【摘 要】
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随着MEMS技术研究的日益深入,MEMS产品已经逐渐进入消费电子、汽车、通信、生物医疗、航天、国防等各大应用领域,而MEMS的可靠性问题也随之变得越来越突出,已经成为制约MEMS产业
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随着MEMS技术研究的日益深入,MEMS产品已经逐渐进入消费电子、汽车、通信、生物医疗、航天、国防等各大应用领域,而MEMS的可靠性问题也随之变得越来越突出,已经成为制约MEMS产业进一步发展的重要因素。与传统的实验研究方法相比,可靠性设计在产品的设计之初就考虑可靠性因素,能有效缩短产品研发周期,降低产品成本。然而,这种系统化的方法纵贯产品开发的整个过程,涉及到MEMS器件从设计到测试众多的方面,而针对可靠性进行建模,并使用解析、FEM等方法仿真,是其中十分关键的一项工作。本文为这一过程引入了计算机辅助分析,开发了针对MEMS器件可靠性建模与仿真的辅助分析软件,以期为MEMS的可靠性设计提供一个辅助工具,减轻相关工作的负担,提高工作效率。
该软件以MEMS器件可靠性相关研究为理论基础,针对MEMS器件中最常用的可复用结构,对其在多种环境载荷下的动态响应进行计算,并进一步对由此引起的断裂、粘附等可靠性问题进行辅助分析,预测失效概率与可靠度,该软件同时也能分析由于封装引入的应力、应变,以便进一步评估封装对MEMS器件性能的影响。论文中以Visual C++为主要开发工具,进行了用户图形界面与主框架的设计,并借助与MATLAB的混合编程技术进行科学计算以及数据可视化,充分利用二者的优势。
本文中还提出了基于工艺模拟的断裂失效概率计算方法,充分考虑了非理想形貌对失效概率的影响,使得预测结果更加准确。并利用APDL语言对ANSYS进行二次封装,采用VC++开发了相关计算模块,将工艺模拟工具和有限元分析工具无缝衔接,使得整个计算过程简便、高效。
论文以多个实例展示了软件的主要功能与实现效果,并利用LDV测试悬臂梁的振动响应对软件分析精度进行验证,结果证明该软件具有友好的人机界面、简单的操作方法、生动的可视化结果反馈,分析精度较高,对MEMS的可靠性设计有一定的辅助作用。
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