洞察基于ABAQUS的复合薄膜热结构有限元分析

宝颜制造

轴加速度传感器是汽车电子和消费类电子产品市场发展的一个重要方向，有着巨大的市场份额。目前，娱乐系列消费类电子产品(如P，P，SPS3，W等)都应用了加速度传感器作为动作操控和接收装置。在W和PS3中，加速度传感器可以灵敏地感测游戏者的动作，并将其转换为游戏中的虚拟人物、物品或交通工具的动作和状态等，并显示在画面中。P和P中的加速度传感器则可以根据用户的动作而相应地对菜单进行操作。加速度传感器在飞机导航系统中广泛应用，它对GPS卫星信号现定位，配合陀螺仪或电子罗盘等元件一起可创建方位推算系统，对GPS系统现互补性应用。此外，轴加速度传感器在硬盘抗冲击防护、子计步器和数码相机的防抖等方面也得到了应用。本文以热对流轴加速度传感器为研究对象，在已取得的研究成果基础上，针对器件设计和制造中所涉及的关键问题展开研究，重点分析多层复合半导体薄膜悬臂梁在温度场和应力场以及二者的耦合场作用下的形变机制。有限元分析的具体问题可以到我们网站了解一下，也有业内领域专业的客服为您解答问题，为成功合作打下一个良好的开端！http://www.nataid.com/

有限元分析基于ABAQUS的半导体硅基复合薄膜弯曲悬臂梁热结构分析是一个复杂过程，因此，对该过程进行数值模拟分析时，有必要做出某些近似和假设。在做热结构分析的过程中，对弯曲悬臂梁挠度变化进行研究时，应做以下两点基本假设：1)多晶硅腔壁绝热，器件各部分的材料匀质且各向同性；2)空气与低应力S3N4和SO2薄膜的热交换系数为一固定值。

半导体硅基复合薄膜弯曲悬臂梁的维有限元是在ABAQUSE软件平台上建立的，有限元模型参数是根据设计体器件所提供的数据简化而来，有限元模型如图1所示(图中上盖已经被隐藏，这样可以显示内部结构，且垂直于腔体平面向上的为Z轴正方向)。

腔体材料是多晶硅，用来固定悬臂梁一端和保温绝热，不参与结果讨论，所以，将它定义为刚体。双层悬臂梁的下层是S3N4，杨氏模量E1=226GP，密度1=3441033，泊松比1=024，与空气的热交换系数1=001W(K)，热膨胀系数1=2110-6K，比热C1=071J(K)，悬臂梁的上层是SO2，杨氏模量E2=75GP，密度2=221033，泊松比2=017，与空气的热交换系数2=002W(K)，热膨胀系数2=0510-6K，比热C2=0966J(K)，腔体中的填充气体为空气，密度为2=1293，对流换热系数为2=0025W(K)。

格划分是通过布置种子来控制格密度的，种子的近似全局尺寸设置为001，格的单元属性设置为六面体，划分技术为结构化格划分，设定算法为中性轴算法，有限元模型格划分如图所示。仿真模型中各个部件的接触均定义为摩擦面接触。

在际工作中，水平悬臂梁两端是被固定的，在Z轴方向上不会发生挠度变形，所以，不作讨论。弯曲悬臂梁有限元模型的格划分一端被固定在腔壁中，所有方向的自由度被限制住，另一端自由，当弯曲悬臂梁受物理场作用时，需要考虑弯曲悬臂梁的挠度情况。当物理场作用在悬臂梁上时，要在相应的分析步中加载对应的物理量，比如：当有加速度作用在悬臂梁上时，需要在加速度分析步中加载加速度；当温度场作用在悬臂梁上时，需要在温度分析步中加载温度；当加速度和温度场的耦合场一同作用在悬臂梁上时，则需要在加速度分析步和温度分析步中分别加载加速度和温度，便可得到作用在悬臂梁上的耦合物理场。