件，可即进观看蚀刻过程的图案变化，将其

42、存储成动画档，并测量图案上的距离深度。IntelliFab模块：工艺过程仿真软件，用工艺仿真的方式建模，并可观看每个工艺步骤的三维立体图及剖面图，供设计者参考。IntelliMask模块：针对 MEMS 的版图绘制软件。MEMaterial模块：内含强大的材料数据库，可观察材料中参数与性质之间的图形，并可以使用自己所获得的量测资料。MicroFluidic模块：微流分析模块，可以分析流体的流速，电场，电压，并可做泳由渗透分析。ThermoElectroMechnical模块：分析组件有关机械静电和机电耦合性质，采用强大的切割算法，可更快速并更精确地得到想要的结果。synple 模块：可用于电路

43、仿真。图 19 3D Builder 模块图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 21 页 -图 20 AnisE 模块图图 21 Intellifab模块图图 22 IntelliMask模块图图 23 MEMaterial模块图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 21 页 -图 24 MicroFluidic模块图 25 ThermoElectroMechnical模块图图 26 synple模块5.4 IntelliSuite软件的优势与特点（1）在建模上，有两种途径，一个是自身模块自带的3D building模块，不过该模块操作界面

44、在Intellisuite8.5依然没有得到多大改善，另外一种就是利用 IntelliMask版图模块以及 IntelliFAB工艺模块，生成 3D模型，利用工艺生成模型，这也是 Coventorware 能做到的；但是 Intellisuite不能导入 CAE/CAD名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 21 页 -模型，接口能力较差。（2）在 仿 真 模 块 中，Intellisuite优 势明 显的 就 是 热机 电分 析 模（ThermoElectroMechanical Module），其电磁模块EMag Analysis，没有听说业界有利用 Intelli

45、suite做电磁仿真的案例；利用热机电模块进行MEMS 微变形镜的仿真，其 Mesh划分上较为简单，都是面上四面体网格，其材料库的材料参数也大多是从文献中查找的。（3）Intellisuite还提供了压电分析模块PiezoMEMS，不过我当时的版本中这个模块的算法就是个bug，并不能进行运算，现在打了补丁，（4）工艺模块，Intellisuite提供湿法、干法的简单模块；这个并不强大，大部分情况下需要的是监控整个fabrication process flow，Intellisuite商业化成都目前不高，在一个没有经过检验的工艺分析，可信度大打折扣；所以Intellisuite现在也开始进行工

46、艺验证。（5）系统级分析模块，Intellisuite有 Synple 模块，但是相比于 Coventor来说，并不能做混合IC 仿真。总结上面介绍的五钟软件都是常用的MEMS 的仿真软件，由于自己只是间接地收集资料和整理各种软件资料，没有亲自使用上面的五钟软件，因此对软件实质的应用以及心得体会不是很多，但是通过看资料大概清楚上面五种软件的优缺点。同时本身软件就有各自优点与缺点，再加上主要的仿真用途有些不太一样，力学仿真：ANSYS 软件；设计仿真：COVENTOR软件；热机电设计仿真：IntelliSuite软件；电磁微波仿真：HFSS软件；根据各种软件的不同用途，对电路进行不同的仿真，会得到不同的精确度。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 21 页 -