本文探討了Solidworks分析MEMS結(jié)構(gòu)實體建模的相關(guān)內(nèi)容。

　　1.3D可視化

　　3D可視化可以讓MEMS設(shè)計師對設(shè)計意圖、正確的實施方法、碰撞檢測和封裝層疊的預(yù)裝件檢驗一目了然。促進(jìn)了企業(yè)內(nèi)部及外部的溝通，幫助設(shè)計人員在設(shè)計早期看到明晰、精確的零件圖和裝配圖，這不僅能讓MEMS設(shè)計師更好地向同事解釋設(shè)計意圖。而且可以通過展示3D特性為學(xué)術(shù)演講、融資等工作帶來方便。

　　SolidWorks為設(shè)計師提供了真正的實體建模功能其中，SolidWorks Office Professional包含PhotoWorks, SolidWorks Animator和3D InstantWebsite軟件，提供了照片級的效果圖、豐富的動畫和基于Web的完整設(shè)計展示。SolidWorks利用動態(tài)裝配運動和碰撞檢測功能實現(xiàn)零部件的干涉和特定間隙的檢查。物理仿真通過展示網(wǎng)格化的零件和其在裝配中的運轉(zhuǎn)進(jìn)一步進(jìn)行運動檢測。這種方式打破了表面微加工的設(shè)計慣例，確保了初始過程中的正確蝕刻和零件分離。

　　2.亞微米特性定義

　　SolidWorks實體建模軟件使MEMS設(shè)計師可進(jìn)行亞微米級的設(shè)計。事實上，用戶能夠在適當(dāng)?shù)奈⒚准墶⒓{米級甚至是埃級上進(jìn)行設(shè)計。這種亞微米定義能力意味著利用SolidWorks特有的實體建模能力，能夠?qū)⒛承╊愋偷母駯磐耆枋鰹榱Ⅲw模型。圖1為用SolidWorks設(shè)計的齒輪，其厚度為10微米，直徑為l20微米。每個齒的寬度是0.4微米，長度是10微米，蝕刻厚度為0.5微米。

　　3.陣列以及陣列的建立

　　SolidWorks允許對特征進(jìn)行陣列，這節(jié)省了設(shè)計師的時間并簡化了模型的構(gòu)建。凸臺和切口是兩個能夠在一個零件里陣列的特征。陣列可以通過直線、矩形或者通過曲線來定義。SolidWorks允許在裝配體里采用陣列，也可定義陣列的陣列，支持線性陣列的圓周陣列，也支持圓周陣列的線性陣列。事實上，陣列的定義和陣列的陣列的定義是相互獨立的，其中任何一種定義都可以通過直線、圓周和曲線幾何圖形完成。圖2為每個齒輪含一個孔和切口的陣列。這種齒輪的輻射陣列如圖左所示，它們的矩形陣列如圖右所示，這樣定義的陣列蝕刻起來比較容易。

　　4.配工管理

　　配置管理是指在單一文件或文檔中控制設(shè)計變化，它可用于元件或裝配件，也可用于制圖，如掩膜制圖等。配置管理能用較短的時間和較少的花費在單一文件中生成零件、裝配件和工程圖的多個版本。SolidWorks提供多層配置，用以優(yōu)化配置的功用、組織和效率。

　　SolidWorks配置管理功能在為眾多需求生成多種設(shè)計時，可以獲得最大的靈活性，同時，可以很方便地從以前的設(shè)計中產(chǎn)生新的配置文件，通過數(shù)據(jù)重用加快開發(fā)速度，以適應(yīng)市場的需求。

　　配置管理可創(chuàng)建多種不同版本的MEMS結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以隨著尺寸的增加而自動加大表面特征尺寸和蝕刻深度。用戶可以在單個的SoIidWorks模型文件中對不同版本的MEMS設(shè)計實現(xiàn)簡易的控制。

　　通過打開或關(guān)掉一個部件或裝配件的配置，對不同設(shè)計要求的"What if"情景進(jìn)行迅速瀏覽。此外，SolidWorks配置管理包括表面微加工和LIGA等多級處理的元件。通過使用單一零件的多個配置文件能很容易地生成相應(yīng)的文件。如需要反映一個單獨的版本或處理過程的狀態(tài)，配置管理技術(shù)可對此產(chǎn)生一個單獨的版本。這些版本可幫助用戶比較設(shè)計方案，跟蹤預(yù)期的性能，逐步展開工藝計劃。

　　5支持復(fù)雜裝配體的設(shè)計

　　對于設(shè)計充滿MEMS器件的晶圓，3D CAD解決方案要求在不降低性能的情況下裝配數(shù)以千計的部件。這些MEMS設(shè)備包括:加速計、孔、MOEMS鏡，或者M(jìn)ST器件陣列，如微型齒輪等。

　　SolidWorks 3D建模軟件依靠其大型裝配模式幫助產(chǎn)品設(shè)計人員設(shè)計和裝配成千上萬的組件并對完成的裝配件進(jìn)行評估。對裝配設(shè)計的評估包括運動仿真和物理仿真、干涉檢查、碰撞檢測、間隙信息和為一個裝配件全范圍的運動創(chuàng)建封套。在微加工操作中可設(shè)置清除設(shè)計規(guī)則。這些工具幫助MEMS設(shè)計人員識別在裝配過程中必要的變化.這些變化可通過使用簡單的拖放裝配結(jié)構(gòu)的重排列來實現(xiàn)。

　　許多企業(yè)通過推行并行設(shè)計來加速產(chǎn)品開發(fā)速度，這使得負(fù)責(zé)一個大型裝配設(shè)計任務(wù)的幾個設(shè)計人員或團(tuán)隊可以同時設(shè)計分離的組件或部件。SolidWorks 3D建模軟件支持并行設(shè)計，其包括配置管理、自頂向下的設(shè)計技術(shù)和設(shè)計協(xié)同。

　　6.關(guān)聯(lián)掩膜定義

　　關(guān)聯(lián)性保證了一個模型的所有元素在電氣上是關(guān)聯(lián)或連接的。這意味著當(dāng)設(shè)計的文件發(fā)生任何變化時，這個變化都會自動地在所有關(guān)聯(lián)的文件上出現(xiàn)。SolidWorks內(nèi)置的強(qiáng)大工具能理順掩膜從相關(guān)聯(lián)的DXF文件向GDS II文件格式的轉(zhuǎn)換過程，而DXF文件則直接反映模型定義的變化。圖4所示的正像掩膜是和一個實體模型相關(guān)聯(lián)的，圖9的左面圖形是相對的負(fù)像掩膜。

　　自下而上的關(guān)聯(lián)設(shè)計集中解決新組件的創(chuàng)建問題和將現(xiàn)有的組件集成到裝配件中，這對在有嚴(yán)格限制的組件特性基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計是非常重要的。此外，SolidWorks在裝配中做相關(guān)的綜合檢查的同時，要對每個部件進(jìn)行編輯。關(guān)聯(lián)設(shè)計可以給那些已經(jīng)存在的裝配添加新的組件。在MEMS設(shè)計中，這意味著一個組件在相關(guān)的全部裝置模型中可被創(chuàng)建或修改，這些更改可以自動地貫穿于整個裝配和制圖過程中，以維持設(shè)計的最初意圖。

　　7集成的有限元分析

　　設(shè)計人員可使用包含在SolidWorks中的COSMOSXpress FEA軟件對當(dāng)前的MEMS設(shè)計進(jìn)行初始應(yīng)力分析檢查，此外，包含在COSMOSWorks分析軟件中的COSMOS產(chǎn)品可對設(shè)計進(jìn)行熱、應(yīng)力、變形、彎曲，非線性和電磁等項目指數(shù)的分析。同時，像MSC.Software這樣的合伙伙伴也提供"經(jīng)過認(rèn)證的金牌產(chǎn)品解決方案"分析產(chǎn)品(MSC.visualNastran FEA for SolidWorks)和SolidWorks配合使用。

　　MEMS設(shè)計人員可以通過在設(shè)計初期使用COSMOSWorks進(jìn)行有限元分析，來保證設(shè)計的可靠性。

　　(1)熱分析

　　對于MEMS封裝設(shè)計，熱分析是非常重要的。將So1idWorks實體模型作為起點，COSMOS能對部件或裝配件進(jìn)行穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)的熱分析。在網(wǎng)格劃分以后，設(shè)計人員通過設(shè)置相關(guān)的約束條件，以及和模型幾何特性相關(guān)的功率或熱融化條件，來獲得規(guī)定條件下溫度分布的理想預(yù)測。

　　(2)靜態(tài)分析

　　COSMOS靜態(tài)分析是使設(shè)計避免即時災(zāi)難或長期故障的一個工具。如圖5的跳水板分析顯示，盡管不大的偏差可以通過一個淺的蝕刻(5微米)和一個薄的Diving Board (1微米)實現(xiàn)，但是移動元件單元中的合成應(yīng)力將導(dǎo)致早期的故障。設(shè)計人員往往希望通過分析幾個排列來找到最佳的狀態(tài)。

　　(3)靜電分析

　　對于大多數(shù)MEMS設(shè)備，尤其是那些性能取決于靜電特性的設(shè)備，靜電分析對于全面預(yù)測設(shè)備性能是必須的。圖5顯示的簡單懸臂電子束模型被用來解決在固定和移動單元之間不同電位下的模型電子束偏差。該結(jié)果可被用來與振動和振蕩的結(jié)果配合分析，以實現(xiàn)在現(xiàn)實環(huán)境中最優(yōu)化的性能。

　　(4)流動過程分析

　　流動過程分析對MEMS應(yīng)用非常重要。例如，無論設(shè)計者是否試圖解決封裝的熱問題，都需要決定哪個熱交換器具有最好的性能、而當(dāng)設(shè)計MEMS孔或泵時，其工作可靠性也直接與流動性的處理方式有關(guān)。針對這方面的應(yīng)用，COSMOSFLoWorks在簡單明了的界面下提供了高效的流動動態(tài)分析。

　　8.設(shè)計再利用

　　SolidWorks提供了大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形式，SolidWorks數(shù)據(jù)表中有其支持的數(shù)據(jù)格式。設(shè)計人員在將設(shè)計由2D CAD向SolidWorks轉(zhuǎn)換時將感受到新功能的優(yōu)越性，視圖折疊功能可以使遺留的DWG或DXF草圖很容易地導(dǎo)人SolidWorks并有效地創(chuàng)建新的3D模型。一個專門針對AutoCAD的輸人向?qū)⒂兄谑罐D(zhuǎn)移過程更加高效。當(dāng)3D模型遺留的數(shù)據(jù)被導(dǎo)入SolidWorks后，F(xiàn)eatureWorks特征識別產(chǎn)品(SolidWorks OfEce Professional的一個插件)將通過尋找導(dǎo)人數(shù)據(jù)的特征來進(jìn)一步加速設(shè)計工作，這些特征包括凸起，孔，肋、板金特征和倒角等。其將被轉(zhuǎn)換成SolidWork:的特征，并被插人SolidWorks Feature Manager特征管理樹中，使得修改、特征重排序和其他的標(biāo)準(zhǔn)SolidWorks操作更容易實現(xiàn)。

　　特征模板對于那些已經(jīng)積累了大量Solidwork零部件文件的設(shè)計人員來說是一個很好的工具。特征模板工作起來同常用的SolidWorks文件的"總在上面"的窗口相似，設(shè)計人員可以方便地將部件直接拖曳到新的設(shè)計中。在使用者的配置下，通過遵守一組預(yù)先設(shè)計好的元素，特征模板可以加快設(shè)計速度。這些元素可以是新設(shè)計出來的，也可以是經(jīng)過對遺留數(shù)據(jù)修改得來的。

　　9.設(shè)計的易用性

　　MEMS設(shè)計人員需要而且希望從他們使用的3D CAD軟件中獲得強(qiáng)大的功能，現(xiàn)在，SolidWorks以其出色的易用性獲取了世界范圍內(nèi)的MEMS設(shè)計人員的青睞。

　　10協(xié)作工具

　　協(xié)作工具為產(chǎn)品設(shè)計人員更有效地和其他研究隊伍的成員進(jìn)行協(xié)同工作提供了許多方法。通過Internet共享設(shè)計資源，獨立的設(shè)計人員可以匯集更多的方案與意見。同時，SolidWorks提供的協(xié)作工具可使MEMS設(shè)計師們可以更輕松有效地將2D和3D產(chǎn)品的設(shè)計信息傳遞給同行、客戶、代理商以及供應(yīng)商。

　　(1) eDrawing Professional簡化了在一個龐大產(chǎn)品開發(fā)組內(nèi)的2D,3D設(shè)計信息的傳遞過程，通過使用電子郵件使產(chǎn)品設(shè)計能夠更有效地流通。用戶無需花錢購買標(biāo)注工具就可方便地得到精確的2D和3D模型，讓任何人都能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行觀看、標(biāo)注和測量Drawings文件提供了一個有效的手段，使得所有產(chǎn)品發(fā)展過程中的相關(guān)人員(如客戶賣主、合作方等)可以進(jìn)行2D和3D設(shè)計資料的通信傳遞。

　　(2) 3D Instant Website可將產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)發(fā)布}}J一個有關(guān)3D設(shè)計的網(wǎng)站上去，并和整個工作組的成員實現(xiàn)設(shè)計的互通。這些成員包括協(xié)同設(shè)計人員、制造人員、市場管理人員、代理商和客戶。其他人可以瀏覽、旋轉(zhuǎn)、縮放、評價設(shè)計師的3D設(shè)計造型。

　　11.合作伙伴的集成解決方案

　　SolidWorks公司與解決方案合作伙伴聯(lián)手，以提供高級別的、可擴(kuò)展的解決方案。其中包括有限元分析(FEA)、計算機(jī)輔助制造(CAM}、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)和運動學(xué)解決方案，這些開發(fā)由專業(yè)的公司完成。經(jīng)過認(rèn)證的金牌產(chǎn)品為SolidWorks提供了友好的界面、簡化的學(xué)習(xí)和使用方法、擴(kuò)展了高級功能。所有經(jīng)過認(rèn)證的金牌產(chǎn)品提供與SolidWorks集成的單一窗口，它們是完全相互關(guān)聯(lián)的，并且都通過了由SolidWorks提供的嚴(yán)格的測試和認(rèn)證過程，以保證其與各個SolidWorks版本的兼容性。

　　(1) Elsyca NV市場軟件用于電化學(xué)反應(yīng)的建模。Elsyca為電子工業(yè)提供定制的電化學(xué)沉積作用分析工具，這個工具可以為硅晶圈上沉積作用過程中反應(yīng)單元的活動建立模型。其中包括沉積電流空間特性在內(nèi)的電化學(xué)單元設(shè)計評估。

　　(2) SolidWorks的另一個合作伙伴一一MEMGen公司使用SolidWorks來設(shè)計MEMS設(shè)備。他們在一家晶圓廠為客戶生產(chǎn)設(shè)備時獲得了使用EFA技術(shù)的獨有許可。

　　(3) Zaal Solutions公司的CircuitWorks(基于SolidWorks的布線軟件)是經(jīng)過認(rèn)證的電子導(dǎo)向工具，這個解決方案可以將二維IDF格式的PCB數(shù)據(jù)和3D組件數(shù)據(jù)合并，用于構(gòu)造完整的PCB裝配3D模型。這些精密的模型最終實現(xiàn)了最小尺寸、最優(yōu)化封裝的設(shè)計。

　　(4)運動分析對于開發(fā)許多要求具有復(fù)雜動作的產(chǎn)品(包括許多MEMS設(shè)備)具有很大的幫助。COSMOS(COSMOSMotion)和MotionWorks提供了這方面的分析工具。

　　SolidWorks提供了獨特的集成度以及多種附加解決方案，這些十分具有價值的功能甚至超過了CAD核心產(chǎn)品。這些解決方案在SolidWorks上運行，并且可根據(jù)需要隨時添加。