使用流程和布局创建3D实体模型（二）

来自工艺和布局的3D实体模型

假设我们对下一代MEMS传感器有了设想。为了高效地确定我们想法的有效性，我们需要创建一个3D实体模型以进行FEA分析。我们应该怎么做？与此传感器的构建方式相匹配的方法会带来自然的解决方案。

例如，假设我们想要构建商用MEMS惯性传感器的3D实体模型（如下图）：

ST Microsystems 陀螺仪的顶视图（由 TechInsights 提供）

MEMS的概念化常采用布局，使用3D结构的2D表示。上图中所示的MEMS器件的布局文件示例可以在下图中找到。2D布局文件(或布局几何)最终用于创建在器件制造过程中对薄膜沉积物进行图案化所需的制造掩模。构建此2D布局文件需要大量时间，理想情况下，我们希望利用这段时间来生成我们的3D实体模型。如果我们还有从初始布局“构建”MEMS 器件所需的制造步骤列表，则 2D 布局文件可以生成 MEMS 器件的3D模型。

ST 陀螺仪的布局表示（使用 TechInsights 拆解进行逆向工程）

MEMS是在晶圆上制造的，就像CMOS芯片一样。MEMS制造中没有使用标准机械产品常见的铸造、模塑、挤压或其他制造工艺。MEMS构造涉及薄膜表面工艺和体微机械加工等工艺。这些工艺包括用于在基板(例如硅晶片)上沉积材料的添加步骤和使用制造掩模对沉积物进行图案化的减法蚀刻步骤。工艺描述类似于配方，规定了适当的沉积厚度、光刻掩模、蚀刻深度和其他步骤(见下图)：

通用流程描述

与其使用标准的3D实体建模软件费力地重新生成 MEMS器件的2D表示相比，更有效的解决方案是简单地使用带有工艺配方的2D布局几何文件来直接创建我们的3D模型。该解决方案不仅速度更快，而且消除了无意中出现翻译错误的可能性，确保我们的3D模型与实际掩膜数据的最高匹配度。2D布局文件和工艺描述的组合可以产生从制造工艺中得到的器件的三维虚拟表示（见下图）。

来自布局和工艺描述的 3D 实体模型

此 3D 实体模型是后续有限元分析的切入点，可用于研究我们设计的可行性。

结论

FEA 被普遍认为是工程设计(包括MEMS设计)中的必要组成部分。要进行高效准确的有限元仿真，首先需要创建合适的3D实体模型。现有许多商业CAD软件系统用于建立3D模型,这些3D模型可以用于后续的有限元分析。

然而，MEMS和半导体行业采用的独特几何形状要求和制造技术使得采用通用实体建模软件困难重重、效率低下，因此成本高昂。需要与MEMS和半导体行业使用的设计和制造方法相一致的3D实体建模选项。

Coventor MP包含专门为MEMS和半导体行业设计的软件，该软件利用现有的2D布局文件和制造过程的描述来创建适用于有限元分析的3D实体模型。如果您想了解有关该主题的更多信息，请查看这些关于基于过程的设计输入的附加文章(适用于CoventorWare和MEMS+)。