Curso de MEMS

Aula 1 • Introdução aos Conceitos de MEMS

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

Aula 2 • Materiais Usados em MEMS

Apresenta silício, polímeros, metais e cerâmicas como materiais estruturais e funcionais para MEMS. A escolha do material afeta diretamente a fabricação 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 a miniaturização altera os fenômenos dominantes. Constrói a intuição para os trade-offs de projeto.

Aula 4 • Classificação de Dispositivos MEMS

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

Aula 1 • Fundamentos de Fotolitografia

Ensina a transferência de padrões da máscara para o substrato usando fotorresistes sensíveis à luz. A resolução da litografia define o tamanho mínimo de recurso alcançável.

Aula 2 • Métodos de Deposição de Filmes Finos

Aborda técnicas de deposição física e química 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 de múltiplas camadas. A colagem permite cavidades seladas e geometrias 3D complexas.

Aula 4 • Dopagem e Implantação Iônica

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

Aula 5 • Ambiente de Sala Limpa e Segurança

Descreve as classificações de salas limpas, o controle de contaminação e o manuseio seguro de produtos químicos. A prática adequada é pré-requisito para todo trabalho de fabricação.

Aula 1 • Desafios de Stiction e Liberação (Release)

Aborda as falhas de adesão durante e após a liberação úmida de estruturas suspensas. As técnicas de mitigação são essenciais para a fabricação 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 apresentadas posteriormente.

Aula 4 • Processos Combinados e de Alta Razão de Aspecto

Aborda os processos LIGA, HARM e fluxos híbridos que estendem a capacidade geométrica além da microusinagem padrão. Estruturas de alta razão de aspecto permitem novos projetos de atuadores e sensores.

Aula 1 • Mecânica de Vigas e Membranas

Deriva as equações de deflexão e tensão para vigas em balanço e membranas fixadas. Essas geometrias aparecem na maioria dos sensores e atuadores MEMS.

Aula 2 • Projeto de Constante de Mola e Rigidez

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

Aula 3 • Tensão, Deformação e Elasticidade em MEMS

Revisa os fundamentos da mecânica do contínuo escalados para estruturas de filmes finos e microescala. Fornece a base analítica para todas as seções de projeto estrutural.

Aula 4 • Modos de Falha e Confiabilidade

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

Aula 1 • Transdução Óptica e Magnética

Apresenta a interferometria óptica, grades de difração e atuação por força de Lorentz como métodos alternativos de transdução. Expande o kit de ferramentas do projetista para aplicações especializadas.

Aula 2 • Transdução Piezoresistiva

Explica como a tensão mecânica altera a resistividade em silício dopado e filmes metálicos. Sensores piezoresistivos são simples de interfacear e amplamente usados em sensoriamento de pressão e força.

Aula 3 • Transdução Piezoelétrica

Aborda os efeitos piezoelétricos direto e inverso em filmes de PZT, AlN e ZnO. Dispositivos piezoelétricos permitem sensoriamento autoalimentado e atuação em alta frequência.

Aula 4 • Transdução Capacitiva

Deriva as relações capacitância-deslocamento para geometrias de placas paralelas e acionamento por pente (comb-drive). O sensoriamento capacitivo domina os MEMS inerciais e de pressão devido ao baixo consumo e alta sensibilidade.

Aula 1 • Unidades de Medição Inercial (IMUs)

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

Aula 2 • Circuitos de Interface de Sensores

Conecta as saídas dos sensores MEMS à eletrônica de leitura, incluindo amplificadores de carga e conversores sigma-delta. O projeto da interface determina o ruído e a faixa dinâmica em nível de sistema.

Aula 3 • Projeto de Sensor de Pressão

Deriva a deflexão da membrana sob pressão e a mapeia para uma saída piezoresistiva ou capacitiva. Os sensores de pressão abrangem os mercados automotivo, médico e industrial.

Aula 4 • Sensores Ambientais e Químicos

Examina sensores MEMS de umidade, gás e fluxo e seus mecanismos de transdução. O sensoriamento ambiental é um segmento em rápido crescimento, impulsionado pela demanda da IoT.

Aula 1 • Chaves e Ressonadores MEMS de RF

Analisa chaves MEMS de RF capacitivas e ôhmicas e ressonadores acústicos de volume. Os MEMS de RF permitem front-ends sem fio reconfiguráveis e de baixa perda.

Aula 2 • MEMS Ópticos e Microespelhos

Projeta microespelhos acionados eletrostaticamente e eletromagneticamente para exibição e sensoriamento. Os MEMS ópticos são essenciais em LiDAR, projetores e chaves de fibra óptica.

Aula 3 • Princípios de Atuadores Eletrostáticos

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

Aula 4 • Projeto de Atuador Térmico

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

Aula 1 • Empacotamento a Vácuo e em Atmosfera Controlada

Explica materiais getter, selagem hermética e controle de pressão de cavidade para dispositivos ressonantes. O empacotamento a vácuo é essencial para MEMS inerciais e de RF de alto Q.

Aula 2 • Teste Elétrico e Funcional

Define estratégias de teste em nível de wafer, de die e final para dispositivos MEMS. Testes abrangentes garantem que as especificações de desempenho sejam atendidas antes do envio.

Aula 3 • Integração em Nível de Sistema e Co-Projeto

Aborda o co-projeto MEMS-ASIC, a integração em PCB e a verificação de desempenho em nível de sistema. O co-projeto minimiza parasitas e otimiza o ruído e o consumo geral do sistema.

Aula 4 • Fundamentos de Empacotamento MEMS

Aborda abordagens de encapsulamento MEMS em nível de die, nível de wafer e sistema-em-pacote. O empacotamento protege o dispositivo e define sua interface com o mundo externo.