[发明专利]考虑工艺误差下基于可靠性的MEMS器件参数的配置方法

说明书

本发明公开了考虑工艺误差下基于可靠性的MEMS器件参数的配置方法，通过计算机辅助设计的算法优化MEMS器件的参数，属于计算、推算、计数的技术领域。该方法根据随机配点法在不同阶数下所需要消耗的时间以及相应的精度选取合适阶数，根据每阶网格点对应范围长度构建随机生成各阶网格点的多个基函数，以每一个网格点上多目标函数与拟合函数的差值为所有基函数乘积的权重，以多维基函数加权和的增量函数为递推下一阶拟合函数的增量，通过多次递推得到显示表达式形式的器件性能函数，利用NSGA‑II算法确定器件性能函数的最优解，能够快速、高效地得到性能偏移量小、方差小、符合可靠性等条件的一组参数配置。

技术领域

本发明公开了考虑工艺误差下基于可靠性的MEMS器件参数的配置方法，通过计算机辅助设计实现MEMS器件的参数设计，属于计算、推算、计数的技术领域。

背景技术

在微加工工艺制造的过程中，加工工艺类型、工艺条件的不同会导致器件实际尺寸与设计值、器件与器件之间产生工艺的不确定性，即工艺误差，无法得到设计值下的MEMS器件。工艺误差的来源一般有三种：由于光刻工艺和腐蚀工艺引起的平面尺寸的变化，由对准引起的平面位移的偏移，以及，由薄膜或者衬底厚度变化引起的垂直尺寸的变化。同时，微加工工艺也会导致器件材料属性不确定，材料杨氏模量、残余应力这类无法直接测量得到的不确定因素也是在MEMS稳健设计中需要重点考虑的对象。

因为器件本身复杂的物理结构，这些不确定性因素对于器件性能的影响绝不是简单的线性影响，因此，不确定性因素不仅导致了器件精度性的大大下降还导致了器件关键性能参数的偏移以及不稳定，进而使得良品率下降。因此，了解并量化不确定性因素对器件关键性能参数的影响并依此优化MEMS器件设计成为MEMS设计中亟待解决的关键问题。

针对工艺偏差影响MEMS器件性能和成品率甚至导致器件性能不能满足要求或失效的问题，将传统稳健设计和可靠性设计相结合得到一种在满足可靠性约束的同时寻找到性能指标优异、不确定性影响小的多目标优化方法。通过该方法对MEMS器件性能进行多目标优化，可以得到使得MEMS器件性能分布集中的设计参数配置。目前，关于这一方面的研究不多，也比较基础。多数为针对单一变量或多数变量的性能参数分析，而对于通过性能分析进一步优化设计参数的方案更是少之又少。因此，目前还没有的一种在考虑工艺误差和可靠性约束的MEMS器件稳态设计优化方法。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了考虑工艺误差下基于可靠性的MEMS器件参数的配置方法，快速、便捷地得到在器件性能上表现优异的参数配置，解决了工艺误差导致MEMS器件性能偏移的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本发明利用基于可靠性的稳态设计进行设计参数下MEMS器件性能的优化。根据器件定义相应的输入输出参数，使用稀疏网格配点法处理MEMS器件的性能函数。综合考虑了器件性能的偏移、不确定性以及可靠性约束等多目标函数，并利用NSGA-II算法对其进行优化得到最优的参数配置。本方法的具体步骤如下：

(1)根据具体器件对器件的参数进行敏感度分析得到每一个参数对于主要性能影响的百分比。根据百分比选出对于性能影响最大的一系列参数。以此为基础，定义设计参数和不确定参数，不确定参数统一为独立变量，服从不同均值和方差的高斯分布。

(2)根据具体器件定义输出参数，即多目标函数，包括性能的偏移和不确定性、可靠性约束(罚函数)等。性能的偏移可用均值与目标值之间的差值表示，而不确定性导致的概率分布离散程度可用方差表示。可靠性约束可用性能在目标值±5％的范围内的概率大于一定值表示，若可靠性约束没有达到要求，则罚函数为0；若达到要求，则等于1。