微机电课后作业.pdfVIP

小组成员:郑晨晨刘心纪辉强

方璐刘超朱剑锋

2011.05.31

第二章

1.MEMS的设计涉及哪些学科？简述MEMS的设计方法及特点。

答：MEMS的设计涉及到系统设计、微传感器设计、微执行器设

计、接口设计和能量供给的设计。

3种设计方法：（1）从系统功能设计开始，展开到系统设计。在

进行系统设计时，将元件及功能模块作为一个黑盒子，只对其影响特

性进行分析。（2）从系统设计展开到子系统、元器件设计。对于系统

优化设计应该由系统设计转向子系统、元器件设计。首先确定系统应

该完成的功能、技术条件；其次是确定功能模块的功能要求、技术条

件；最后确定元器件的技术条件。（3）中间相遇法

(Meet-in-the-Middle)。它利用宏观模块，对于元件简化模型进行分析，

只要模型能描述不同物理状态中的特性，就能够在系统中进行合理的

仿真。

2.工程系统设计通常有几种方法？其主要思路是什么？试举例说明。

答：通常有五种方法：J．Kawasaki法简称KJ法。KJ法是由底向

上处理大量数据之间关系的一种假设，对于复杂问题进行分析，使用

这种方法，可以使问题得到满意的解决。它还可以应用来处理其他类

型的问题，这种问题可以是个别的群体，单一的或者连续的；

M.Nakayama法简称NM法。NM法是在自然是日常生活中寻找比拟

法创造和开发新技术观点，应用到不同的问题模式中。NM法是根据

人脑功能的一种假设，在Nakayama的“人脑计算机模型（HBC）”中

描述。这种方法试图解释当问题如理性思考，存在僵局，情感思考，

演绎和引导等解决的时候，人类思想行为的模式；Key-Needs法，中

文称为关键需要法，它是一种创造与使用者需要一致的新产品概念的

工具。这种方法用列出日常生活的需要，以及不被满足原因的描述，

用于产品观点的发明。关键需要法是实用主义，具有需要分析和概念

评估技术的扩展。为了消费者取得好感，而且不受限制，关键需要法

几乎不是根据人类需要的任何理论或者寻找任何概念，而是从实际经

验中得到；Kepener-Tregoe法分析问题、解决分析、位能问题分析和

位置评价的4种技术结合。它的目的在于应用标准模式一步一步处理

的方法，进行工业合理化管理。朱钟淦-捤谷城方法，是针对机械电

子产品系统设计时应用，包括四个步骤：产品功能分析；为实施各模

块的功能，选择可实施的方案；多种方案的综合评价，优化设计；产

品芯片设计。

5,在MEMS产品中如何应用尺度效应进行设计?其根据是什么?对于一

阶尺度,如表面-体积尺度变化规律是什么?

通常,尺度的变化规律遵循着两个方面.第一种规律是严格依据物体的

尺寸,如几何结构的尺度,物体行为可以有物理规律所决定,这种尺度

规律包括刚体动力学,静电和电磁力等;第二种尺度规律考虑到系统的

尺寸和材料特性.所依据的尺度效应对几何结构学,刚体动力学,静电

力,力学,流体力学以及热传递中的物理量进行分析,并以量纲作为分

析工具.体积和表面积是在MEMS产品设计中经常涉及的两个物理量,

体积与器件的质量和重量有关,与作用在器件上的力和热惯量有关.热

惯量与物体的热容有关,热容是固体加热快慢的量度,它对于热执行器

的设计十分重要.另一方面表面特性与流体力学的压力,浮力有关,也

与对流热传导中固体热吸收和耗散有关.

8,MEMS中如何应用CAD技术?

MEMS中应用CAD技术映遵循以下原则:(1)MEMS技术涉及微电子,微

机械,微动力学,微流体力学,微热力学,材料学,物理学,化学和生物学等,

这些作用域相互作用,共同构成了完整的MEMS并实现确定的功能,多

能量域的耦合问题是MEMS的CAD最需要解决的,也是最难解决的问

题.(2)MEMS的ＣＡＤ必须提供自动生成三维模型的工具,具有结构仿

真器.(3)MEMS的制造过程不会改变结构的几何参数,但会影响材料的

性质,而材料的性质又会影响结构的电子和机械特性.因此MEMS的

CAD必须建立相应的材料特性数据库。根据工艺流程自动将材料的特

性引入到三维几何模型中。（4）MEMS的器件不仅是复杂的三维结构，

各种能量域相互耦合，计算中需要进行内部的量化，而且要考虑结构

外部各种物理场，如电场，磁场，流场的耦合分析，这些计算量大且

耗时。因此要求MEM