Curso de MEMS

Aula 1 • Introdução aos Conceitos de MEMS

Define MEMS, a sua escala e os domínios físicos que exploram. Ancora todos os tópicos subsequentes de fabrico e projeto.

Aula 2 • Materiais Utilizados em MEMS

Apresenta o silício, polímeros, metais e cerâmicas como materiais estruturais e funcionais dos MEMS. A escolha do material afeta diretamente o fabrico e o desempenho.

Aula 3 • Leis de Escala e Efeitos Físicos

Aborda como as forças físicas escalam com as dimensões do dispositivo e por que razão a miniaturização altera os fenómenos dominantes. Cria intuição para os compromissos de projeto.

Aula 4 • Classificação de Dispositivos MEMS

Examina sensores, atuadores e transdutores como categorias primárias de MEMS. Fornece uma taxonomia utilizada ao longo do curso.

Aula 1 • Fundamentos de Fotolitografia

Ensina a transferência de padrões da máscara para o substrato utilizando fotorresistes sensíveis à luz. A resolução da litografia define a dimensão mínima de característica alcançável.

Aula 2 • Métodos de Deposição de Filmes Finos

Aborda técnicas de deposição física e química em fase de vapor para o crescimento de camadas funcionais. A qualidade da deposição determina as propriedades elétricas e mecânicas do dispositivo.

Aula 3 • Colagem e Empilhamento de Wafers

Aborda a colagem por fusão, anódica e adesiva para criar estruturas MEMS multicamada. A colagem permite cavidades seladas e geometrias 3D complexas.

Aula 4 • Dopagem e Implantação Iónica

Explica como os dopantes modificam a condutividade do silício e criam elementos piezorresistivos. Os perfis de dopagem são críticos para a transdução do sensor.

Aula 5 • Ambiente e Segurança em Sala Limpa

Descreve as classificações de salas limpas, o controlo de contaminação e o manuseamento seguro de produtos químicos. A prática correta é um pré-requisito para todo o trabalho de fabrico.

Aula 1 • Desafios de Adesão e Libertação

Aborda as falhas de adesão durante e após a libertação húmida de estruturas suspensas. As técnicas de mitigação são essenciais para um fabrico de alto rendimento.

Aula 2 • Princípios de Microusinagem de Superfície

Apresenta a deposição e remoção seletiva de filmes finos acima do substrato para construir estruturas suspensas. Permite elementos mecânicos complexos em wafers padrão.

Aula 3 • Princípios de Microusinagem de Volume

Define a microusinagem de volume como a remoção seletiva de material do substrato para formar estruturas. Estabelece o contraste com as abordagens de superfície introduzidas posteriormente.

Aula 4 • Processos Combinados e de Alto Aspeto

Aborda os processos LIGA, HARM e fluxos de processo híbridos que estendem a capacidade geométrica para além da microusinagem padrão. As estruturas de alto aspeto permitem novos projetos de atuadores e sensores.

Aula 1 • Mecânica de Vigas e Membranas

Deduz as equações de deflexão e tensão para vigas em consola e membranas fixas. Estas geometrias aparecem na maioria dos sensores e atuadores MEMS.

Aula 2 • Projeto de Constante de Mola e Rigidez

Ensina o cálculo e ajuste da rigidez mecânica para a sensibilidade e gama desejadas. A rigidez define diretamente a resolução do sensor e os requisitos de força do atuador.

Aula 3 • Tensão, Deformação e Elasticidade em MEMS

Revê os fundamentos da mecânica do contínuo aplicados a estruturas de filme fino e microescala. Fornece a base analítica para todas as secções de projeto estrutural.

Aula 4 • Modos de Falha e Fiabilidade

Identifica mecanismos de falha por fadiga, fratura e fluência específicos de materiais à microescala. A análise de fiabilidade é necessária antes da qualificação do dispositivo.

Aula 1 • Transdução Ótica e Magnética

Apresenta a interferometria ótica, as redes de difração e a atuação por força de Lorentz como métodos de transdução alternativos. Expande o leque de ferramentas do projetista para aplicações especializadas.

Aula 2 • Transdução Piezorresistiva

Explica como a tensão mecânica altera a resistividade em silício dopado e filmes metálicos. Os sensores piezorresistivos são simples de interfacear e amplamente utilizados em sensores de pressão e força.

Aula 3 • Transdução Piezoelétrica

Aborda os efeitos piezoelétricos direto e inverso em filmes de PZT, AlN e ZnO. Os dispositivos piezoelétricos permitem a deteção autossuficiente e a atuação em alta frequência.

Aula 4 • Transdução Capacitiva

Deduz as relações entre capacitância e deslocamento para geometrias de placas paralelas e acionamento por pente. A deteção capacitiva domina os MEMS inerciais e de pressão devido ao baixo consumo e alta sensibilidade.

Aula 1 • Unidades de Medição Inercial (IMUs)

Integra acelerómetros e giroscópios em sistemas IMU multieixo com fusão de sensores. As IMUs são componentes centrais em navegação, robótica e dispositivos de consumo.

Aula 2 • Circuitos de Interface de Sensores

Liga as saídas dos sensores MEMS à eletrónica de leitura, incluindo amplificadores de carga e conversores sigma-delta. O projeto da interface determina o ruído e a gama dinâmica ao nível do sistema.

Aula 3 • Projeto de Sensor de Pressão

Deduz a deflexão da membrana sob pressão e mapeia-a para uma saída piezorresistiva ou capacitiva. Os sensores de pressão abrangem os mercados automóvel, médico e industrial.

Aula 4 • Sensores Ambientais e Químicos

Examina sensores de humidade, gás e caudal baseados em MEMS e os seus mecanismos de transdução. A deteção ambiental é um segmento em rápido crescimento impulsionado pela procura da IoT.

Aula 1 • Comutadores e Ressonadores MEMS de RF

Analisa comutadores MEMS de RF capacitivos e óhmicos e ressonadores acústicos de volume. Os MEMS de RF permitem front-ends sem fios reconfiguráveis e de baixas perdas.

Aula 2 • MEMS Óticos e Microespelhos

Projeta microespelhos acionados eletrostaticamente e eletromagneticamente para visualização e deteção. Os MEMS óticos são críticos em LiDAR, projetores e comutadores de fibra ótica.

Aula 3 • Princípios de Atuadores Eletrostáticos

Analisa atuadores eletrostáticos de placas paralelas e de acionamento por pente, incluindo o comportamento de pull-in. A atuação eletrostática é dominante em MEMS óticos e comutadores de RF.

Aula 4 • Projeto de Atuador Térmico

Aborda atuadores térmicos bimorfos e em chevron que convertem aquecimento Joule em deslocamento. Os atuadores térmicos fornecem grande força a baixa tensão.

Aula 1 • Embalagem a Vácuo e em Atmosfera Controlada

Explica materiais getter, selagem hermética e controlo da pressão da cavidade para dispositivos ressonantes. A embalagem a vácuo é essencial para MEMS inerciais e de RF de alto Q.

Aula 2 • Teste Elétrico e Funcional

Define estratégias de teste à wafer, ao die e final para dispositivos MEMS. O teste abrangente garante que as especificações de desempenho são cumpridas antes da expedição.

Aula 3 • Integração e Co-design ao Nível do Sistema

Aborda o co-design MEMS-ASIC, a integração em PCB e a verificação de desempenho ao nível do sistema. O co-design minimiza os parasitários e otimiza o ruído e a potência globais do sistema.

Aula 4 • Fundamentos de Embalagem de MEMS

Aborda abordagens de encapsulamento ao nível do die, da wafer e do sistema-em-embalagem para MEMS. A embalagem protege o dispositivo e define a sua interface com o exterior.