微机械系统的设计第一部分模拟与优选

　　无论是一个微系统的功能和使用寿命，还是各种性能，如精度、极限频率、干扰量的不灵敏度以及成本，都与该系统机械元件的结构有关。今后，将通过在不同平面的模拟方法，作为重复过程来寻求最佳的系统。本文介绍，如何在实践中施行。

　　图1用方框图示意说明微机械模拟的过程。从已有的规格出发，在设计人员知识、经验和想法的基础之上，首先完成一个初形设计。为了使这一初形设计阶段简化，可以利用知识基础(第一步)，它包括微机械基础元件及其特性参数，作为分析说明加上简单假设的结果。

　　如果微机械元件要用硅蚀刻来制作，那么下一步就斋要制作掩模(第二步)。应当根据蚀刻过程的要求，修改原始的几何数据。利用修正的几何数据，可以完成工艺模拟程序(第三步)它作为预设结果，提供了蚀刻结构的三维模型。

　　以此模型作为输入数据，利用数字方法进行精确设计(第四步)。精确的几何形状利用FEM，计算进行分析(FEM=有限元法)，这时，不再用第一步的模型简化。为了掌握电学与机械的相互作用，温度和阻尼的影响，需特别进行相关的计算。在线模拟可纳入精确设计阶段.为了模拟整个系统，将FEM一计算的结果，进一步输入模拟程序(第五步).每一步骤的完成不一定严格按照上述顺序进行，根据所达到的中间结果，随时都可退回走过的加工步骤，这样，多次进行迭代循环和标准化的过程。

　　分析说明的可能性与极限

　　微系统的机械元件，往往是由能振动的弹性物质减振器组成。为了简化粗略设计的过程，在Chemnite·Zwickau大学编制T一套程序，能够计算出微机械基础元件规定目录中的机械参量。结果可用于对各种不同的元件做快速的相互比较，变化和优选其几何性能，而不必非采用花钱甚多的FEM一程序。

　　利用程序所得出的基础元件的程序库，首次表明在微机械领域中，如何把那些已知计过程。

　　对于机械振动系统几何形状简单的基础元件，能够给出计算机械性能的分析答案。图1示出各种示例。内正方形表明在F力作用下偏转到弹簧片平面里的物体，外正方形与硅框架的内侧相一致。各种元件由于弹性系统的造形而有所不同。

　　分别按照不同的弹簧几何形状和材料性能，程序求得有效方向和横向的弹簧刚度，有效方向的固有频率，乃至5个较高的固有频率。作为其他另外的参数，使用者还可获得预定负载情况下的偏移，以及受出现偏移影响而对固定位置产生的机械应力。

　　序图示使用面积，足以准确地用于不同基本元件的快速比较，并预算初步设计阶段的参量。为更精密地确定参数以及在精密设计阶段，有必要连续使用模型。十字弹簧变换器基本元件的计算示例: