MEMS Module
Neue Anwendung: „MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling“
Um MEMS-Bausteine in Mikroelektronikschaltkreise integrieren zu können, werden sie auf Leiterplatten gebondet und mit anderen Bauelementen verbunden. Der gesamte Schaltkreis wird anschließend oft mit Epoxid überzogen, um die Bauelemente und deren Verbindungsleitungen mit der Platine zu schützen. Die Epoxidpolymere solcher Platinen nehmen Feuchtigkeit auf und unterliegen einem hygroskopischen Aufquellen. Das Aufquellen kann zum Lösen des Epoxids von der Platine sowie zu Fehlfunktionen in MEMS-Komponenten führen.
Mit dieser Anwendung können Sie die Drift simulieren, die aufgrund der gemessenen Beanspruchung durch hygroskopisches Aufquellen bei einem MEMS-Drucksensor auftritt, der einer feuchten Umgebung ausgesetzt ist. Die Anwendung unterstützt Sie dabei, die erforderliche Empfindlichkeit zu erzielen und die Drift zu minimieren. Sie können geometrische Parameter, Materialeigenschaften des Epoxids und die Umgebungsbedingungen festlegen.
Die Anwendung nutzt die Interfaces Transport verdünnter Spezies, Festkörpermechanik und Schale von COMSOL Multiphysics®.
Die Anwendung zur Ermittlung der MEMS-Drucksensordrift aufgrund von hygroskopischem Aufquellen – dargestellt werden die Simulationsergebnisse für die Drucksensorstabilität.
Materialmodelle aus extern programmierten Bibliotheken
COMSOL Multiphysics Version 5.2 bietet eine neue Methode zur Festlegung von benutzerdefinierten Materialmodellen. Sie können nun auf externe Materialfunktionen zugreifen, die in C-Code geschrieben sind und in einer gemeinsam genutzten Bibliothek kompiliert wurden. Sie können auch Materialfunktionen nutzen, die in einer anderen Programmiersprache geschrieben wurden, indem Sie eine Gateway-Funktion in C-Code schreiben. Auf diese Weise können Sie Ihre eigenen Materialmodelle programmieren und sie als Add-ons verteilen.
Hinzufügen einer „External Stress-Strain Relation“ (Externe Spannungs-Dehnungs-Beziehung) als Material für bestimmte Bereiche.
Die Externe Spannung-Dehnungs-Beziehung kann vollständig mit der externen Bibliothek definiert werden, oder die Bibliothek liefert einen Beitrag zur unelastischen Dehnung an die verfügbaren Materialmodelle. Die ausschließliche Anwendung eines Beitrags zur unelastischen Dehnung stellt eine leistungsfähige Methode dar. Die Methode ermöglicht die Implementierung von Materialien, die den integrierten Materialmodellen ähnlich sind, die als Unterknoten unter dem Knoten Linear elastiches Material verfügbar sind, z. B. Kriechverhalten und Plastizität. Die vollständige Spannung-Dehnungs-Beziehung entspricht dagegen dem Materialmodell eines übergeordneten Materialknotens, z. B. dem Materialmodell Cam-Clay. Mit dem Knoten wird das Materialmodell von Grund auf definiert.
Die beiden neuen Funktionen sind im Interface Festkörpermechanik verfügbar und bieten die folgenden neuen Optionen: Das Materialmodell Externe Spannungs-Dehnungs-Beziehung und den Unterknoten Externe Dehnung unter dem Knoten Linear elastisches Material.
Die vom Benutzer definierbaren Optionen in beispielsweise den Knoten Hyperelastisches Material, Plastizität und Kriechen ermöglichen Ihnen die einfache Definition von eigenen Materialmodellen. Diese Optionen unterliegen jedoch einigen Einschränkungen.
Kontakt mit kleinen relativen Verschiebungen
COMSOL Multiphysics Version 5.2 bietet eine neue Methode, mit der die Abstände innerhalb von Kontaktpaaren mit wenig Aufwand berechnet werden können. Sie können diese Methoden anwenden, wenn die Kontaktflächen kaum aufeinander gleiten, z. B. bei einer Schrumpfpassung oder bei zwei zusammengeschraubten Teilen. Die Zuordnung zwischen der Quelle und dem Ziel wird nur einmal berechnet, wodurch schneller eine Konvergenz erzielt werden kann und die Konvergenz besser ist. Um diese Methode anwenden zu können, stellen Sie die Zuordnungsmethode im Einstellungsfenster für das Kontaktpaar auf Anfangskonfiguration ein.
Anpassung des Anfangskontaktabstands
Bei der Finite-Elemente-Diskretisierung von gekrümmten Rändern kann es vorkommen, dass der Anfangsabstand zwischen zwei Rändern in einem Kontaktpaar wahrnehmbare Unregelmäßigkeiten aufweist. Dieses Problem kann nun beseitigt werden, indem der Anfangsabstand berechnet wird. Dieser Anfangsabstand wird in der nachfolgenden Analyse subtrahiert, wenn Sie im Einstellungsfenster Kontakt im Interface Festkörpermechanik das Kontrollkästchen Erzwinge einen Anfangsabstand von Null aktivieren.
Spannungen, die von der Schrumpfpassung zwischen dem Lenkrohr und dem Kopf einer Gabel eines Fahrrads verursacht werden (stammt vom Übungsmodell für eine Mountainbike-Gabel).
Eingeben einer vollständigen Massenmatrix in „Hinzugefügte Masse“
Die Funktion Hinzugefügte Masse wurde erweitert und ermöglicht nun die Eingabe einer vollständigen Massenmatrix.
Einbeziehung der thermoelastischen Dämpfung
Bei der Multiphysik-Kopplung Thermische Ausdehnung können Sie nun festlegen, ob bei einem Wärmeübertragungsproblem die Zeitableitung der Spannungen als Wärmequelle dienen soll. Indem das neue Kontrollkästchen Thermoelastische Dämpfung aktiviert wird, wird bei der Lösung einer zeitabhängigen Aufgabe eine Zweiwegkopplung hergestellt.
Interpretation der vorgegebenen Geschwindigkeit/Beschleunigung bei stationären Analysen
Wenn in einem Modell der Knoten Vorgegebene Geschwindigkeit oder Vorgegebene Verschiebung vorhanden ist, können Sie definieren, wie diese Randbedingungen bei stationären Analysen interpretiert werden sollen. Diese können entweder als beschränkt oder frei (werden ignoriert) festgelegt werden. Diese Festlegung ist insbesondere bei Modellen und Anwendungen mit mehreren verschiedenen Analysetypen (zeitabhängige, stationäre und Frequenzbereichsanalysen) sinnvoll.
