CAD工具提供MEMS專用設計功能介紹

??? 在過去幾年，MEMS和微機械化設計與生產更多地是發生在大學實驗室里的研究活動，而不是具有制造可行性的商業行為。當時，MEMS和微機械設計所使用的設計與制造工具非常專業。開發制造技術成為設計過程的一部分，如果不這么做，工程師就不知道如何實現微設計。許多工作是使用二維版圖完成的，以描述各個硅層的構造。這些層順序沉積就創造了傳統的MEMS元件。現在，在主流CAD工具中引入MEMS專用設計功能推動了MEMS的低成本開發，并促進了商用產品朝小型化的機械器件發展。

?在主流設計工具中引入MEMS專用功能將有助于設計師更好地利用微技術。這些工具將幫助面臨小型化挑戰的公司革新產品、器件和微制造技術，并拓展微機電系統在不同領域的應用。
在這個新興領域，很多基礎工作都源自半導體產業。為了驅動硅集成電路的發展，業界不斷開發創造新的制造工藝，以生產肉眼幾乎無法看到的特征和元件。雖然IC是微設計方法學最初關注的唯一對象，但制造商們正利用這些技術來開發和生產MEMS及小型化機械器件，以滿足市場對小型化的要求。

??? MEMS的潛在應用范圍很廣。任何需要機械器件的小型化電子系統都可能使用MEMS，包括慣性傳感器、開關和繼電器、諧振器和機械濾波器、微型電容、電感和探頭以及傾斜計、電子管、DNA序列分析儀、化學和生物藥劑傳感器。

??? 無論何種應用，推動微機械系統發展的動力都是尺寸和重量。與集成電路不同，所有MEMS器件都含有一些機械元素，而且大多數器件至少包含一個可移動部件。通過沉積幾個硅薄層及蝕刻部分材料來創建層構造的方法很適合于制造IC和一些MEMS器件，但新興的制造工藝正在出現，并為設計者優化MEMS的機械性能提供了更多選擇。

??? 多年以來，MEMS設計師可用的材料主要是硅，而且唯一可用的制造工藝也源自半導體工業。這些工藝通常需要非常專業的工具，從而限制設計只能有4或5層指定厚度的硅。因此，使用這些工藝創建MEMS元件既費時又費錢。但隨著越來越多的制造商開始轉向MEMS和微設計，他們開發了專注于MEMS設計中機械部分的新型自動化工藝。

??? 一家名為MEMGen的公司已經利用三維CAD數據開發出一種稱為EFAB的專有微制造工藝。EFAB技術類似硅沉積技術，但更具魯棒性、自動化和靈活性。EFAB允許工程師用鎳、銀、銅、金和鉑等電鍍材料取代硅，設計任意的復雜三維幾何圖形，并可以創建厚度從2微米到10微米、數量從幾十到幾百的構造層。

??? 創建任意幾何圖形，而不是利用半導體工業使用的圖形，這一能力為MEMS設計者打開了一個全新的世界。以機械螺旋彈簧為例，它是迄今為止業界為控制力量和位移而開發的最有效、最實用的器件之一。但是基于4或5層硅來生產有效的螺旋彈簧是非常困難的。其結果是，采用基于硅的傳統微制造工藝，你將無法在微觀領域利用這一最成熟的機械設計。而MEMGen公司一直致力于為從事微設計的機械工程師消除這些類型的限制。

??? 一種有助于推動MEMS廣泛應用的方法是在主流三維CAD工具中包含MEMS專用功能。使用熟悉的工具和設計環境來設計MEMS、微器件或更大的組件和器件有助于節省用戶學習專用工具所需的大量時間、精力和成本。

??? 設計MEMS器件的典型順序從一個由多個半導體層導出的元件模型開始，隨后，設計者生成每個層的光掩膜和二維版圖，用于制造過程。

??? MEMS設計的關鍵挑戰出現在為一個器件的固態模型中處于微米和亞微米級的幾個橫截面做光掩模。如果沒有專門的MEMS CAD功能，設計師就必須在CAD系統中不同的尺寸刻度之間來回切換，從微米到毫米再到米。他們無法真實呈現完整組件，并且不能充分利用基礎固態模型特征，如參數聯合設計等。

??? 幸運的是，具有操作刻度變換能力的三維固態建模系統可以提供專門滿足MEMS設計的功能，從而簡化工藝的復雜性。例如，一些主流的三維CAD軟件包具有寬泛的幾何尺寸范圍，允許設計師在從微米直到米的范圍內操作同一個組件。倘若MEMS元件及其封裝都有完整的三維可視圖，工程師就可以通過簡單的縮放查看MEMS細節或更大的組件。軟件還能自動給MEMS元件做截面圖，并為每層創建完全結合的光掩膜，從而節省人工創建各個二維版圖所需的時間和精力。

??? 隨著設計的不斷修改和完善，相應變化會體現在所有相關設計文檔中，包括元件、組件、細節和光掩膜圖。亞微米特征定義、元件的沖突/干擾檢測以及特征模式的創建等功能對MEMS設計而言都是極為有用的。