上面**为该课程最终成绩记入方法。
2011/2012学年第2学期。
mems cad》课程结业试题。
本结业试题包括：
一、理论部分；
二、综合设计实验部分；
三、本课程主要内容总结报告。
拟题教师：谭秋林 e-mail:
一、理论部分。
1、按您的理解，请阐述运用ansys软件进行分析求解问题的基本步骤和思路。结合本专业，谈谈其在所学专业中的应用10分）
答：使用ansys软件的基本步骤和思路：定义参数，建模，网络划分，施加约束，加载荷求解，结果分析。
ansys在微电子学专业中的应用：
ansys是一个通用的有限元分析软件，它的能用性就表现它多种多样的分析能力，包括从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。而且，ansys还具有产品的优化设计、估计分析等附加功能。mems技术涉及力学、流体力学、热学、电学和电磁学等多学科交叉问题，mems器件作为新型器件，其设计已不再是传统意义上的设计，而是包含了新工作机理的探索和新器件结构的开发。
mems器件的设计需要综合多学科进行理论分析，这大大增加了设计参数选择的难度，常规的分析计算方法已无法应付设计需求。所幸的是当今计算机技术的进步使得cad技术在器件设计中得到广泛的应用，二维和三维计算机绘图技术的发展使我们能够对复杂的mems结构及版图进行计算机设计。有限元技术的应用使得人们可以用精确的计算机数值求解方法来分析和**器件的性能，对器件工作的静态、准静态和动态模拟成为可能，从而能够对mems器件结构和工艺进行计算机模拟和设计优化。
2、分别阐述intellisuite和 l-edit软件在微电子学专业中的作用和能完成的任务。说明用intellisuite软件分析**工程问题时的基本步骤16分）
答：intellisuite提供从概念设计到产品制造的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。软件可广泛运用于mems各个环节，是设计、分析、模拟**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。
l-edit包含ic设计编辑器、自动布线系统、drc设计规则检查器、netlist网表提取器、设计布局与电路netlist的比较器，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。
intellisuite软件分析**的步骤：（1）工艺设计：包括硅片的加工、玻璃片的加工以及键合/封装工艺；（2）工艺**：
用mask创建掩膜图形，用intellifab进行工艺**。①定义一个硅片；②清洗所定义的硅片；③在硅片底部淀积一层sio2；④再在其上淀积一层光刻胶；⑤清洗光刻胶；⑥刻蚀sio2；⑦刻蚀硅片；⑧清洗全部的光刻胶；⑨刻蚀掉全部的sio2。根据需要可以进行各种工艺。
3、请阐述用完全法（full）进行多步载荷下的工程问题的求解基本思路与方法。（6分）
答：1>main menu >solution>analysis type>new analysis>transient>full
展开载荷步选项菜单main menu>solution>unabridged menu
展开载荷步选项菜单后，设置时间和载荷步solution>load step opts>time/frequent>time-time’step 在弹出的对话框[time at end of load step]输入2.5e-005在[stepped or ramped 单选列表中选择stepped
2>solution>load step opts>time/frequent>time-time substep>number of time substep 输入50
3>设置结果输出选项preprocessor>loads>load step opts>output ctrls>db/results选择every substep
4>加载求解。
4、按您的理解，请**国内以及欧洲等发达国家在未来十年后mems cad技术的发展情况，目前中国与欧洲等发达国家存在的差距和需解决的技术瓶颈问题。（8分）
答： mems（micro electro mechanical systems，微机电系统）是多种学科交叉融合并具有战略意义的前沿高技术，是未来的主导产业之一。mems以其微型化的优势，在汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域有着极为广阔的应用前景。
1 ）国外概况：mems技术自20世纪80年代末开始受到世界各国的广泛重视，其主要技术途径有3种：(1)以美国为代表的、以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术；(2)以德国为代表发展起来的liga技术；(3)以日本为代表发展的精密加工技术。
2 ）国内概况：我国mems的研究始于20世纪90年代初，起步并不晚，在“八五”、“九五”期间得到了科技部、教育部、中国科学院、国家自然科学**委和原国防科工委的支持。经过10年的发展，我国在多种微型传感器、微型执行器和若干微系统样机等方面已有一定的基础和技术储备，初步形成了几个mems研究力量比较集中的地区。
包括京津地区，如清华大学、北京大学、中科院电子所、信息产业部电子13所、南开大学等；华东地区，如中科院上海冶金所、上海交通大学、复旦大学、上海大学、东南大学、浙江大学、中国科技大学、厦门大学等；东北地区，如信息产业部电子49所、哈尔滨工业大学、中科院长春光机所、大连理工大学、沈阳仪器仪表工艺研究所等；西南地区，如重庆大学，信息产业部电子24所、44所和26所等；西北地区，如西安交通大学、航空618所、航天771所等。这些因地域而组成的研究集群，已形成彼此协作、互为补充的关系，为我国的mems研究打下了良好的基础。
我国mems cad的研究始于20世纪90年代初，起步并不晚，但相对于发达国家而言我们仍是有差距，主要表现在设计能力以及加工水平上，不过这会随着我国科技的发展逐渐变小的。
在cad封装和测试方面，mems和ic最大区别在于mems要与现实世界发生多方面的相互作用，涉及多种能量和物质的传输和处理，因此比ic要复杂得多，成为mems技术进一步发展的瓶颈。mems的可靠性和应用研究也是目前mems技术的难点。可靠性是mems器件使用者最关心的问题之一，尤其是在mems应用于医疗领域时，可靠性尤为突出。
粘附、杂质玷污以及加工中的残余应力，是目前mems中造型机械结构失效的主要原因。目前各国的科研机构已对这些问题给予了高度的重视，正在努力地解决，并有所突破。
二、综合性设计实验：
实验一：隧道式硅微加速度计的设计与**。
图1 加速度计的尺寸结构图图2 加速度计结构顶视图。
题意：图为隧道电流式硅微加速度计的结构尺寸外型图，设计建立模型并求解。
该隧道电流式加速度计的结构设计参数主要有：质量块边长l，质量块厚度h，梁宽w，梁长ld，梁厚d，打折梁长l0。这些结构设计参数的取值受到的主要限制有：
1)现有硅制造工艺水平； (2)材料的钢度、强度； (3)加速度计量程。
初始尺寸单位：um）
质量块：正方形边长a=980、厚度c=80 悬臂梁：梁长l=1050、梁宽w=20、高d=25
打折梁长：l1=50，支撑柱高50(为了方便观测，值取的较大)，底座高150
求解：1）建立隧道电流式加速度计模型及进行合理的网格划分； （10分）
2）对模型加载边界条件全约束和质量块150g的加速度，然后进行ansys求解分析，查看结构各部分的受力状况5分）
3）求解六阶模态，并在word文档中保存其前六阶模态云图； （5分）
4）采用完全法对加速度传感器模型进行瞬态分析。在结构敏感方向上（z方向）加载一个持续时间为25μs的冲击加速度，值为200g。将载荷分为50个子步，画出其隧尖的最大位移曲线。
（10分）
5）用intellisuite软件进行简单的工艺设计与**10分）
实验步骤：1. 定义工作名、工作标题、过滤参数。
1) 定义工作名：utility menu > file > jobname输入suidaoweijiasuduji
2) 工作标题：utility menu > file > change title输入09060242-32-liuyang
2. 选择单元类型：main menu >preprocessor > element type > add/edit/delete
structural solid > brick 8node45 单击ok
3. 设置材料属性。
1) 定义材料的弹性模量ex，main menu>preprocessor>material props>material
models>structural>linear>elastic>isotropic，弹性模量 ex＝190e9，泊松比 prxy＝0.3
2) 定义材料的密度dens，main menu>preprocessor > material props > material models>density ，dens =2300
4. 建立模型：1）建立体结构：
main menu > preprocessor > modeling > create > volumes > block > by dimension ，依次输入以下数据。
体结构如图所示。
MEMS作业
1 在加速度为1g的情况下，找到电容的相对变化。答 由多晶硅的物理参数可知，其弹性模量e 144gpa，密度 2.33g cm3 即 2.33 103kg m3 由已知条件可知，多晶硅基底体积v a t 100 m 100 m 2 m 2 104 m3 得其质量m v 所受重力g mg 假设电容器的...
MEMS作业
1.叙述湿法腐蚀技术的主要工艺流程。湿法刻蚀 利用合适的化学试剂先将未被光刻胶覆盖的晶体部分氧化分解，然后通过化学反应使一种或多种氧化物或络合物溶解来达到去除目的，包括化学腐蚀和电化学腐蚀。2.叙述干法腐蚀技术的主要工艺流程。干法刻蚀 利用辉光的方法产生带电离子以及具有高度化学活性的中性原子与自由基...
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