微机电系统集成设计方法与实现技术.pdf

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1、22222222222222222222222222222222222222222222222参考文献!#!彭禹*面向内燃机子系统仿真分析的虚拟设计方法研究!硕士学位论文#*天津!天津大学$+$%+#!万欣$林大渊*内燃机设计*天津!天津大学出版社$-,-%#!朱宗柏$肖金生$覃峰$等*配气凸轮优化设计的复合形法和遗传算法*武汉理工大学学报$+$+$+#%)&!.$.%#!黄圣洁$张益三$洪立群*!:3K L S K K P+$高级开发实例*北京!电子工业出版社$+$+%编辑!郭!伟&作者简介!郝志勇$男$-.年生(浙江大学机械与能源工程学院教授)博士研究生导师(研究方向为内燃机现代设计理论与

2、方法$汽车与发动机振动噪声控制(发表论文,$余篇(彭!禹$男$-)V年生(浙江大学机械与能源工程学院博士研究生(微机电系统集成设计方法与实现技术常洪龙!博士研究生常洪龙!苑伟政!马炳和西北工业大学机电学院!西安!)$)+!摘要!针对微机电系统设计所存在的多学科交叉 周期长等问题!提出自顶向下设计与自底向上修正的双向微机电系统集成设计方法!将设计流程分为系统级 器件级和工艺级三个阶层#以微惯性器件为典型对象研究了各阶层的关键实现技术!并在此基础上构建微机电系统集成设计平台#所进行的硅微加速度计设计实例说明平台的设计流程可行!同时平台所具有的系统级 器件级和工艺级的多设计入口以及各阶层的全参数化驱

3、动设计功能可提高微机电系统设计的效率$关键词!微机电系统*集成设计*设计平台*系统级*器件级*工艺级中图分类号!&OW%-*&!%-*-!文章编号!$#+%+!%+$#&$+$-V+$.3()G-/)1!4,G(F )C%1*%-FNF 5;:?0 A$c 0,6 4$)$)+9:4)-/2)!4 0 4 ;5:6 ;DD;?0 5 4J;2 3 D 3 F 3 5 AH 6?;D3 4 3 BWD 3 C 4D;?0 5 46 4 DH 3 3 JW9 B;:0 G 0 E 6 I 0 3 4C 6?B:3 B 3?;D 3?3 F ;2;E 2 6 F F;4 5;?0 4MKM8D;?0

4、 5 4?9 E 26?J 9 F 0 WD 0?E 0 B F 0 4 6:AD;?0 5 46 4 D F 3 4 5D;?0 5 4B;:0 3 D$C 2;:;2;J;2 3 D 3 F 3 5 AD 0 0 D;D 2;MKM8D;?0 5 4 0 4 3 2:;F;F?!?A?;J$D;0 E;6 4 DB:3 E;?F;F*&2;A:;6 F 0 Z 6 0 3 4;E 2 4 3 F 3 5 0;?0 4 3 F ;D C;:;B:;?;4 ;D0 4 2;E 6?;3 G 2;0 4;:0 6 FMKM8D;0 E;*4 0 4 ;5:6 ;DD;?0 5 4B F 6 G

5、3:J MKM8L 6:D;4Q%*$C 6?H 9 0 F C 0 2 2;E 2 4 3 F 3 5 0;?*&2;?9 E E;?G 9 F?6 J B F;D;?0 5 43 GJ 0 E:36 E E;F;:3 J;:9 4 D;:2;B F 6 G 3:JB:3 ;D 2;G;6?0 H 0 F 0 A3 G 2;J;2 3 D 3 F 3 5 A*&2;B F 6 G 3:J,?G;6 9:;?9 E 26?B 6:6 J;:WD:0 ;4D;?0 5 4 0 4;:A F;F 6 4 DE 9?3 J;4 I:6 4 E;?G 3:9?;:G 6 E 0 F 0 6 ;2;D;

6、?0 5 46 4 D;4 2 6 4 E;2;G G 0 E 0;4 E A*;6;F*D;0 E;F;F*B:3 E;?F;F$!引言近年来$微机电系统%MKM8&的研究已取得了很大进步$但真正商品化的MKM8产品主要还是一些传感器类产品(这表明MKM8技术的发展还没有成熟$其中问题之一就是MKM8涉及面广)设计过程复杂以及周期长$这极大地限制了MKM8技术的快速发展#(针对困扰MKM8发展的制约因素$人们一直收稿日期!+$%+$)+,基金项目!国家自然科学基金资助项目%.$%).+.$+$.$+&*国家,V%高技术研究发展计划资助项目%+$%#$#$)&在寻求相应的解决办法(目前$国外的

7、研究结果显示$MKM8的加工能力强于其设计能力+#(因此$提高MKM8的设计能力就更为迫切(为解决MKM8的设计难题$人们通常从设计工具和设计方法两个角度进行研究(前者针对MKM8设计过程的某一环节%如湿法刻蚀工艺&开发相应的计算机辅助设计工具%R&$对该环节进行仿真)分析和 评 价*后 者 从 更 高 的 层 次 上 综 合 考 虑MKM8设计的各个环节$安排设计流程$流畅衔接不同阶段的设计从而达到最优设计(当前$发达国家对MKM8设计的研究已经从对单个设计工具的研究过渡到了对整个MKM8-V-中国机械工程第.卷第$期+$#年.月下半月设计方法的研究!其设计方法已从源于微电子工艺设计的自底向

8、上H 3 3 JW9 B#的设计方法发展到 了 符 合MKM8特 性 的 自 顶 向 下 3 BWD 3 C 4#的设计方法$+%&%并开发出了相应的设计平台!而我国大多数单位都还局限于对单个设计工具研究的初级阶段!近年来%西北工业大学在对MKM8的设计特点进行深入研究的基础上%提出了独特的自顶向下设计和自底向上修正的双向MKM8集成设计方法%并以此为理论基础%以微惯性器件的设计为需求牵引%构建了MKM8集成设计平台MKM8L 6:D;4Q%*$%并对其中的关键技术进行了较深入的研究$#,&!自顶向下设计和自底向上修正的双向集成设计方法=*=!系统框架MKM8的集成设计是一个多视图 多阶层的设

9、计方法 见图#!多视图是指从三个方面对MKM8进行集成设计(#从产品的全生命周期 设计 制造 封装检验 使用 维护等#看%对其产品形式 数据图表掩模信息 实体模型 设计原型等#生产过程和组织活 动 予 以 并 行 设 计)$从 其 功 能 组 成 看%MKM8包含微传感器 微执行器 微检测控制电路等功能模块%其设计必须达到器件结构和系统功能的有机集成)%从涉及的研究领域看%多学科 微观领域的机械 力 电 光 流体等#以不同比例综合 相互转换发生作用 传感 致动的工作原理与微 观 环 境 条 件 的 影 响 等#的 特 点 需 要 纳 入MKM8的设计工作!图=!多视图多阶层的微机电系统集成设计

10、方法多阶层是指针对MKM8的设计的复杂过程%将其分成系统级设计 器件级设计和工艺级设计三个 阶 层%分 别 完 成 相 应 的 设 计 任 务%组 成MKM8设计的多阶层架构!根据这三层在设计时进行的先后次序%就有了MKM8的自顶向下设计和自底向上的设计方法之分!当前MKM8自顶向下的设计方法%大致遵循面向应用目标的顶层 系统 部件 实现过程 微结构 掩模 具体工艺等细节的底层的设计顺序%它更注重宏观层次上应用问题的提出与解决%系统级以下的工作借助高柔性 封装后的参数化模型来实现%从而更容易达到对系统整体的操纵和把握!借助可重用的参数化模型%使设计者能够摆脱烦琐的设计细节%并能尽量减少设计的反

11、复次数及其影响深度%对系统整体的把握和操纵能力大大增强!自顶向下的MKM8集成设计方法综合了集成设计和自顶向下两种设计思想的精髓!集成设计对影响MKM8设计的加工 封装 测试 使用等因素进行全面考虑%然后对设计过程和设计任务进行自顶向下的分解!这样集成和分解就做到了辩证统一%相辅相成%共同完成MKM8复杂的设计任务!=*!设计流程在自顶向下的MKM8的集成设计方法中%将MKM8的设计过程从开始到结束分为系统级设计 器件级设计和工艺级设计三个阶层 见图+#%每一层分别完成相应的设计任务!图!MKM 8集成设计流程系统级设计面向用户的需求%研究的对象是由MKM8器件与信号提取 信号反馈等相关电子电

12、路组成的微系统%着重研究系统的整体行为特*)-*微机电系统集成设计方法与实现技术+常洪龙!苑伟政!马炳和性与性能!主要承担产品概念设计 制定设计方案等设计任务!为器件级设计提供依据#器件级设计根据MKM8器件的实体模型研究其行为特性和物理特性!主要完成MKM8器件的实体设计 分析和优化!为器件的工艺 版图设计奠定基础!并且可以从中提取器件的行为模型!再进行系统级的行为仿真!以验证设计方案#工艺级设计主要包括器件的掩模版图设计和工艺流程设计!是MKM8器件加工前的最后一步!其主要任务包括基于实体模型的工艺定义!基于实体的版图生成以及加工工艺仿真#在该设计方法中!先对MKM8的设计进行全面考虑!然

13、后通过自顶向下的设计方法对其设计过程和设计任务进行分离!其核心思想就是合成和优化#自底向上则是对设计方案的验证与分析#在实际的MKM8设计过程中!设计与分析流程不断地交互运用!以决定出最符合规格要求的设计#=*?!关键技术（）混 合 信 号 系 统 的 建 模 及 仿 真 技 术!MKM8从功能组成上包括传感器 控制器 执行器等三个部分!从处理信号的能量形式看包括机械能 电能 光能等!因此用一种方法清晰 准确地描述其复杂的结构组成并能进行仿真分析!就成了系统级设计需要解决的首要问题#混合信号硬件描述语言可以方便地同时描述机械量和电量!用它在后台描述MKM8的组成!前台采用形象化的图形符号表示M

14、KM8的结构组成!既易于系统的分析和仿真!又能以形象直观的形式反映其结构组成#同时!采用多端口网络的三维组件库技术可以有效地实现系统级的快速建模分析设计#（+）数模电路设计及仿真技术!MKM8所敏感的信号都需要经过接口电路处理!并反馈给执行部件#由于MKM8所处理的信号通常比较小!如微陀螺的典型位移为$W%$W#JJ!引起的电容变化只有$W,$W-_!输出电压只有微伏甚至纳伏量级!因此接口电路的设计和仿真技术都还要特别针对小信号的提取和处理!同时为电路的版图设计提供依据#（%）多学科优化技术!在MKM8设计过程中需采用多学科优化技术!集成各个学科$子系统%的知识!应用有效的设计和优化策略!来组

15、织和管理微机电系统的系统级设计#通过充分利用各个学科$子系统%之间的相互作用所产生的系统效应!获得设计的最优解#另一方面!从系统级设计到器件级设计的参数传递过程也是一个优化过程!它以设计的规格要求为目标!以器件的行为或结构参数为变量建立优化函数!采用多因素 多目标的优化算法求解!得出器件的行为或结构参数!为器件设计提供依据#系统级优化的结果可以直接参数化驱动生成器件的实体模型或版图#（#）多物理场耦合分析技术!为准确地预测微器件在实际工作中的响应特性!需要对微结构进行静态 模态 瞬态 谐响应等分析!以及结构热 流体 电磁等多物理场分析#通过耦合场分析!能较准确地模拟微尺度下静电&结构&流体等多

16、物理场之间的相互作用情况!分析微机电器件在多种物理机制下的综合作用的结果#例如!分析静电场对微结构固有频率漂移的影响!从而通过控制电压的大小调节系统的频率!以提高器件的工作性能#（.）宏模型技术!描述器件行为比较精确的做法是采用有限元方法!但是器件的有限元模型自由度较多 过于复杂!并且和接口电路不易集成!因此使用器件的宏模型来代替有限元模型进行器件的行为描述#根据器件的多物理场分析可以从中提取器件的宏模型#（V）三维实体到二维版图的转换技术!以往MKM8设计人员都是从二维的掩模版图开始设计MKM8器件!但由于掩模版图是二维的!不够直观地反映器件的结构特征#因此人们往往希望从更直观的器件的三维实

17、体模型开始进行设计!同时能够实现从三维实体到二维版图的自动转化!这将彻底改变以前人们从版图开始设计的习惯!加快设计的效率#从三维实体通过工艺定义自动生成二维版图的技术是一种切实可行的解决办法!所设计开发的工艺编辑器较好地解决了这一问题#（)）工艺可视化及加工仿真技术!微细加工工艺的步骤繁多!并且大都是一些平面工艺!不够直观#利用虚拟现实技术和三维实体构造技术进行微细加工工艺的可视化!可以对每一道工艺的加工结果进行可视化评估#加工仿真是在已知加工工艺和掩模版图的前提下!通过仿真得到器件的最终三维实体模型#这样的实体模型分为两类#根据加工的真实的物理行为建立器件的几何模型($通过对加工工艺效果的粗

18、略近似!建立器件的几何模型#加工仿真技术可以直接利用单步工艺可视化技术的结果进行计算#（,）参数化元件库技术!在自顶向下的设计流程中!不同设计人员开始设计的起点不同#如在系统级用户需要进行利用参数化驱动的元件库),-)中国机械工程第.卷第$期+$#年.月下半月建立系统的原理图!在器件级用户还需要利用参数化的实体元件建立器件的实体模型!在工艺级还需要用到参数化的版图库建立器件的版图因此!利用相应的软件进行参数化建模也是集成设计的一个关键技术在MKM8集成设计平台中建立完全参数化的三级元件库!可以重复利用已有的研究成果达到快速设计的目的+!微机电系统集成设计平台及微加速度计设计样例!自 主 开 发

19、 的MKM8集 成 设 计 平 台#MKM8L 6:D;4Q%*$的整体框架见图%!分别由系统级设计$器件级设计和工艺级设计三大部分共#个模块组成!具有如下特点%图?!微机电集成设计平台的系统框架结构独特的设计流程!实现从微机电的概念设计到加工工艺设计的自顶向下设计流程!并能进行自底向上的修正&多设计入口!为不同工程背景的用户提供系统级$器件级和工艺级设计入口!设计人员可以从这三个入口中的任一入口开始设计&参数化驱动设计!分别在系统$实体$版图三个级别提供全参数化驱动设计接口*=!系统级设计采用混合信号硬件描述语言建立可重用的系统级的参数化微机电元件库!包含平板质量块$梁$锚点$驱动梳齿$加速

20、度$力等单元库!利用这些单元库构建系统的示意图?E 2;J 6 0 E(!描述系统行为模型!从而快速完成MKM8中机械和电子等混合信号的建模与仿真!并能同时进行接口电路的设计与仿真为由三维梁$电梳$质量$锚点等元件所搭建的硅微加速度计系统级模型见图#该加速度计频域内的小信号仿真结果图见图.!显示其检测模态谐振频率为#)#O Z*!器件级设计采用可视化实体建模语言及分析软件实现微机械部分的三维实体特征可视化建模!具有模态分析$静电场分析$耦合场分析$优化设计等功能!能准确评估MKM8的系统性能根据硅微加速度计的系统级仿真所得到的结构参数$参数化驱动生成的硅微加速度计实体模型见图V对该实体模型可进

21、行有限元分析!该加速度计的一阶模图!硅微加速度计的系统级模型图A!微加速度计的频域分析态分析图见图)结果显示该加速度计的模态频率为.$-%O Z!与系统级仿真的结果相比误差为VX!图J!微加速度计的实体模型图K!微加速度计的一阶模态分析图*?!工艺级设计MKM8L 6:D;4Q%*$具有三维实体模型向二维版图的自动转换功能!包含丰富的材料属性库$参数化版图库$自动生成硅微加速度计的加工版图在工艺编辑环境中!设计人员可以自主地制定工艺过程!并实现工艺过程可视化图,为该加速度计样件的扫描电镜照片)-)微机电系统集成设计方法与实现技术#常洪龙!苑伟政!马炳和图L!硅微加速度计的8 KM照片%!结论自

22、顶向下设计与自底向上修正的双向集成设计方法有效地解决了微机电系统的多学科交叉问题!提高了设计效率同时所构建的集成设计平台MKM8L 6:D;4Q%*$为不同工程背景的用户提供系统级#器件级和工艺级三个参数化的设计入口!提高了平台的实用性在该平台上设计的微惯性器件已进行流片验证参考文献$%&!李志坚*微电子机械系统MKM 8(发展展望*电子科技导报*-)!#($+$%+&!J;:0 E 6 4 6 0 3 4 6 F8 E 0;4 E;_ 3 9 4 D 6 0 3 4*8 :9 E 9:;DR;?0 5 4M;2 3 D?G 3:MKM 8_ 0 4 6 FP;B 3:!6T 3:I?2 3

23、B8 B 3 4?3:;DH A 2;6 0 3 4 6 F 8 E 0;4 E;_ 3 9 4 D 6 0 3 4!6 F ;E 2!6?6 D;4 6!-.%&!T 0 F F 0 6 J&*(;:0;C3 GM 0 E:3;F;E :3 J;E 2 6 4 0 E 6 F8 A?;J?6 4 DR;?0 5 4!:3 E;?;?*R;?0 5 4 9 3 J 6 0 3 4 3 4 G;:;4 E;-)!4 6 2;0 J!=8!-)%#&!7 0 6 3R 6 A 3 4 5!b 9 6 4 T;0 Z 2;4 5!2 6 4 5 O 3 4 5 F 3 4 5*;F 0?3 8 3

24、F 0 D M 3 D;F6 4 D a 6 A 3 9 0 4 R;?0 5 4 3 GMKM 8R;0 E;*!6 E 0 G 0 EP 0 J T 3:?2 3 B3 4&:6 4?D 9 E I;:?6 4 DM 0 E:3)6 4 3&;E 2 4 3 F 3 5 0;?*c 0 6 J;4!2 0 4 6!+$+%.&!a 0T;0 0 6 4!b 9 6 4 T;0 Z 2;4 5!7 0 6 3R 6 A 3 4 5*S 4 ;I5:6 ;D R;?0 5 4!(B 0 J 0 Z 6 0 3 4 6 4 D 8 0 J 9 F 6 0 3 4 3 GMKM 8L A:3?E

25、3 B;*M 0 E:3W4 6 4 3&;E 2 4 3 F 3 5 0;?G 3:;:3?B 6 E;e S 4 D 9?:0 6 F B B F 0 E 6 0 3 4?!M 3 4 :;6 F!6 4 6 D 6!+$+%V&!常洪龙!苑伟政*一种基于特征传递的MKM 8*&3 BWD 3 C 4+集成设计方法*压电与声光!+$!.+%($,+,#%)&!李伟剑!苑伟政*梳状硅基微陀螺的*&3 B WD 3 C 4+集成设计及耦合场分析*压电与声光!+$!.+%($-)+$%,&!霍鹏飞!苑伟政*MKM 8集成设计平台的建模与构建技术研究*压电与声光!+$!.+%($+$+$%编辑!郭

26、!伟(作者简介$常洪龙!男!-)年生西北工业大学机电学院博士研究生研究方向为MKM 8#R及微惯性器件苑伟政!男!-V 年生西北工业大学机电学院教授#博士研究生导师马炳和!男!-)+年生西北工业大学机电学院副教授2222222222222222222222 上接第-页(分解过程依赖于信号本身包含的变化信息!因而对故障信息更为敏感.!结论滚动轴承工作状态不同!振动信号的KMR能量熵值就不同!这说明滚动轴承发生故障时!各频带的能量发生了变化因此!可采用各S M_分量的能量作为神经网络的特征参数来对滚动轴承的工作状态进行分类理论分析和试验结果表明!本文提出的基于KMR来提取能量特征参数的故障诊断方法

27、可以有效识别滚动轴承工作状态和故障类型当采用基于KMR的各频带能量作为神经网络特征向量时!具有比基于小波包分析的神经网络更高的识别能力参考文献$%&!a 0 4 5/0 4 5!7 9a 0 6 4 5?2;4 5*_;6 9:;K U :6 E 0 3 4N 6?I;D3 4 M 3:F;T 6 ;F;6 4 DS?B B F 0 E 6 0 3 4G 3:M;IE 2 6 4 0 E 6 F_ 6 9 F R 0 6 5 4 3?0?*/3 9:4 6 F3 G8 3 9 4 D6 4 DQ 0 IH:6 0 3 4!+$!+%#($%.#,%+&!;:T&!;4 5bO!P 0 E 2

28、6:Db*T 6 ;F;4 6 F A I?0?6 4 D K 4 ;F 3 B;R;E 0 3 4 G 3:P 3 F F 0 4 5 K F;J;4 N;6:0 4 5_ 6 9 F R 0 6 5 4 3?0?W&2;0:K G G;E 0 ;?6 4 D_ F;U I0 H 0 F 0 0;?*/3 9:4 6 F 3 GQ 0 H:6 0 3 46 4 D E 3 9?0 E?!+$!+%($%$%$%&!钟佑明!秦树人!汤宝平*一种振动信号新变换法的研究*振动工程学报!+$+!.+($+%+%,%#&!张贤达!保铮*非平稳信号分析与处理*北京$国防工业出版社!-,%.&!O 9 6

29、 4 5 K!8 2;41!a 3 4 58 P*&2;K J B 0:0 E 6 FM 3 D;R;E 3 J B 3?0 0 3 46 4 D 2;O 0 F H;:8 B;E :9 JG 3:3 4 F 0 4;6:6 4 D 3 4W8 6 0 3 4 6:A&0 J;8;:0;?4 6 F A I?0?*!:3 E*P*8 3 E*a 3 4 D*!-,!#.#+($-$%-.编辑!郭!伟(作者简介$杨!宇!女!-)年生湖南大学机械与汽车工程学院讲师#博士研究生研究方向为机械故障诊断及测控技术发表论文$余篇于德介!男!-.)年生湖南大学机械与汽车工程学院教授#博士研究生导师程军圣!男

30、!-V,年生湖南大学机械与汽车工程学院副教授#博士研究生,$+-,中国机械工程第.卷第$期+$#年.月下半月微机电系统集成设计方法与实现技术微机电系统集成设计方法与实现技术作者：常洪龙，苑伟政，马炳和作者单位：西北工业大学机电学院,西安,710072刊名：中国机械工程英文刊名：CHINA MECHANICAL ENGINEERING年，卷(期)：2004，15(10)被引用次数：15次 参考文献(8条)参考文献(8条)1.李志坚 微电子机械系统(MEMS)发展展望 1997(04)2.American National Science Foundation Structured Design

31、Methods for MEMS Final Report,aWorkshop Sponsored by the National Science Foundation,Caltech,Pasadena,CA 19953.William C T Overview of Microelectromechanical Systems and Design Processes 19974.Qiao Dayong.Yuan Weizheng.Chang Honglong Netlist to Solid Model and Layout in Design of MEMSDevice 20025.Li

32、 Weijian.Yuan Weizheng.Qiao Dayong Integrated Design,Optimization and Simulation of MEMSGyroscope 20026.常洪龙.苑伟政 一种基于特征传递的MEMSTop-down集成设计方法 2001(23)7.李伟剑.苑伟政 梳状硅基微陀螺的Top-down集成设计及耦合场分析 2001(23)8.霍鹏飞.苑伟政 MEMS集成设计平台的建模与构建技术研究 2001(23)相似文献(10条)相似文献(10条)1.会议论文 张长富 微机电系统集成设计方法研究 2004 介绍了微机电系统的发展状况，分析了微机电

33、系统设计方法与传统设计方法的不同之处及其设计过程中存在的问题，详细阐述了微机电系统的集成设计方法。2.会议论文 苑伟政 微机电系统(MEMS)集成设计技术 2004 针对微机电系统设计存在多学科交叉、周期长等问题,提出了自顶向下设计与自底向上修正的双向微机电系统集成设计方法,并以微惯性器件为典型对象讨论了所涉及的关键技术.在此基础上构建了微机电系统集成设计平台,平台可以实现系统级、器件级和工艺级的多设计入口以及全参数化驱动的微机电系统设计.并以硅微加速度为例对该设计思想和平台进行了验证.3.会议论文 李伟剑.苑伟政 梳状硅基微陀螺的Top-down集成设计及耦合场分析 2001 以梳状硅基微陀

34、螺为典型实例,按照MEMS器件集成设计的Top-down思想,研究了硅微陀螺的实体建模、有限元分析、相关数据库的建立、工艺过程模拟以及版图生成等设计过程;同时针对硅微陀螺仪存在的机电耦合问题进行了分析研究,以期实现MEMS器件的性能优化,缩短研制周期.4.学位论文 徐炎冰 MEMS集成设计系统的研究与开发 2005 近年来微机电技术发展非常迅速，应用领域不断扩大。但是传统设计方法的效率仍然很低，这使得微机械电子产品面临开发周期长、成本高的窘境，所以构建出高效的MEMS设计平台是实现MEMS系统和规范化设计的有效手段，它对于加快MEMS器件的设计与制造、优化器件结构、缩短产品研发周期具有重要的意

35、义。目前，对MEMS设计方法及设计工具的研究已经成为当前科学的前沿和热点之一。本文运用计算机辅助设计的方法，研究MEMSCAD系统应具有的主要内容及模拟的关键技术，构建出MEMSCAD结构框架，并对MEMS集成设计方法进行了深入地研究。首先，针对MEMS系统设计多学科交叉的特点，研究MEMS计算机辅助设计系统的主要内容并搭建出MEMSCAD集成设计平台。其次，为了达到快速系统仿真和准确设计的目的，本文提出在MEMSCAD系统中采用标准数据转换格式STEP，建立STEP数据库。最后，由于传统MEMS设计方法难以用于复杂MEMS器件设计，本文基于MUMPS表面微加工工艺，归纳出工艺特征，以此为基础

36、建立工艺层库。利用Pro/GROGAME，编写出自动装配工艺层模型程序，通过自主开发的软件，将工艺层模型直接导入到MEMS版图器中，从而实现三维模型到二维版图的自动转换。研究表明，基于集成设计技术的MEMSCAD能有效的进行微机械电子器件的模拟和设计，具有很大的通用性。5.期刊论文 范真.徐炎冰.丁建宁.FAN Zhen.XU Yanbing.DING Jianning 基于MUMPS的MEMS集成设计方法研究-制造技术与机床2006,(4)基于MUMPS(Multi-User MEMS Processes:多用户三层多晶硅表面微加工工艺流程)表面微加工工艺,根据其工艺特征,建立工艺层库.利用

37、Pro/PROGRAM,编写自动装配工艺层模型程序,通过自主开发的软件,将工艺层模型直接导入到MEMS版图器中,从而实现三维模型到二维版图的自动转换.6.会议论文 苑伟政 微机电系统(MEMS)集成设计技术 本文针对微机电系统设计存在多学科交叉、周期长等问题,提出了自顶向下设计与自底向上修正的双向微机电系统集成设计方法,并以微惯性器件为典型对象讨论了所涉及的关键技术，并以硅微加速度计为例对该设计思想和平台进行了验证。7.学位论文 闫子健 MEMS CAD器件级宏模型获取技术 2007 随着MEMS的迅速发展，MEMS器件越来越复杂，要求MEMS计算机辅助设计(CAD)能够对MEMS整体行为进行

38、快速建模与仿真分析。结构化设计思想为MEMS设计提供了方向，MEMS的设计技术取得了长足的发展，但是宏模型获取技术一直显得相对落后，致使系统级分析与物理级分析难于相互配合协调。作为MEMS CAD重要研究内容之一的宏模型获取处理及自动化集成设计对于提高MEMS的设计水平具有非常重要的意义。本文针对MEMS系统级建模与仿真的快速性要求和MEMS固有的多能量域耦合特点，研究YMEMS CAD中器件级宏模型获取方法，及基于KrvlOV子空间投影法的自动化实现方法。通过对物理级有限元分析的结果文件进行处理并进行阶阶，获取器件级宏模型封装于子系统的端口行为中，实现物理级分析结果向系统级转化，可以与多端口

39、互组件网络模型互连，丰富了系统级模型，弥补了解析模型的不足。首先，根据MEMS CAD结构化设计思想，分析了系统级分析和物理级分析二者之间存在的固有不足，提出了通过器件级宏模型获取处理来弥补，并在此基础上分析了儿种典型的宏模型获取方法。借鉴近代控制理论中经典的降阶方法，详细分析了可以用于MEMS CAD实现宏模型自动获取处理的降阶算法的原理及特性。同时，结合两种典型的MEMS器件谐振器和 Z轴加速度计，分别进行了黑箱式和可与多端口组件互连的宏模型获取处理，通过系统级分析与物理级有限元分析进行了比较，验证了降阶处理的准确性及效率等方面的问题，并分析了实现自动化宏模型获取处理软件的实现流程。最后，

40、对论文工作进行了总结，并针对降阶算法的进一步改进和软件优化等方面提出了若干建议。8.期刊论文 国蓉.王小娟.王伟.GUO Rong.WANG Xiao-juan.WANG Wei 基于MEMS的微引信谐振器系统级设计-兵工自动化2008,27(11)在微机电系统集成设计平台-MEMS Garden基础上,搭建MEMS微引信谐振器的系统级模型,并利用有限元仿真计算2种方法并对模型进行有效性验证,完成谐振器的结构设计,再由仿真得到结构性能参数.研究结果表明,采用系统级方法进行MEMS器件的设计能够在确保求解精度的前提下,显著提高设计效率,缩短设计周期,减小设计成本:所设计的MEMS微引信谐振器的各

41、项性能指标完全能满足引信安全系统的应用要求.9.期刊论文 吴鸿宾.苑伟政.常洪龙.谢建兵.WU Hong-bin.YUAN Wei-zheng.CHANG Hong-long.XIE Jian-bing MEMS CAD软件开发中参数化版图库的研究及实现-机械设计与制造2005,(9)这里首先论述了参数化版图库在 MEMS集成设计中的重要意义.并基于版图参数化的思想,以 L-Edit作为开发平台,进行了参数化版图库的设计开发.通过对动态链接库文件的调用生成版图,并构建了版图库集成平台.10.会议论文 朱毅麟 面向21世纪的微型航天器的关键技术 1996 未来的微型航天器（重量小于公斤）将采用微

42、型公用平台集成公用模块。该文阐述了集成公用模块的概念和应用，概要地介绍了航天器实现微型化所需的关键技术无电缆连接、多功能结构、先进的轻型材料、自主热管理和微热控系统、微机电系统、高密度电子线路封装和连接以及集成设计环境。引证文献(15条)引证文献(15条)1.兰靖.苑伟政.常洪龙.周志广.崔金强 Si微陀螺结构与接口电路的混合仿真期刊论文-微纳电子技术2009(8)2.闫云飞.张力.冉景煜.唐强.马盟.邱贇 基于MEMS技术的微型燃烧器的特性分析与设计期刊论文-微细加工技术 2008(1)3.谢志雄.苑伟政.常洪龙.徐景辉.谢建兵 MEMS版图抽取及系统级模型自动构建技术期刊论文-传感技术学报

43、 2008(4)4.许晓飞.李邓化 MEMS钹式压电复合换能器的设计与仿真期刊论文-北京机械工业学院学报（综合版）2008(1)5.范真.徐炎冰.丁建宁.凌智勇.张晶.杨平 MEMS集成设计中数据交换的研究期刊论文-机械设计与制造2006(4)6.徐景辉.苑伟政.常洪龙.谢建兵 一种新型三维实体到标准工艺版图的转换方法期刊论文-传感技术学报2006(5)7.常洪龙.谢建兵.徐景辉.阎子健.苑伟政 一种可支持任意流程的MEMS设计工具期刊论文-传感技术学报2006(5)8.闫子健.苑伟政.吕湘连.李俊.常洪龙 基于Krylov子空间投影法的MEMS宏建模方法期刊论文-传感技术学报 2006(5)

44、9.关乐.褚金奎.王晓东.张段芹.王立鼎 系统级设计方法及其在力学特性集成测试中的应用期刊论文-传感技术学报 2006(5)10.胡敏 基于阵列技术的MEMS虚拟陀螺技术研究学位论文硕士 200611.徐景辉 MEMS工艺集成化设计与仿真技术研究学位论文硕士 200612.黄继伟.王志功.孟桥.李宏生.王蓉 MEMS的无生产线模式设计与实现期刊论文-中国集成电路 2005(10)13.刘妤.温志渝.张流强.梁玉前 MEMS微加速度传感器的系统级仿真期刊论文-中国机械工程 2005(z1)14.吴雷 MEMS面型微加热器的结构设计和制作学位论文硕士 200515.李伟 高g值硅微加速度计的结构设计与分析学位论文硕士 2005 本文链接：http:/