CN116151172B - Mems器件模型构建方法、装置及设计方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及电子设计技术领域，提供了一种MEMS器件模型构建方法、装置及设计方法，构建方法包括：以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重；其中，输入权重用于指示输入参数对输出参数的影响；基于输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型。本公开实施例可以构建形成具有复杂映射关系的多参数模型，更加准确地预测器件的实际性能，有效提高最终获得的MEMS器件修正模型的设计精度和可信度，对MEMS器件设计与制备具有真正的指导意义。

Description

MEMS器件模型构建方法、装置及设计方法

技术领域

本公开涉及电子设计技术领域，特别涉及一种MEMS器件模型构建方法、装置及设计方法。

背景技术

微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）因其尺寸小、低功耗、能够与互补金属氧化物半导体（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS）工艺兼容的优点，广泛应用在军事国防、地海勘探、生活消费等领域。与电路和光学器件不同，MEMS器件不仅涉及同一种能量形式的传输，还涉及不同物理能量之间的转化，即，MEMS器件存在多物理场耦合。

现有的MEMS器件设计方法通常采用有限元仿真进行数值求解。然而，这种方法中的有限元求解过程通常时间较长，且因其并未考虑实际加工工艺，会导致所得MEMS器件的实际性能与仿真设计性能偏差较大，不能有效指导MEMS器件的设计和制备。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的问题之一，提供一种MEMS器件模型构建方法、装置及设计方法。

本公开的一个方面，提供了一种MEMS器件模型构建方法，所述MEMS器件模型构建方法包括：

以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重；其中，所述输入权重用于指示所述输入参数对所述输出参数的影响；

基于所述输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对所述MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型。

可选的，所述以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重，包括：

根据设计需求以及待设计的MEMS器件的工作原理，确定输入参数矩阵和输出参数矩阵；

根据所述理论计算，确定所述输入参数矩阵和所述输出参数矩阵之间的函数映射关系；

利用所述数值仿真计算对所述待设计的MEMS器件进行建模仿真，基于所述输入参数对应的多组数值，通过数值求解得到所述多组数值分别对应的所述输出参数的数值解；

对所述多组数值及其分别对应的所述数值解进行分析筛选，确定所述输入权重以及所述输入参数与所述输出参数之间的参数映射关系，建立参数化模型；

在所述参数映射关系与所述函数映射关系相符合时，将所述参数化模型作为所述MEMS器件理论模型。

可选的，所述基于所述输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对所述MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型，包括以下修正步骤：

根据所述输入权重，确定工艺控制参数，并结合所述工艺信息中的制备工艺规范，通过参数提取将工艺误差、残余应力、寄生电参量反馈至所述MEMS器件理论模型的所述输入参数中，对所述MEMS器件理论模型进行修正；

将所述实测数据中的输入数据输入修正后的所述MEMS器件理论模型，得到修正后的所述MEMS器件理论模型对应的修正输出数据；

将所述修正输出数据与所述实测数据中的输出数据进行比较，评估修正后的所述MEMS器件理论模型的精准度；

若所述精准度未达到预设要求，则基于所述修正步骤重新对修正后的所述MEMS器件理论模型进行迭代修正，直至得到的修正后的所述MEMS器件理论模型的精准度达到所述预设要求，将此时的修正后的所述MEMS器件理论模型作为所述MEMS器件修正模型。

可选的，所述MEMS器件模型构建方法还包括：

在进行所述参数提取时，基于稳定性达到预设稳定标准的工艺，采用批量测试数据或加工工艺信息作为支撑。

可选的，所述输入参数包括设计参数、环境参数、工艺参数、激励参数中的至少一者；其中，

所述设计参数包括器件结构几何形状、尺寸、材料构成及属性、边界约束条件中的至少一者；

所述环境参数包括温度、湿度、压力、振动、光照、热辐射中的至少一者；

所述工艺参数包括工艺控制参数、制备工艺规范、工艺设计文件、工艺设计技术包中的至少一者；

所述激励参数包括电学、力学、光学、热学、声学、磁学的输入物理量中的至少一者。

可选的，所述输出参数包括性能指标、工艺评估信息中的至少一者；其中，

所述性能指标包括力学特性指标、电学特性指标、光学特性指标、热学特性指标、声学特性指标、磁学特性指标中的至少一者；

所述工艺评估信息包括光刻精度、刻蚀误差、对准精度、工艺控制参数中的至少一者，用于评估因加工误差所导致的器件性能偏差。

本公开的另一个方面，提供了一种MEMS器件模型构建装置，所述MEMS器件模型构建装置包括：

理论模型构建模块，用于以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重；其中，所述输入权重用于指示所述输入参数对所述输出参数的影响；

工艺修正模块，用于基于所述输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对所述MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型。

本公开的另一个方面，提供了一种MEMS器件模型设计方法，所述MEMS器件模型设计方法包括：

接收用户输入的设计要求以及MEMS器件模型的类型；

基于所述MEMS器件模型的类型，从预设的模型库中调用对应的MEMS器件模型；其中，所述预设的模型库存储有预先采用前文记载的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型；

根据所述设计要求，基于所述MEMS器件模型进行正向求解，得到所述设计要求对应的所述MEMS器件模型的输出参数。

本公开的另一个方面，提供了一种MEMS器件模型设计方法，所述MEMS器件模型设计方法包括：

接收用户输入的设计目标以及MEMS器件模型的类型；

基于所述MEMS器件模型的类型，从预设的模型库中调用对应的MEMS器件模型；其中，所述预设的模型库存储有预先采用前文记载的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型；

根据所述MEMS器件模型中输入参数与输出参数之间的映射关系，采用逆向计算分析方法，确定满足所述设计目标的所述MEMS器件模型的输入参数；和/或，结合不同的工艺标准，确定满足所述设计目标的所述MEMS器件模型的实际性能评估结果和设计余量。

本公开的另一个方面，提供了一种基于MEMS器件模型的系统仿真设计方法，所述系统仿真设计方法包括：

接收用户输入的设计要求以及系统协同设计中各功能单元分别对应的器件模型类型；

基于所述器件模型类型，从预设的模型库中调用对应的器件模型，所述器件模型包括MEMS器件模型及其他类型器件模型；所述预设的模型库存储有多种类型的所述器件模型，且其中的所述MEMS器件模型包括预先采用前文记载的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型；

根据所述设计要求以及各所述器件模型，搭建系统仿真链路，求解所述MEMS器件模型的输出参数以及各所述器件模型组成的MEMS系统的输出参数，评估所述MEMS系统的性能和集成方案，并对所述MEMS器件模型的输入参数和输出参数进行实时调节。

本公开实施例相对于现有技术而言，通过结合理论计算、数值仿真计算构建MEMS器件理论模型，并结合输入权重、工艺信息、实测数据对MEMS器件理论模型进行工艺校准修正，得到MEMS器件修正模型，可以有效提高最终获得的MEMS器件修正模型的设计精度和可信度，对MEMS器件设计与制备具有真正的指导意义。同时，本公开实施例将理论计算数据、数值仿真计算数据以及基于实际工艺得到的实测数据进行结合，可以构建形成具有复杂映射关系的多参数模型，从而更加准确地预测器件的实际性能。此外，本公开实施例还能够为MEMS器件设计与制备以及系统协同设计提供进一步的有效指导。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本公开一实施方式提供的一种MEMS器件模型构建方法的流程图；

图2为本公开另一实施方式提供的一种MEMS器件模型构建方法及其应用的流程图；

图3为本公开另一实施方式提供的一种MEMS器件模型构建装置的结构示意图；

图4为本公开另一实施方式提供的一种MEMS器件模型设计方法的流程图；

图5为本公开另一实施方式提供的一种MEMS器件模型设计方法的流程图；

图6为本公开另一实施方式提供的一种基于MEMS器件模型的系统仿真设计方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施方式中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。以下各个实施方式的划分是为了描述方便，不应对本公开的具体实现方式构成任何限定，各个实施方式在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本公开的一个实施方式涉及一种MEMS器件模型构建方法，其流程如图1所示，包括：

步骤S110，以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重；其中，输入权重用于指示输入参数对输出参数的影响。

具体的，本实施方式首先建立MEMS器件理论模型，即将理论计算和数值仿真作为数据基础，建立模型的设计输入参数与输出参数之间的映射关系。同时，对模型的输入参数对输出参数的影响进行分析，得到用于指示输入参数对输出参数的影响的输入权重。

步骤S120，基于输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型。

具体的，本步骤在MEMS器件理论模型的基础上进行工艺校准和修正，基于输入权重将实测数据和工艺信息与MEMS器件理论模型进行融合，获得能够预测器件实际性能的MEMS器件修正模型。

示例性的，输入参数可以包括设计参数、环境参数、工艺参数、激励参数中的至少一者。相应的，MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型可以分别设置有与各输入参数相对应的输入端口，如设计参数输入端口、环境参数输入端口、工艺参数输入端口、激励参数输入端口。

设计参数可以包括但不限于器件结构几何形状、尺寸、材料构成及属性、边界约束条件中的至少一者。环境参数可以包括但不限于温度、湿度、压力、振动、光照、热辐射中的至少一者。工艺参数可以包括但不限于工艺控制参数、制备工艺规范、工艺设计文件、工艺设计技术包（Process Design Kit，PDK）中的至少一者。其中，制备工艺规范指的是制备厂商的工艺规范。激励参数可以包括但不仅限于电学、力学、光学、热学、声学、磁学等的输入物理量中的至少一者。

示例性的，输出参数可以包括性能指标、工艺评估信息中的至少一者。相应的，MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型可以分别设置有对应的输出端口。其中，性能指标可以包括但不限于力学特性指标、电学特性指标、光学特性指标、热学特性指标、声学特性指标、磁学特性指标中的至少一者。工艺评估信息可以包括但不限于光刻精度、刻蚀误差、对准精度、工艺控制参数中的至少一者，用于评估因加工误差所导致的器件性能偏差。

本公开实施方式相对于现有技术而言，通过结合理论计算、数值仿真计算构建MEMS器件理论模型，并结合输入权重、工艺信息、实测数据对MEMS器件理论模型进行工艺校准修正，得到MEMS器件修正模型，可以有效提高最终获得的MEMS器件修正模型的设计精度和可信度，对MEMS器件设计与制备具有真正的指导意义。同时，本实施方式将理论计算数据、数值仿真计算数据以及基于实际工艺得到的实测数据进行结合，可以构建形成具有复杂映射关系的多参数模型，从而更加准确地预测器件的实际性能。

示例性的，步骤S110可以包括：根据设计需求以及待设计的MEMS器件的工作原理，确定输入参数矩阵和输出参数矩阵。根据理论计算，确定输入参数矩阵和输出参数矩阵之间的函数映射关系。利用数值仿真计算对待设计的MEMS器件进行建模仿真，基于输入参数对应的多组数值，通过数值求解得到多组数值分别对应的输出参数的数值解。对多组数值及其分别对应的数值解进行分析筛选，确定输入权重以及输入参数与输出参数之间的参数映射关系，建立参数化模型。在参数映射关系与函数映射关系相符合时，将参数化模型作为MEMS器件理论模型。

具体的，本实施方式可以利用数值仿真软件对待设计的MEMS器件进行建模仿真，定义该MEMS器件的输入参数对应的多组数值，通过数值求解得到与该输入参数的多组数值对应的输出参数的数值解，对定义的输入参数的多组数值及其对应的输出参数的数值解进行分析筛选，建立参数化模型，并在该参数化模型与理论计算得到的输入参数矩阵和输出参数矩阵之间的函数映射关系相符合时，将该参数化模型作为MEMS器件理论模型。

本实施方式可进一步提高MEMS器件理论模型的设计精度和可信度，对MEMS器件设计与制备提供进一步指导。

示例性的，步骤S120可以包括以下修正步骤：根据输入权重，确定工艺控制参数，并结合工艺信息中的制备工艺规范，通过参数提取将工艺误差、残余应力、寄生电参量反馈至MEMS器件理论模型的输入参数中，对MEMS器件理论模型进行修正。将实测数据中的输入数据输入修正后的MEMS器件理论模型，得到修正后的MEMS器件理论模型对应的修正输出数据。将修正输出数据与实测数据中的输出数据进行比较，评估修正后的MEMS器件理论模型的精准度。若精准度未达到预设要求，则基于修正步骤重新对修正后的MEMS器件理论模型进行迭代修正，直至得到的修正后的MEMS器件理论模型的精准度达到预设要求，将此时的修正后的MEMS器件理论模型作为MEMS器件修正模型。

本实施方式通过对MEMS器件理论模型进行迭代修正，直至修正后的MEMS器件理论模型达到预设要求，可以进一步提高最终得到的MEMS器件修正模型的设计精度和可信度，对MEMS器件设计与制备提供进一步指导。

示例性的，MEMS器件模型构建方法还包括：在进行参数提取时，基于稳定性达到预设稳定标准的工艺，采用批量测试数据或加工工艺信息作为支撑。

换句话说，修正步骤中的参数提取，需要基于稳定的工艺，通过批量测试数据或者成熟的加工工艺信息来支撑，从而进一步提高最终得到的MEMS器件修正模型的设计精度和可信度。

为使本领域技术人员能够更好地理解上述实施方式，下面以一具体示例进行说明。

一并结合图2，一种MEMS器件模型构建方法，包括以下步骤：

首先建立MEMS器件理论模型：以基于物理理论的理论计算和基于仿真数据的数值仿真为数据基础，采用模型构建算法，建立待设计的MEMS器件的输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型。

在MEMS器件理论模型基础上进行工艺校准和修正，采用模型修正算法，将实测数据和工艺信息与MEMS器件理论模型融合，获得能够预测器件实际性能的MEMS器件修正模型。

本公开的另一个实施方式涉及一种MEMS器件模型构建装置，如图3所示，包括：

理论模型构建模块310，用于以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重；其中，输入权重用于指示输入参数对输出参数的影响；

工艺修正模块320，用于基于输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型。

本公开实施方式提供的MEMS器件模型构建装置的具体实现方法，可以参见本公开实施方式提供的MEMS器件模型构建方法所述，此处不再赘述。

本公开实施方式相对于现有技术而言，利用理论模型构建模块结合理论计算、数值仿真计算构建MEMS器件理论模型，并利用工艺修正模型结合输入权重、工艺信息、实测数据对MEMS器件理论模型进行工艺校准修正，得到MEMS器件修正模型，可以有效提高最终获得的MEMS器件修正模型的设计精度和可信度，对MEMS器件设计与制备具有真正的指导意义。同时，本实施方式将理论计算数据、数值仿真计算数据以及基于实际工艺得到的实测数据进行结合，可以构建形成具有复杂映射关系的多参数模型，从而更加准确地预测器件的实际性能。

本公开的另一个实施方式涉及一种MEMS器件模型设计方法，其流程如图4所示，包括：

步骤S410，接收用户输入的设计要求以及MEMS器件模型的类型。

步骤S420，基于MEMS器件模型的类型，从预设的模型库中调用对应的MEMS器件模型；其中，预设的模型库存储有预先采用上述实施方式所述的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型。

具体的，一并结合图2，按照建模数据基础的不同，模型库中存储的模型可以分为MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型。

MEMS器件理论模型以物理理论和数值仿真数据为建模数据基础，通过模型构建算法建立输入参数与输出参数之间的映射关系，同时还涵盖输入参数对输出参数的影响的输入权重。其中，模型构建算法可以对外部设计数据进行分析和筛选，基于外部设计数据训练得到参数化模型，形成输入参数与输出参数之间的映射关系。

MEMS器件修正模型在MEMS器件理论模型的基础上进行校准和修正，通过模型修正算法将实测数据和工艺信息与MEMS器件理论模型融合，能够预测器件实际性能。其中，模型修正算法用于支撑对MEMS器件理论模型的校准修正，将实测数据和工艺信息融合到MEMS器件理论模型中，以提高模型的精度和可信度，并需要批量测试数据或者成熟的加工工艺信息来支撑模型的迭代修正。

MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型均为参数化模型，蕴含器件的物理工作机制、输入参数与输出参数之间的映射关系，MEMS器件修正模型还融合了实际加工时工艺信息等。

在基于设计输入即用户输入中的MEMS器件模型的类型，从预设的模型库中调用对应的MEMS器件模型时，可以从模型库中调用的相应的MEMS器件理论模型或者MEMS器件修正模型。

步骤S430，根据设计要求，基于MEMS器件模型进行正向求解，得到设计要求对应的MEMS器件模型的输出参数。

具体的，一并结合图2，正向求解可以根据用户输入的设计要求，基于调用得到的MEMS器件理论模型或者MEMS器件修正模型，求解得到相应模型的输出参数，并将该输出参数作为设计输出返回给用户。

本实施方式提供的MEMS器件模型设计方法可以进一步为MEMS器件设计与制备提供有效指导。

本公开的另一个实施方式涉及一种MEMS器件模型设计方法，其流程如图5所示，包括：

步骤S510，接收用户输入的设计目标以及MEMS器件模型的类型。

步骤S520，基于MEMS器件模型的类型，从预设的模型库中调用对应的MEMS器件模型；其中，预设的模型库存储有预先采用上述实施方式所述的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型。

具体的，一并结合图2，按照建模数据基础的不同，模型库中存储的模型可以分为MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型。

MEMS器件理论模型以物理理论和数值仿真数据为建模数据基础，通过模型构建算法建立输入参数与输出参数之间的映射关系，同时还涵盖输入参数对输出参数的影响的输入权重。其中，模型构建算法可以对外部设计数据进行分析和筛选，基于外部设计数据训练得到参数化模型，形成输入参数与输出参数之间的映射关系。

MEMS器件修正模型在MEMS器件理论模型的基础上进行校准和修正，通过模型修正算法将实测数据和工艺信息与MEMS器件理论模型融合，能够预测器件实际性能。其中，模型修正算法用于支撑对MEMS器件理论模型的校准修正，将实测数据和工艺信息融合到MEMS器件理论模型中，以提高模型的精度和可信度，并需要批量测试数据或者成熟的加工工艺信息来支撑模型的迭代修正。

MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型均为参数化模型，蕴含器件的物理工作机制、输入参数与输出参数之间的映射关系，MEMS器件修正模型还融合了实际加工时工艺信息等。

在基于设计输入即用户输入中的MEMS器件模型的类型，从预设的模型库中调用对应的MEMS器件模型时，可以从模型库中调用的相应的MEMS器件理论模型或者MEMS器件修正模型。

步骤S530，根据MEMS器件模型中输入参数与输出参数之间的映射关系，采用逆向计算分析方法，确定满足设计目标的MEMS器件模型的输入参数；和/或，结合不同的工艺标准，确定满足设计目标的MEMS器件模型的实际性能评估结果和设计余量。

具体的，一并结合图2，逆向计算分析方法即逆向优化可以利用模型中输入参数与输出参数之间的映射关系，通过逆向计算分析比较，获得满足用户输入的设计目标的模型输入参数，将该模型输入参数作为设计输出返回给用户。同时，逆向优化还可以结合不同的工艺标准，给出相应模型对应器件的实际性能评估和设计余量。

本实施方式提供的MEMS器件模型设计方法可以进一步为MEMS器件设计与制备提供有效指导。

本公开的另一个实施方式涉及一种基于MEMS器件模型的系统仿真设计方法，其流程如图6所示，包括：

步骤S610，接收用户输入的设计要求以及系统协同设计中各功能单元分别对应的器件模型类型。

步骤S620，基于器件模型类型，从预设的模型库中调用对应的器件模型，器件模型包括MEMS器件模型及其他类型器件模型；预设的模型库存储有多种类型的器件模型，且其中的MEMS器件模型包括预先采用上述实施方式所述的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型。

具体的，一并结合图2，按照建模数据基础的不同，模型库中存储的MEMS器件模型可以分为MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型。

MEMS器件理论模型以物理理论和数值仿真数据为建模数据基础，通过模型构建算法建立输入参数与输出参数之间的映射关系，同时还涵盖输入参数对输出参数的影响的输入权重。其中，模型构建算法可以对外部设计数据进行分析和筛选，基于外部设计数据训练得到参数化模型，形成输入参数与输出参数之间的映射关系。

MEMS器件修正模型在MEMS器件理论模型的基础上进行校准和修正，通过模型修正算法将实测数据和工艺信息与MEMS器件理论模型融合，能够预测器件实际性能。其中，模型修正算法用于支撑对MEMS器件理论模型的校准修正，将实测数据和工艺信息融合到MEMS器件理论模型中，以提高模型的精度和可信度，并需要批量测试数据或者成熟的加工工艺信息来支撑模型的迭代修正。

MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型均为参数化模型，蕴含器件的物理工作机制、输入参数与输出参数之间的映射关系，MEMS器件修正模型还融合了实际加工时工艺信息等。

一并结合图2，步骤S620可以基于设计输入即用户输入中的各功能单元分别对应的器件模型类型进行模型调用，从预设的模型库中调用对应的器件模型即MEMS器件模型及其他类型器件模型。其中，这里的其他类型器件模型指的是非MEMS器件模型。

步骤S630，根据设计要求以及各器件模型，搭建系统仿真链路，求解所述MEMS器件模型的输出参数以及各所述器件模型组成的MEMS系统的输出参数，评估所述MEMS系统的性能和集成方案，并对所述MEMS器件模型的输入参数和输出参数进行实时调节。

具体的，一并结合图2，本实施方式涉及的系统仿真设计方法可实现系统协同设计仿真，通过选择系统中各功能单元分别对应的器件模型，搭建系统仿真链路，能够求解获得MEMS器件模型的输出参数以及系统的输出参数，评估系统性能和系统集成方案，将求解得到的输出参数以及系统性能和系统集成方案的评估结果作为设计输出返回给用户，兼容实现功能单元参数的实时调节。

本实施方式提供的基于MEMS器件模型的系统仿真设计方法，可以进一步为MEMS器件设计与制备以及系统协同设计提供有效指导。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。

Claims (8)

1.一种MEMS器件模型构建方法，其特征在于，所述MEMS器件模型构建方法包括：

以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重；其中，所述输入权重用于指示所述输入参数对所述输出参数的影响；

基于所述输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对所述MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型；

所述以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重，包括：

根据设计需求以及待设计的MEMS器件的工作原理，确定输入参数矩阵和输出参数矩阵；

根据所述理论计算，确定所述输入参数矩阵和所述输出参数矩阵之间的函数映射关系；

利用所述数值仿真计算对所述待设计的MEMS器件进行建模仿真，基于所述输入参数对应的多组数值，通过数值求解得到所述多组数值分别对应的所述输出参数的数值解；

对所述多组数值及其分别对应的所述数值解进行分析筛选，确定所述输入权重以及所述输入参数与所述输出参数之间的参数映射关系，建立参数化模型；

在所述参数映射关系与所述函数映射关系相符合时，将所述参数化模型作为所述MEMS器件理论模型；

所述基于所述输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对所述MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型，包括以下修正步骤：

根据所述输入权重，确定工艺控制参数，并结合所述工艺信息中的制备工艺规范，通过参数提取将工艺误差、残余应力、寄生电参量反馈至所述MEMS器件理论模型的所述输入参数中，对所述MEMS器件理论模型进行修正；

将所述实测数据中的输入数据输入修正后的所述MEMS器件理论模型，得到修正后的所述MEMS器件理论模型对应的修正输出数据；

将所述修正输出数据与所述实测数据中的输出数据进行比较，评估修正后的所述MEMS器件理论模型的精准度；

若所述精准度未达到预设要求，则基于所述修正步骤重新对修正后的所述MEMS器件理论模型进行迭代修正，直至得到的修正后的所述MEMS器件理论模型的精准度达到所述预设要求，将此时的修正后的所述MEMS器件理论模型作为所述MEMS器件修正模型；

所述输入参数包括设计参数、环境参数、工艺参数、激励参数中的至少一者；

所述输出参数包括性能指标、工艺评估信息中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的MEMS器件模型构建方法，其特征在于，所述MEMS器件模型构建方法还包括：

在进行所述参数提取时，基于稳定性达到预设稳定标准的工艺，采用批量测试数据或加工工艺信息作为支撑。

3.根据权利要求1或2所述的MEMS器件模型构建方法，其特征在于，

所述设计参数包括器件结构几何形状、尺寸、材料构成及属性、边界约束条件中的至少一者；

所述环境参数包括温度、湿度、压力、振动、光照、热辐射中的至少一者；

所述工艺参数包括工艺控制参数、制备工艺规范、工艺设计文件、工艺设计技术包中的至少一者；

所述激励参数包括电学、力学、光学、热学、声学、磁学的输入物理量中的至少一者。

4.根据权利要求1或2所述的MEMS器件模型构建方法，其特征在于，所述性能指标包括力学特性指标、电学特性指标、光学特性指标、热学特性指标、声学特性指标、磁学特性指标中的至少一者；

所述工艺评估信息包括光刻精度、刻蚀误差、对准精度、工艺控制参数中的至少一者，用于评估因加工误差所导致的器件性能偏差。

5.一种MEMS器件模型构建装置，其特征在于，所述MEMS器件模型构建装置包括：

理论模型构建模块，用于以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重；其中，所述输入权重用于指示所述输入参数对所述输出参数的影响；

工艺修正模块，用于基于所述输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对所述MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型；

所述理论模型构建模块，用于以理论计算和数值仿真计算为数据基础，采用模型构建算法，建立输入参数与输出参数之间的映射关系，确定MEMS器件理论模型以及输入权重，包括：

所述理论模型构建模块，用于根据设计需求以及待设计的MEMS器件的工作原理，确定输入参数矩阵和输出参数矩阵；根据所述理论计算，确定所述输入参数矩阵和所述输出参数矩阵之间的函数映射关系；利用所述数值仿真计算对所述待设计的MEMS器件进行建模仿真，基于所述输入参数对应的多组数值，通过数值求解得到所述多组数值分别对应的所述输出参数的数值解；对所述多组数值及其分别对应的所述数值解进行分析筛选，确定所述输入权重以及所述输入参数与所述输出参数之间的参数映射关系，建立参数化模型；在所述参数映射关系与所述函数映射关系相符合时，将所述参数化模型作为所述MEMS器件理论模型；

所述工艺修正模块，用于基于所述输入权重、工艺信息和实测数据，采用模型修正算法对所述MEMS器件理论模型进行工艺校准和修正，得到MEMS器件修正模型，包括：

所述工艺修正模块，用于执行以下修正步骤：根据所述输入权重，确定工艺控制参数，并结合所述工艺信息中的制备工艺规范，通过参数提取将工艺误差、残余应力、寄生电参量反馈至所述MEMS器件理论模型的所述输入参数中，对所述MEMS器件理论模型进行修正；将所述实测数据中的输入数据输入修正后的所述MEMS器件理论模型，得到修正后的所述MEMS器件理论模型对应的修正输出数据；将所述修正输出数据与所述实测数据中的输出数据进行比较，评估修正后的所述MEMS器件理论模型的精准度；若所述精准度未达到预设要求，则基于所述修正步骤重新对修正后的所述MEMS器件理论模型进行迭代修正，直至得到的修正后的所述MEMS器件理论模型的精准度达到所述预设要求，将此时的修正后的所述MEMS器件理论模型作为所述MEMS器件修正模型；

所述输入参数包括设计参数、环境参数、工艺参数、激励参数中的至少一者；

所述输出参数包括性能指标、工艺评估信息中的至少一者。

6.一种MEMS器件模型设计方法，其特征在于，所述MEMS器件模型设计方法包括：

接收用户输入的设计要求以及MEMS器件模型的类型；

基于所述MEMS器件模型的类型，从预设的模型库中调用对应的MEMS器件模型；其中，所述预设的模型库存储有预先采用权利要求1至4任一项所述的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型；

根据所述设计要求，基于所述MEMS器件模型进行正向求解，得到所述设计要求对应的所述MEMS器件模型的输出参数。

7.一种MEMS器件模型设计方法，其特征在于，所述MEMS器件模型设计方法包括：

接收用户输入的设计目标以及MEMS器件模型的类型；

基于所述MEMS器件模型的类型，从预设的模型库中调用对应的MEMS器件模型；其中，所述预设的模型库存储有预先采用权利要求1至4任一项所述的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型；

根据所述MEMS器件模型中输入参数与输出参数之间的映射关系，采用逆向计算分析方法，确定满足所述设计目标的所述MEMS器件模型的输入参数；和/或，结合不同的工艺标准，确定满足所述设计目标的所述MEMS器件模型的实际性能评估结果和设计余量。

8.一种基于MEMS器件模型的系统仿真设计方法，其特征在于，所述系统仿真设计方法包括：

接收用户输入的设计要求以及系统协同设计中各功能单元分别对应的器件模型类型；

基于所述器件模型类型，从预设的模型库中调用对应的器件模型，所述器件模型包括MEMS器件模型及其他类型器件模型；所述预设的模型库存储有多种类型的所述器件模型，且其中的所述MEMS器件模型包括预先采用权利要求1至4任一项所述的MEMS器件模型构建方法构建的MEMS器件理论模型和MEMS器件修正模型；

根据所述设计要求以及各所述器件模型，搭建系统仿真链路，求解所述MEMS器件模型的输出参数以及各所述器件模型组成的MEMS系统的输出参数，评估所述MEMS系统的性能和集成方案，并对所述MEMS器件模型的输入参数和输出参数进行实时调节。

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