一种MEMS保险机构的工艺模拟和静态特性仿真分析

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微机电系统器件设计模型仿真及实验验证

微机电系统器件设计模型仿真及实验验证微机电系统（MEMS）技术是一种集成了机械、光学、电子和计算机技术的新型技术，逐渐应用于各个领域，包括医疗、通信、能源等。

在MEMS器件设计中，模型仿真和实验验证是非常重要的步骤，可以验证器件设计的可行性和性能表现，优化设计方案，提高研发效率。

本文将介绍MEMS器件设计模型仿真及实验验证的流程和方法，并探讨其在实际应用中的意义。

首先，MEMS器件设计的模型仿真是一种基于计算机模型的仿真技术，通过建立数学模型和使用相应的软件工具，对器件的结构和性能进行预测和分析。

常用的仿真软件包括ANSYS、COMSOL等。

模型仿真可以帮助设计人员快速建立和修改器件结构，优化材料选择和几何参数，预测器件的力学、光学、热学等性能指标。

仿真结果可以减少研发时间和成本，提高设计的准确性和可靠性。

其次，实验验证是将设计的MEMS器件制作成实际样品，并通过实验测试来验证器件的性能和功能。

实验验证可以分为两个阶段：样品制作和测试验证。

样品制作包括器件工艺流程的设计与实施，包括光刻、湿法腐蚀、离子刻蚀等工序。

测试验证包括对器件性能的定量测量和质量评估，例如使用扫描电子显微镜（SEM）观察器件结构的形貌和表面粗糙度，使用光学显微镜观察器件是否工作正常，使用激光干涉仪测试其位移或力学性能等。

在实际应用中，MEMS器件设计模型仿真和实验验证具有重要的意义。

首先，通过仿真可以提前预测器件的性能和功能，避免不必要的实验测试，减少研发时间和成本。

其次，仿真可以进行多次参数优化和设计方案的比较，最终选定性能最佳的器件方案。

而实验验证可以验证仿真结果的准确度和可靠性，确保器件在实际制造和使用过程中的性能符合设计要求。

此外，实验验证还可以发现和解决仿真无法考虑到的一些问题，如器件工艺可行性、制造工艺的复杂度等。

当然，MEMS器件设计模型仿真和实验验证也面临一些挑战。

首先，MEMS器件设计的模型仿真在建模过程中需要准确的物理特性参数和材料参数，而这些参数通常需要进行实验测试，并可能受到误差的影响。

引信MEMS延期解除保险机构

引信MEMS延期解除保险机构郑灿;席占稳;聂伟荣;徐娜;童旭【摘要】针对传统引信延期解除保险机构结构尺寸大、保险距离短和延时时间散布大等问题,设计了根据弹道实时信息实现延期解除保险的MEMS指令锁延期保险机构.该机构由电推销器,金属簧片式柔性锁臂和活动腔组成,通过弹道实时信息控制电推销器发火,将柔性锁臂推入活动腔,实现延期解除保险的功能.分析了中大口径榴弹引信结构特征和发射内外弹道环境,模拟了电推销器的推力作用过程,利用ABAQUS有限元仿真软件对所设计结构进行仿真分析,对基于UV-LIGA工艺制作的原理样机进行了离心环境试验和电推销器配合试验.仿真和试验结果表明,该机构用于引信MEMS安全保险系统,可保证引信安全状态和可靠解除安全保险状态,且能够根据电路控制电推销器发火实现延期解除保险功能,可保证炮口安全距离和实现在弹道轨迹的不同点解除保险的功能.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】7页(P6-12)【关键词】引信;微机电;延期解除保险;指令锁【作者】郑灿;席占稳;聂伟荣;徐娜;童旭【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京 210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京 210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京 210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京 210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ4300 引言引信延期解除保险机构(简称延解机构)在发射后安全距离内应保证引信中被保险零件处于被控制的保险状态,当弹丸飞到安全距离以外后,释放被保险零件,使其由保险状态变为待发状态。

延期保险机构可保证引信炮口安全距离,避免意外发火伤及我方人员及装备。

传统引信有以下途径实现延解功能:火药延期、易熔合金、钟表结构、准流体延期解除保险、气阻机构、球转子、保险带、传感器机电延解机构等,存在结构尺寸大、保险距离短和延时时间散布大等问题。

微机电系统MEMS仿真与建模研究

１ＭＥＭＳ仿真系统概述
微机电系统（ＭＳ是一个迅速发展的多种学ＭＥ）
轻、能低，构小型化；耗结以硅为主要材料，械电机器性能优良，其强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，传导率接近钨；热可批量生产，生产成使本大大降低；各种功能集成在一起，成复杂的将形系统，可靠性、稳定性得到提高；涉及电子、械、机材料、造、制信息等多种学科，并集中了当今科学技术发展的许多尖端成果。ＭＥＭＳ以其独特的优点已经引起各发达国家的高度重视。美国、日本以及欧洲
ＡｓａｔＭｉｏｅｃｏｍｃａｉａｓｓｍ（Ｍ）ｏｉｉｔｏｉｏｌｔｎｃｒｃｓｉｃｎｌｙｔｅｂｔｃ：ｃｌｔｅｈｎｃｌｙｔｒｒｅｒｅＭＥＳｒｎｅｆｍｍｃｅｃｏｉｓｐｏｅｓｇｔｈｏｇ，ｈｇａｄｒｒｅｒｎｅｏ
科相互交叉的领域，它是将几何尺寸或操作尺寸仅在毫米、微米、甚至纳米范围内的机电装置 … （如微
机构、微驱动器、传感器等）前置电路、制电微与控路高度集成于一个非常小的空间里，组成一个机电
一
体化的器件或系统。ＭＥＳ在工业、Ｍ信息通信、国
ｓｓｍｎｅｇａｅｃｏ—ｍａｈｎｎｆｃｕｅｎ，ｓｎｉｇｒｋｎｎｃｏｃｎｒｌｎ．ＭＥｏｉｅａｉｙｔｉｔｒｒｔｓｍｉｒｅｃｉｅｍａｕａｔｒｉｇｅｓｎ，ｂａｉｇａｄｍｉｒｏｔｌｇｏｉＭＳｃｍｂｎｓｖｒ－

MEMS器件的计算机辅助设计方法和仿真研究

MEMS器件的计算机辅助设计方法和仿真研究【摘要】MEMS技术的进一步发展依赖于MEMS器件计算机辅助设计的发展和水平的提高。

系统级仿真和多能量场耦合是MEMS器件计算机辅助设计的核心环节。

提出了一种MEMS器件设计的参考方法，并对系统级仿真这一难点做了深入阐述。

关键词MEMS CAD 系统级仿真多能量场耦合1 引言MEMS作为一个新兴的强大的科学领域，虽然近年来取得了飞速的发展，但是相应的设计方法的发展却没有跟上时代的脚步。

尽管MEMS技术有微电子技术作支撑，而且通常使用IC平面制造技术，但它必须进行微机械所特有的三维加工，而且要求与集成电路工艺兼容，要完全解决好这一问题有一定的难度。

此外，MEMS 器件及系统的设计加工与传统的设计加工不同。

传统的设计加工思路是从零件到装配最后到系统，是自下而上的方法。

MEMS系统是采用微电子和微机械加工技术将所有的零件、电路和系统在通盘考虑下几乎同时制造出来，零件和系统是紧密结合在一起的，是一种自上而下的方法。

因此要采用新观念，站在系统高度来设计加工。

鉴于此，建立一套专门的适用的计算机辅助设计、分析和仿真的方法势在必行。

MEMS器件设计软件的发展始于2O世纪8O年代，许多商业机构和大学认识到MEMS CAD软件的重要性，纷纷投入大量的人力物力进行这方面的研究工作。

目前已经开发一些商用MEMS软件，这些系统对促进MEMS 的研究进展使之从实验室走向工业化起了很大的作用。

表1：主要几个典型的MEMS CAD软件软件名称开发单位特点CoventorWare Coventor公司功能最强、规模最大的MEMS专用软件，拥有几十个专业模块，功能包含MEMS器件设计、工艺和仿真。

MEMCAD MIT和 Microcosm公司功能比较齐全，可对设计制造全过程仿真。

还有一个流体分析模块，可对微泵，微阀进行分析。

IntelliCAD IntelliSense公司主要进行机_电_热的分析，在工艺仿真方面有大的灵活性，一个流体分析模块正在测试中。

MEMS 制造中反应离子刻蚀工艺的模型及仿真

关键词 :反应离子刻蚀(R IE );二维速率计算公式;角度;线算法;增加点;删除点;计算机仿真中图分类号 :TN405 文献标识码 :A 文章编号 : 1005-9490( 2005)04-0736-04 关,而且与刻蚀设备及环境有关
[5 ]
反应离子刻蚀(R IE )是利用一定压强下刻蚀气体在高频电场的作用下,使气体辉光放电产生分子激励和活性基,对刻蚀物离子轰击和化学反应生成挥发性气体而形成刻蚀。反应离子刻蚀工艺不但广泛地应用在微电子领域,而且是集成光学,微光机电集成加工的重要手段,反应离子刻蚀是一种复杂的物理,化学反应过程的工艺,刻蚀特性不仅与射频功率,气流比率,气流量,工作气压等刻蚀条件密切相
图3
θ 1 和 θ 2 的计算
具体计算角度时,掩膜的上下边缘点的坐标已知,刻蚀表面点坐标由计算得出,因此由这些点的坐标可以计算出边界线的直线方程,进而可以计算出
1 和 θ 2 。如果刻蚀表面的某一点坐标介于两侧掩膜 θ
之间,采用图 2 中 P 点的计算方法,如果在两侧掩膜之外,并且不在图 3 中的黑色区域内,则采用图 2 中 Q 点的计算方法。对于图 3 中的黑色区域,如果刻蚀表面的某点在掩膜外侧, 并且在直线 HG 之上,则该点在黑色区域之中。对于图 4 中的情况,在程序开始的时候判断起始材料的高度差即可。由于掩膜边缘点的坐标已知,仅需要计算出刻蚀表面点
· [3 ]
如下所示: (1) (2) (3)
其中:ads 代表吸收(adsorpti on ),g 代表气体(gas)。室温下和 S i 自发反应的氟原子是刻蚀中的主要元素。在饱和的前提下,这些原子和 Si 发生各向同性反应,产生一致刻蚀速率 ERu n i= Cu n i。式中 Cu n i 是常数。在刻蚀中同样占有重要地位的离子轰击刻蚀,是由离子和反应性的原子共同完成的。离子刻蚀速率和入射的离子数量成比例,离子入射角度和法线方向的夹角同样影响刻蚀速率。因此离子刻蚀速率为:

基于MEMS的引信保险机构综合分析

第28卷第6期2006年12月探测与控制学报Journal of D etection&Cont rolVol 28No 6Dec 2006*收稿日期:2006-08-17基金项目:武器装备预研基金项目资助(51405040404QT 2806)作者简介:王士伟(1981-),男,辽宁锦州人,硕士研究生,研究方向:微机电引信技术。

基于ME M S 的引信保险机构综合分析王士伟,郝永平,张德智,杨芳(沈阳理工大学CAD /CAM 技术研究与开发中心,辽宁沈阳 110168)摘要:介绍了基于M E M S 的引信保险(S &A )机构的应用背景和基于M E M S 引信保险机构的设计构思,分析了两种典型的保险机构的原理和作用过程;还介绍了两种主要加工工艺及其存在的问题,最后对M E M S 引信保险机构的技术发展作了展望。

关键词:M E M S ;引信;保险机构;S &A中图分类号:T J430.33 文献标识码:A 文章编号:1008 1194(2006)06 0055 04The Co m prehensive Anal ysis ofM E M S -based Fuze Safety and Ar m i ng D eviceWANG Shi-w e,i HAO Y ong-p ing ,Z HANG De-zh,i YANG Fang(CAD /CAM Techn i q ue Research and Develop m ent Center ,Shenyang Ligong Un i v ersity ,Shenyang 110168,Ch i n a)Abst ract :The app lication background and design conceit ofM E M S-based fuze safety and ar m i n g dev ice are ill u m inated .The pr i n ciples and acti o n processes of t w o representative Safety and ar m i n g dev ices areanalyzed ,also t w o m a i n processes and the issues encoun tered are introduced .A t last t h e developm en t prospect of the ME M S fuze sa fety and ar m i n g dev ice is g i v en.K ey w ords :ME M S ;f u ze ;safety and ar m i n g device0 引言M E M S 具有体积小、质量轻[1]、功能丰富以及批量生产成本低等特点,恰好适应了引信的要求,使引信技术得到质的飞跃。

引信MEMS后坐悬臂梁保险机构

（南京理工大学机械工程学院，江苏南京２０９）１０４
摘要：针对现有ＭＥ引信后坐保险机构较为复杂，ＭＳ要求加工精度高等特点，提出一种ＭＥ后坐悬臂梁ＭＳ
保险机构，利用有限元软件对该保险机构进行的动力学仿真表明：新的后坐保险机构以－￣ｘ悬臂梁及其框架代替了其他机构中的带曲折齿的后座滑块、后坐弹簧、闭锁机构等模块，结构简单、加工精度要求低。
ｗａｄＩｈｓｄｖｃ，ａｒｏａｔｌｖｒｎｔｒｍｅｔｏｌｃｆｓｔａｋｓｉｅｗｉｉｚｇｔｅｈｓｔａｋｒ．ｎｔｉｅｉａｐｉｆｃｎｉｅｓａｄｉＳｆａｏｋｐａｅｏｅｂｃｌｔｚｇａｅｔ，ｅｂｃｅｅｄｈｓｒｇａｄｌｃｉｇｍｅｈｎｓｉｈｏｍｅｅｉｎ．ｅｄｎｍｉｓｍｕａｉｎｗｉｎｙｄｌｏｈｅｂｃｐｉ，ｎｏｋｎｃａｉｍｔｅｆｒｒｄｓｇｓＴｈｙａｃｉｌｔｔａｓｓｍｏｕｅｆｔｅｓｔａｋｎｎｏｈａｍｉｇｄｖｃｈｗｅｈｔｔｅｎｗｅｉｎｏｈｒｎｅｉｅｓｏｄｔａｈｅｄｓｇｆｔｅＭＥＭＳｓｔａｋｄｖｃｓｏｉｌｔｕｔｒｎｏｍａｈｅｂｃｅｉｅＷａｆｓｍｐｅｓｒｃｕｅａｄｌｗｃｉ
ｈｇｒｃｓｏｒｃｓｉｇ．ｅＭＥＭＳＳＡｔｅｓｙｅｃｎｉｖｒｓｔａｋａｍｉｇｄｖｃｓｐｔｆｒｉｈｐｅｉｉｎｐｏｅｓｎａｎｗ＆ｗｉａｎｗｔｌａｔｅｅｅｂｃｒｎｅｉｅｗａｕｏ— ｈｌ

基于有限元法的MEMS后坐保险机构运动特性研究

基于有限元法的MEMS后坐保险机构运动特性研究
牛兰杰;张建;赵旭
【期刊名称】《探测与控制学报》
【年(卷),期】2006(028)004
【摘要】阐述了一种基于MEMS设计的后坐保险机构的构造与作用原理,建立了动力学模型,并利用有限元软件ansys的ls-dyna模块对该保险机构进行了动力学仿真,对仿真结果进行了分析.结果表明,该后坐保险机构可以满足某小口径榴弹引信的使用要求.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】牛兰杰;张建;赵旭
【作者单位】西安机电信息研究所,陕西,西安,710065;西安机电信息研究所,陕西,西安,710065;西安机电信息研究所,陕西,西安,710065
【正文语种】中文
【中图分类】TJ43
【相关文献】
1.MEMS保险机构后坐滑块齿的强度研究 [J], 李占旭;郝永平;纪玉杰;赵慧芳
2.MEMS悬臂卡锁式后坐保险机构 [J], 李雯迪;聂伟荣;席占稳;陈海峰
3.MEMS后坐保险机构在高冲击环境下的失效模式 [J], 刘加凯;李娜
4.MEMS后坐保险机构存在的问题及解决方法 [J], 刘加凯;齐杏林;朱仁贵;李鹤
5.MEMS安全系统后坐保险机构设计 [J], 童旭;聂伟荣;席占稳
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ＣｖｎｏＷａｅｈｅｉｅｃｎｂｎｆｃｕｅｙｉｒｖｄＵＶ．Ｉｏｅｔｒｒ．ＴｅｄｖｃａｅｍａｕａｔｒｄｂｍｐｏｅＬＧＡ．ＴｅｉｒｖｄＵＶ．ＩｎｈｍｐｏｅＬＧＡｉ．ｃｕｅｗｕｓｏｌｃｒｆｒｎ，ＳｈｖｂｅｓｕｔｒｈｔｌｋｈａｉｃｎｂｂａｎｄｌｄｓｔｏｔｒｆｅｅｔｏｍｉｇＯｔｅｍｏａｌｔｃｕｅｔａｉｓｔｅｂｓｓａｅｏｔｉｅ．ｎｏｒｎ
ＮＥＷｅ— ｎ，ＩｈｎｗｎＬｉｅＩｉｏｇＸａ—ｅ，Ｉ — ｉｒＺＱｌ
（ｃｏｌｆｃａｉａＥｇｅｒｇＮＳＮｎｉ１０４，ｈｎ）Ｓｈｏｏｈｎｃｌｎｉｅｉ，ＵＴ，ａｊｇ２０９ＣｉａＭｅｎｎｎ
ｍａｆｃｕｎｒｃｓｎｄｓａｉｈｒｃｅｉｔｆｔｎｕａｔｒｇｐｏｅｓａｔｔｃｃａａｔｒｓｉｏｉｃｈｅＭＥＭＳｄｖｃｒｉｌｔｄｂｈｏｔｒｆｅｉｅａｅｓｍｕａｅｙｔｅｓｆｗａｅｏ
第３４卷第２期２１００年４月
南京理工大学学报（自然科学版）
ＪｒｌｆａｉｎｅｉｉｃａｄｅｈｏｇＮｔａＳｉｃ）ｏｎｍｎＵｉｒｔｏＳｅｅｎｃｎｌｙ（ａｒｃｎｅｕａｏＮｇｖｓｙｆｃｎＴｏｕｌｅ
表明，该机构能够在应力允许范围达到运动位移要求。
关键词：微机电系统；引信；险机构；保仿真
中图分类号：Ｊ３．Ｔ０１４
文章编号：０５— ８０２１）２— １６— ４１０９３（００００６０
ＰｏｅｓｓｍｕａｉｎａｄＳａｃＣｈｒｃｅｉｔｃＳｍｕｌｔｏａｙｉｒｃｓ－ｉｌｔｏｎｔｔａａｔｒｓｉｉｉａｉｎＡｎｌｓｓｏＥＭＳ－ａｅａｅｙａｄＡｒｉｇＤｅｉｅｆＭｂｓｄＳｆｔｎｍｎｖｃ
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ：ｍｉｒ－ｌｃｒ — ｃａｉａｙｔｍ；ｆｚｓａｅｙａｄａｉｇｄｖｃ；ｓｌｉｎｃｏｅｅｔｍｅｈｎｃｌｓｏｓｅｕｅ；ｓｆｔｎｒｎｅｉｅｉａｏｍｍｕｔ
收稿日期：０８１０２０ —１～７
Ｖｏ．４１３Ｎｏ２．
ＡＤｒ０１．２０
一

种ＭＥＭＳ保险机构的工艺模拟和静态特性
仿真分析
聂伟荣，占稳，席李启磊
（南京理工大学机械工程学院，江苏南京２０９）１０４
摘
要：文依据引信安全系统设计准则，该设计了一种引信用ＭＥＭＳ保险机构。通过分析该机
构的工作原理和作用过程可知，机构可以满足引信依据双环境信息解除保险的安全性设计要该求。采用仿真软件ＣｖｎｒｒｏｅｔＷａｅ对该ＭＥｏＭＳ机构进行了工艺模拟和仿真，出该ＭＥ给ＭＳ保险
机构的Ｕ．ＩＡ加工工艺过程。Ｕ．ＩＡ加工工艺中分别采用２次微电铸过程。到固连在ＶＬＧＶＬＧ得基板上的运动机构。最后借助ＡＳＳ对该保险机构的力学性能进行了有限元分析，析结果ＮＹ分
ＡｓａｔＡｃｒｉｇｔｔｅｃｔｒｎｏｅｕｅｓｆｙａｄａｍｉｇ（＆Ａ）ｓｓｍ，ｅＭＳｄ — ｂｔｃ：ｃｏｄｎｒｅｏｆｈｚａｔｎｒｎＳｒｏｈｉｉｔｆｅｙｔａｗＭＥｅｅｎ
ｖｃａａｅｕｅｎｆｚｓｄｓｇｅｅｅＴｅｐｎｉｌｓａｄａｔｎｐｏｅｓｏｅＭＥｅｉｅｔｔｎｂｓｄｉｕｅｉｅｉｎｄｈｒ．ｈｒｃｐｅｎｃｉｒｃｓｆｔＭＳｄ — ｈｃｉｏｈｖｃｒｎｌｚｄｔＳｅｔｒｓｃｎｓｔｆｅｄａｎｉｎｎｕｄｉｅｆｕｅｄｓｇ．Ｔｅｉｅａｅａａｙｅ．Ｉ＆Ａｆａｕｅａａｉｙｔｕｌｅｖｒｍｅｔｇｉｅｌｓｏｚｅｉｓｓｈｏｎｆｎｈ
ＴｈｃｎｃｌｆａｕｅｆｔｅｄｖｃｒｎｌｚｄｂｅｍｅｈａｉａｅｔｒｓｏｈｅｉｅａｅａａｙｅｙＡＮＳｎｈｅｕｔｈｗｈｔｉａｅｃＹＳａｄｔｅｒｓｌｓｓｏｔａｔｃｎｒａｈｔｅａｔｉａｔｄｓｌｃｍｅｔｗｉｈｎｐｒｔｅｔｅｓｈｎｉｐｎｉｐａｅｎｔｉｅｍｉｄｓｒｓ．ｅｔ