Academic literature on the topic 'MEMS Simulation Software'

Nesse trabalho foi desenvolvido um software para simular a corrosão anisotrópica do silício, tendo como base o comportamento desta corrosão em soluções alcalinas (KOH). Esse software foi escrito na linguagem C++ para diversas plataformas e possui dois módulos básicos que são a Biblioteca de classes (denominada autosim) e uma Interface Gráfica (denominada AutoMEMS). A API desenvolvida possui classes que implementam 3 modelos de simulação da corrosão que se baseiam no modelo matemático do autômato celular, que são o Autômato Convencional, Estocástico e Contínuo. Por usar o autômato celular, permite realizar a simulação da corrosão do silício usando filme de mascaramento na frente e nas costas do substrato, os quais também podem conter geometrias arbitrárias. Além disso, a API implementa ferramentas de visualização que tem como objetivo, simplificar e representar as informações contidas nas matrizes de estados. Um exemplo de ferramenta de visualização é a ferramenta de detecção de contornos que analisa cada camada da matrizes e no final, cria todos os contornos encontrados. E por último, a biblioteca autosim fornece classes para a construção de outros autômatos celulares. A Interface Gráfica fornece ferramentas de desenhos para a construção de máscaras para as simulações e também, fornece ferramentas para configurar todos os parâmetros envolvidos na simulação. E por último, a Interface Gráfica visualiza todo o resultado da simulação numa janela gráfica 3D. O programa simula desde geometrias simples como quadrados, cruzes, L, cantilevers até geometrias mais complexas como uma estrutura de Wagon Wheel em formato de uma rosa dividida em ângulos de 1°. Também, permite definir matrizes de células de diversos tamanhos, desde matrizes pequenas (com 200x200x100 células) até matrizes gigantescas (com 4000x4000x100 células). Para matrizes pequenas, a simulação e detecção de contornos ocorre em tempo real, mas para matrizes maiores, esse tempo pode se estender a várias horas de processamento computacional, apesar de que, maiores quantidades de células melhoram a resolução da simulação. Todas as simulações realizadas possuem boa concordância com os resultados experimentais. Por exemplo, o aparecimento de cantos vivos convexos que ocorre na corrosão de uma ilha quadrada é prevista no simulador, o aparecimento de paredes inclinadas com orientação cristalográfica também é prevista pelo simulador de corrosão.<br>This work was developed a software for simulate the anisotropic etching silicon, based on the behavior this etch in alkaline solutions (KOH). The software was written in language C++ for various platforms and has two basic modules that are the library of classes (called autosim) and an Graphical Interface (called AutoMEMS). The API developed has classes that implement three models of etch simulation that based on mathematical model of cellular automata, that are the Conventional Automata, Stochastic and Continuous. To use the cellular automata, allows perform the anisotropic etching silicon simulation using masking film in front and back of substrate, which too may contain arbitrary geometrics. Also, the API implement tools of visualization that as objective, simplify and represent the informations contained in state matrix. A example of visualization tools is a tool of detection of contours that analyzes each layer of matrixs and in end, create all the contours found. And finally, the library autosim provides for construction of other cellular automatas. The Graphical Interface provides tools of drawing for construction of masks for simulations and too, provides tools for configure all parameters involved in simulation. And finally, a Graphical Interface view all the results of simulation in graphical window 3D. The software was simulation since simply geometries as square, cross, L, cantilevers until geometries more complex as a struture of Wagon Whell in format of a rose and divide in angle of 1° degree. Too, allows define matrixs of cells of various sizes, since small matrixs (with 200x200x200 cells) until big matrixs (with 4000x4000x100 cells). For small matrixs, the time of simulation and detection of contours is real-time, but, for big matrixs, this time can a several hours of computational processing, despite the fact that more quantities of cells improve the simulation resolution. All simulations fulfilled has good concordance with experimetals results, for example, the appearance of life corner convex that occurs in etching of island square and provided in simulator, the apperance of sloping walls with cristalographic orientation too and provided by simulator of etching.

O presente trabalho teve como foco o desenvolvimento de um software para a simulação de processos de microfabricação em substrato e de microfabricação em superfície baseado em autômatos celulares, o simMEMS. Além disso, visando a futura incorporação de ferramentas para análise das estruturas geradas pelo programa, um módulo com funcionalidades básicas para a análise mecânica de estruturas também foi desenvolvido. No que tange à microfabricação em superfície, o software desenvolvido permite simular a corrosão anisotrópica úmida do Si em KOH e deep reactive ion etching (DRIE). O simulador de corrosão úmida utiliza um autômato celular conhecido como BCA. O simulador de DRIE usa um autômato próprio. Para a simulação dos processos de microfabricação em superfície o software fornece quatro processos: deposição de filmes, corrosão de filmes, fotolitografia e planarização. Para corrosão e deposição de filmes, diversos autômatos celulares da literatura foram analisados e os resultados dessas análises é aqui apresentado. Todos os simuladores, tanto de microfabricação em superfície como em substrato, podem ser utilizados em conjunto. Isso torna o software bastante útil e capaz de simular a fabricação de um grande número de dispositivos.<br>The main goal of this project is the development of a software capable of simulating both surface and bulk micromachining based on a cellular automata approach. This software has been called simMEMS. In order to enable future versions of the software to also be able to analyze the structures created by the software, a module capable of running a mechanical analysis through the finite element method is also developed. simMEMS allows the user to simulate two bulk micromachining processes: wet anisotropic KOH etching and deep reactive ion etching DRIE. The wet etching simulator uses a cellular automaton known as BCA. The DRIE simulator uses an automaton developed during this project. The surface micromachining simulator allows the user to simulate four types of processes: photolithography, film deposition, film etching and substrate planarization. Several automata for the deposition and etching of films are studied and the results of this study are presented here. All processes, be they for surface or bulk micromachining, can be used on the same substrate to simulate the entire fabrication process for a large array of devices. This makes simMEMS a very useful software.

Nowadays, the need to apply the tools of industry 4.0 is increasingly sought, essentially seeking to increase the harmony between workers, machines, and processes, bringing up the concept of Smart Factory. Here lies the digitalization of the shop floor, originating the objective for this project, where it is intended to carry out the simulation of a production line in the simulated environment of Plant Simulation Tecnomatix and integrate with the Manufacturing Execution System (MES) of the company Bosch, Nexeed MES. Therefore, it will be possible to access the production line in advance in this simulated environment, allowing real-time monitoring and simulating any changes and improvements, eliminating costs and excessive time spent unnecessarily. MES are an example of a solution that the evolving industry has been providing for companies. They allow the execution of manufacturing orders in a factory environment, the bridge that connects the shop floor with the enterprise Level (ERP). Tecnomatix introduced by Siemens PLM software, allows the creation of simulation models of a production line or even a company in its entirety. In this project report, a solution was developed that allows the creation of a Digital Twin through the integration of a simulation of the Bosch company MES, Nexeed MES, with a simulation of the production line one of Bosch, in Plant Simulation Tecnomatix environment from Siemens.<br>Na atualidade, cada vez mais se procura a necessidade de aplicar as ferramentas da indústria 4.0, procurando essencialmente aumentar a sintonia entre os trabalhadores, máquinas e processos, originando assim o conceito de Smart Factory. Nesta vertente situa-se a digitalização do chão de fábrica, originando o objetivo para este projeto, onde se pretende realizar a simulação de uma linha de produção no ambiente simulado do Plant Simulation Tecnomatix e integrar com o Manufacturing Execution System (MES) da empresa Bosch, Nexeed MES. Desta forma, será possível aceder de antemão à linha de produção neste ambiente simulado, permitindo monitorização em tempo real e simular eventuais alterações e melhorias, eliminando custo e tempo excessivo despendido desnecessariamente. Os MES são um exemplo de solução que a evolução da indústria tem vindo a proporcionar para as empresas. Eles permitem a monitorização e execução de ordens de fabrico em ambiente fabril, a ponte que proporciona a ligação entre o chão de fábrica e a gestão da empresa (ERP). O Plant Simulation Tecnomatix é um software desenvolvido pela Siemens PLM Software que permite a criação de modelos simulados de uma linha de produção ou até mesmo de uma empresa na sua totalidade. Neste relatório de projeto, foi desenvolvida uma solução que permite a criação de um Digital Twin através da integração de uma simulação do MES da empresa Bosch, Nexeed MES, com a simulação da linha de produção um, da Bosch, no Plant Simulation Tecnomatix da Siemens.<br>Mestrado em Engenharia Mecânica

Microelectromechanical systems (MEMS) depend on mechanical deformation to sense their environment, enhance electrical circuitry, or store data. Nonlinear forces arising from multiphysics phenomena at the micro- and nanoscale -- van der Waals forces, electrostatic fields, dielectric charging, capillary forces, surface roughness, asperity interactions -- lead to challenging problems for analysis, simulation, and measurement of the deforming device elements. Herein, a foundation for the study of mechanical deformation is provided through computational and experimental studies of MEMS microcantilever capacitive switches. Numerical techniques are built to capture deformation equilibria expediently. A compact analytical model is developed from principle multiphysics governing operation. Experimental measurements support the phenomena predicted by the analytical model, and finite element method (FEM) simulations confirm device-specific performance. Altogether, the static multistability and quasistatic performance of the electrostatically-actuated switches are confirmed across analysis, simulation, and experimentation. <p><br></p> <p>The nonlinear multiphysics forces present in the devices are critical to the switching behavior exploited for novel applications, but are also a culprit in a common failure mode when the attractive forces overcome the restorative and repulsive forces to result in two elements sticking together. Quasistatic operation is functional for switching between multistable states during normal conditions, but is insufficient under such stiction-failure. Exploration of dynamic methods for stiction release is often the only option for many system configurations. But how and when is release achieved? To investigate the fundamental mechanism of dynamic release, an atomic force microscopy (AFM) system -- a microcantilever with a motion-controlled base and a single-asperity probe tip, measured and actuated via lasers -- is configured to replicate elements of a stiction-failed MEMS device. Through this surrogate, observable dynamic signatures of microcantilever deflection indicate the onset of detachment between the probe and a sample.</p>