MEME执行器的设计与模拟

MEMS执行器是将电能转化为机械运动的装置，占据了迅速增长的MEMS市场中超过50%的份额。它们被广泛应用于光学、射频和工业领域。例如，可变电容器（varactors）、低功耗VLSI微继电器、光学相移器、下一代显示屏、机器人手术中的微夹具以及移动设备摄像头的对焦机制等。

设计难点：

设计师面临着越来越大的压力，要求缩短上市时间和降低成本。这些压力迫使传统的依赖内部工具开发和重复构建和测试周期的做法发生变化。MEMS执行器设计师面临的主要挑战是创建一个符合力量、位移、切换时间、功率、尺寸、温度稳定性和可靠性等性能标准的设备。为了成功，设计师必须考虑到三维静电边缘效应，以及耦合效应。

1、选择和优化设备架构

设计师可以首先评估和优化微机电系统（MEMS）执行器在各种几何变化、材料规格和工艺公差方面。这些变化中的每一个可能会单独影响设备性能和可制造性，并且它们之间的复杂相互作用需要实时进行检查。模拟速度和容量是这个设计过程中的一个关键优势。能够快速探索和选择最佳设计组合的能力，当使用如此大量的变量时，可以帮助设计师在设计过程的早期避免次优和过于昂贵的方法。

2、设备层级设计和验证

接下来，对锚点、包装应力以及各种减震机制的影响进行了更详细的分析。在这个阶段，准确性至关重要。Coventor定制的有限元分析工具（Designer和Analyzer）随后用于优化和验证MEMS+设计。有限元分析工具中的专门算法确保：

*考虑了接触电力学和相关的三维边缘场

*该解决方案是最优的

*基于电荷和/或基于电压的耦合机电可以确保在最困难的问题上收敛。

3. 系统级集成和验证

MEMS致动器不在隔离状态下操作；它们在包括电子电路的系统的上下文中执行它们的任务。因此，在制造之前，需要对整个系统进行模拟和调整。为了实现这一点，设计师传统上基于分析表达式或从有限元分析模拟中提取手工制作的降阶模型。这种方法的问题有两个方面。首先，构建降阶模型可能非常耗时。其次，也是更重要的一点，所使用的分析方程被过度简化，并且所创建的降阶模型不包括非线性效应。总之，这种传统方法会对IC和系统设计师产生重大影响，并可能增加在开发周期后期进行昂贵重新设计的机会。