本文探討了Solidworks分析MEMS結構實體建模的相關內容。

　　1.3D可視化

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

　　SolidWorks為設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的完整設計展示。SolidWorks利用動態裝配運動和碰撞檢測功能實現零部件的干涉和特定間隙的檢查。物理仿真通過展示網格化的零件和其在裝配中的運轉進一步進行運動檢測。這種方式打破了表面微加工的設計慣例，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設計師可進行亞微米級的設計。事實上，用戶能夠在適當的微米級、納米級甚至是埃級上進行設計。這種亞微米定義能力意味著利用SolidWorks特有的實體建模能力，能夠將某些類型的格柵完全描述為立體模型。圖1為用SolidWorks設計的齒輪，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允許對特征進行陣列，這節省了設計師的時間并簡化了模型的構建。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計中產生新的配置文件，通過數據重用加快開發速度，以適應市場的需求。

　　配置管理可創建多種不同版本的MEMS結構。該結構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設計實現簡易的控制。

　　通過打開或關掉一個部件或裝配件的配置，對不同設計要求的"What if"情景進行迅速瀏覽。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的文件。如需要反映一個單獨的版本或處理過程的狀態，配置管理技術可對此產生一個單獨的版本。這些版本可幫助用戶比較設計方案，跟蹤預期的性能，逐步展開工藝計劃。

　　5支持復雜裝配體的設計

　　對于設計充滿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以千計的部件。這些MEMS設備包括:加速計、孔、MOEMS鏡，或者MST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品設計人員設計和裝配成千上萬的組件并對完成的裝配件進行評估。對裝配設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建封套。在微加工操作中可設置清除設計規則。這些工具幫助MEMS設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構的重排列來實現。

　　許多企業通過推行并行設計來加速產品開發速度，這使得負責一個大型裝配設計任務的幾個設計人員或團隊可以同時設計分離的組件或部件。SolidWorks 3D建模軟件支持并行設計，其包括配置管理、自頂向下的設計技術和設計協同。

　　6.關聯掩膜定義

　　關聯性保證了一個模型的所有元素在電氣上是關聯或連接的。這意味著當設計的文件發生任何變化時，這個變化都會自動地在所有關聯的文件上出現。SolidWorks內置的強大工具能理順掩膜從相關聯的DXF文件向GDS II文件格式的轉換過程，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聯的，圖9的左面圖形是相對的負像掩膜。

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

　　7集成的有限元分析

　　設計人員可使用包含在SolidWorks中的COSMOSXpress FEA軟件對當前的MEMS設計進行初始應力分析檢查，此外，包含在COSMOSWorks分析軟件中的COSMOS產品可對設計進行熱、應力、變形、彎曲，非線性和電磁等項目指數的分析。同時，像MSC.Software這樣的合伙伙伴也提供"經過認證的金牌產品解決方案"分析產品(MSC.visualNastran FEA for SolidWorks)和SolidWorks配合使用。

　　MEMS設計人員可以通過在設計初期使用COSMOSWorks進行有限元分析，來保證設計的可靠性。

　　(1)熱分析

　　對于MEMS封裝設計，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行穩態或暫態的熱分析。在網格劃分以后，設計人員通過設置相關的約束條件，以及和模型幾何特性相關的功率或熱融化條件，來獲得規定條件下溫度分布的理想預測。

　　(2)靜態分析

　　COSMOS靜態分析是使設計避免即時災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，但是移動元件單元中的合成應力將導致早期的故障。設計人員往往希望通過分析幾個排列來找到最佳的狀態。

　　(3)靜電分析

　　對于大多數MEMS設備，尤其是那些性能取決于靜電特性的設備，靜電分析對于全面預測設備性能是必須的。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。該結果可被用來與振動和振蕩的結果配合分析，以實現在現實環境中最優化的性能。

　　(4)流動過程分析

　　流動過程分析對MEMS應用非常重要。例如，無論設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、而當設計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。針對這方面的應用，COSMOSFLoWorks在簡單明了的界面下提供了高效的流動動態分析。

　　8.設計再利用

　　SolidWorks提供了大量的數據轉換形式，SolidWorks數據表中有其支持的數據格式。設計人員在將設計由2D CAD向SolidWorks轉換時將感受到新功能的優越性，視圖折疊功能可以使遺留的DWG或DXF草圖很容易地導人SolidWorks并有效地創建新的3D模型。一個專門針對AutoCAD的輸人向導將有助于使轉移過程更加高效。當3D模型遺留的數據被導入SolidWorks后，FeatureWorks特征識別產品(SolidWorks OfEce Professional的一個插件)將通過尋找導人數據的特征來進一步加速設計工作，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準SolidWorks操作更容易實現。

　　特征模板對于那些已經積累了大量Solidwork零部件文件的設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，設計人員可以方便地將部件直接拖曳到新的設計中。在使用者的配置下，通過遵守一組預先設計好的元素，特征模板可以加快設計速度。這些元素可以是新設計出來的，也可以是經過對遺留數據修改得來的。

　　9.設計的易用性

　　MEMS設計人員需要而且希望從他們使用的3D CAD軟件中獲得強大的功能，現在，SolidWorks以其出色的易用性獲取了世界范圍內的MEMS設計人員的青睞。

　　10協作工具

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

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

　　(2) 3D Instant Website可將產品設計數據發布}}J一個有關3D設計的網站上去，并和整個工作組的成員實現設計的互通。這些成員包括協同設計人員、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、縮放、評價設計師的3D設計造型。

　　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手，以提供高級別的、可擴展的解決方案。其中包括有限元分析(FEA)、計算機輔助制造(CAM}、產品數據管理(PDM)和運動學解決方案，這些開發由專業的公司完成。經過認證的金牌產品為SolidWorks提供了友好的界面、簡化的學習和使用方法、擴展了高級功能。所有經過認證的金牌產品提供與SolidWorks集成的單一窗口，它們是完全相互關聯的，并且都通過了由SolidWorks提供的嚴格的測試和認證過程，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反應的建模。Elsyca為電子工業提供定制的電化學沉積作用分析工具，這個工具可以為硅晶圈上沉積作用過程中反應單元的活動建立模型。其中包括沉積電流空間特性在內的電化學單元設計評估。

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

　　(3) Zaal Solutions公司的CircuitWorks(基于SolidWorks的布線軟件)是經過認證的電子導向工具，這個解決方案可以將二維IDF格式的PCB數據和3D組件數據合并，用于構造完整的PCB裝配3D模型。這些精密的模型最終實現了最小尺寸、最優化封裝的設計。

　　(4)運動分析對于開發許多要求具有復雜動作的產品(包括許多MEMS設備)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核心產品。這些解決方案在SolidWorks上運行，并且可根據需要隨時添加。