МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В г. ТАГАНРОГЕ
«СОГЛАСОВАНО» Председатель методической комиссии ___________________________ ___________________________ «____»____________2011/12 учеб. год | «УТВЕРЖДАЮ» Декан факультета электроники _________________ ____________________________ «____»___________2011/12 учеб. год |
Образовательная профессиональная программа (ОПП)
«Микроэлектроника и твердотельная электроника»
Факультет электроники и приборостроения
Выпускающая кафедра по ОПП технологии микро - и наноэлектронной аппаратуры
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины «Специальные разделы физики»
_________________________________________________________
Кафедра конструирования электронных средств (КЭС)
Форма обучения очная Срок обучения 1 семестр
Технология обучения _________________________________________ Курс 2 Семестр 3
Академические часы 140 | Зачетные единицы 5 | ||||||
Учебных занятий | - | 150 час. | Учебных занятий | - | 100 балл. | ||
Из них: лекций практических лабораторных самостоятельных индивидуальных | - - - - - | 36 час. 36 час. 0 час. 60 час. 18 час. 0 час. | Из них: лекций практических лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа | - - - - - | 60 балл. 40 балл. 0 балл. 0 балл. 0 балл. 0 балл. | ||
Промежуточный рейтинг-контроль (зачет) | Промежуточный рейтинг-контроль (зачет) | ||||||
Итоговый рейтинг-контроль (экзамен) | 3 семестр | Итоговый рейтинг-контроль (экзамен) | 3 семестр |
Таганрог 2011 г.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями
Государственного образовательного стандарта Российской Федерации
образовательной профессиональной программы (ОПП)
«Электроника и микроэлектроника»
________________________________________________ индекс
Составители:
Должность | Уч. степень | Звание | Ф. И.О. | Подпись |
Доцент | к. т.н. | доцент | ||
Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры ____________ конструирования электронных средств
(название кафедры разработчика программы дисциплины)
_________________________ Зав. кафедрой __________________
Согласовано с другими кафедрами и (или) структурными подразделениями:
(заполняется при необходимости)
Название структурного подразделения | Подпись | Ф. И.О. руководителя |
Кафедра технологии микро - и наноэлектронной аппаратуры | ||
1. МЕСТО, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ,
реализуемой в университете
1.1. Место дисциплины в реализации основных задач образовательной профессиональной программы (ОПП).
Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области базовых принципов функционирования и конструирования механических и электромеханических элементов и устройств, реализуемых на микроуровне.
Теоретическое и практическое изучение элементной базы микроэлектромеханических систем (МЭМС), принципов ее работы и математических моделей с использованием современных программных средств и среды программирования MATLAB позволяет студентам овладеть базовым знаниями для решения основных задач ОПП в экспериментально-исследовательской и проектно-конструкторской профессиональной деятельности.
1.2. Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по данной ОПП.
Изучение элементной базы интегральных МЭМС, принципов ее работы и математических моделей, а также изучение среды программирования MATLAB, одной из самых популярных среди инженеров в области моделирования различных физических эффектов, в полной мере отражают образовательные интересы личности обучающихся студентов в области экспериментально-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности по данной ОПП.
Разработанные оригинальные методики преподавания дисциплины, учебные и учебно-методические пособия, комплекс примеров расчетов микромеханических компонентов и контрольных заданий обеспечивают эффективную реализацию образовательных интересов личности обучающихся студентов в области экспериментально-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности по данной ОПП.
1.3. Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета данной ОПП.
Теоретическое и практическое изучение современных проблем в области разработки и исследования микроэлектромеханических систем создает условия для тесной связи студентов с предприятиями-заказчиками уже на ранних стадиях обучения и, таким образом, позволяет в полной мере удовлетворить требования заказчиков по данной ОПП.
1.4. Знания каких учебных дисциплин должны предшествовать изучению дисциплины в данной ОПП
Курс «Микроэлектромеханика» разработан для студентов третьего курса, прошедших подготовку по следующим дисциплинам: «Высшая математика», «Физика».
1.5. Для изучения каких дисциплин будет использоваться материал дисциплины при реализации рассматриваемой ОПП.
Знания и практические навыки, полученные студентами при изучении дисциплины «Микроэлектромеханика», будут использованы при изучении следующих дисциплин: «Компоненты микросистемной техники», «Микрооптика», «Микроэлектронная сенсорика», «Проектирование микросистем», «Сенсорные микросистемы».
1.6. Цель преподавания дисциплины
Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области базовых принципов функционирования и конструирования механических и электромеханических элементов и устройств, реализуемых на микроуровне.
1.7. Задачи изучения дисциплины
В результате изучения дисциплины учащиеся должны:
- знать физические принципы, эффекты и процессы, лежащие в основе функционирования микромеханических и микроэлектромеханических систем, особенности их проявления в условиях элементов с микронными размерами;
- знать основные методы и алгоритмы расчета микроэлектромеханических систем с учетом условий реализации и границ применения;
- уметь использовать программное обеспечение MATLAB для расчета МЭМС.
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА.
2.1. Лекционные занятия
2.1.1. Темы лекций
2.1.1.1. Введение – 2 часа.
Основные тенденции развития микроэлектромеханических систем (МЭМС). Проблемы, связанные с разработкой и моделированием микромеханических систем.
2.1.1.2. Технологии изготовления микроэлектромеханических систем – 4 часа.
Рассмотрены маршруты изготовления МЭМС в рамках технологий объемной / поверхностной микромеханической обработки, LIGA-технологии, MUMPs-технологии и SUMMiT-технологи. Приведены их достоинства и недостатки. Характеристики слоев.
2.1.1.3. Основные виды микромеханических элементов. Механические свойства материалов микросистем. Диаграмма растяжения – 2 часа.
Рассмотрены виды элементов МЭМС. Типы балок и пластин. Особенности их математических моделей. Механические свойства структурных материалов. Диаграмма растяжений.
2.1.1.4. Тензор деформации. Тензор напряжения. Закон Гука – 4 часа.
Вывод тензоров механического напряжения и деформации. Закон Гука. Обобщенный закон Гука. Модуль Юнга. Модуль сдвига. Коэффициент Пуассона.
2.1.1.5. Уравнение движения микромеханических элементов – 6 часов.
Момент инерции сечения упругих элементов. Коэффициент жесткости. Коэффициент жесткости последовательно и/или параллельно соединенных упругих элементов. Угловой коэффициент жесткости. Понятия обобщенных координат, скоростей и сил. Принцип наименьшего действия. Принцип относительности Галилея. Собственная / резонансная частота МЭМС. АЧХ и ФЧХ. Добротность. Явление резонанса. Свободные одномерные колебания. Вынужденные колебания. Колебания систем со многими степенями свободы. Вынужденные колебания при наличии трения.
2.1.1.6. Основные виды внешних нагрузок. Законы классической электромеханики – 4 часа.
Виды внешних нагрузок. Статическая нагрузка. Линейные ускорения. Полигармонические нагрузки. Ударное воздействие. Первый, второй и третий закон электромеханики.
2.1.1.7. Классификация электромеханических преобразователей. Электростатический принцип активации МЭМС – 4 часа.
Классификация исполнительных устройств (актюаторов) МЭМС. Электростатические актюаторы: конструкция, принцип работы, математическая модель.
2.1.1.8. Микроэлектромеханические преобразователи с термоактивацией – 4 часа.
Термоактюаторы: конструкция, принцип работы, математическая модель.
2.1.1.9. Электромагнитный принцип активации МЭМС – 2 часа.
Электромагнитные актюаторы: конструкция, принцип работы, математическая модель.
2.1.1.10. Пьезоэлектрический принцип активации МЭМС – 2 часа.
Пьезоэлектрические преобразователи: конструкция, принцип работы, математическая модель.
2.1.1.11. Заключение – 2 часа.
2.1.2. Основная литература
2.1.2.1. , , . Сопротивление материалов: Учеб. Для вузов.- М.: Высшая школа, 199с.
2.1.2.2. , , . Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов / Под ред. .- М.: Радио и связь, 198с.
2.1.2.3. ВЧ МЭМС и их применение.– М.: Техносфера, 2004.– 528с.
2.1.2.4. Прочность элементов микроэлектронной аппаратуры / , , .- М.: Радио и связь, 199с.
2.1.2.5. Механика и теория относительности.– М.:ОНИКС,2003.– 432с.
2.1.2.6. , , . Механика машин, механизмов и приборов. Информационно-справочное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 200с.
2.1.3. Дополнительная литература
2.1.3.1. , Лысенко основы микросистемной техники. Учебное пособие.– Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004.– 54 с.
2.1.3.2. . Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т.1. Механика. Молекулярная физика.- 3-е изд., испр.- М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 198с.
2.1.3.3. Журнал «Нано - и микросистемная техника».
2.2. Лабораторные занятия
Не предусмотрено.
2.3. Практические занятия
2.2.1. Расчет перемещения, совершаемого консольной балкой под действием внешней силы – 6 часов.
2.2.2. Расчет перемещения, совершаемого консольной балкой электростатического актюатора – 6 часов.
2.2.3. Расчет изменения линейных размеров балки под действием внешних сил – 6 часов.
2.2.4. Расчет динамических характеристик микромеханической системы – 6 часов.
2.2.5. Расчет изменения линейных размеров балки под действием температуры – 6 часов.
2.2.6. Расчет перемещения П-образного актюатора– 6 часов.
2.4. Индивидуальные занятия
2.4.1. Расчет перемещения консольной балки– 2 часа.
2.4.2. Расчет угла поворота торсионной балки– 2 часа.
2.4.3. Расчет отклонения мембраны под действием внешней силы – 2 часа.
2.4.4. Расчет собственной частоты микроэлектромеханической системы – 2 часа.
2.4.5. Расчет амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик МЭМС – 4 часа.
2.5. Курсовое проектирование
Не предусмотрено.
Разработчик программы:
– кандидат технических наук, доцент кафедры КЭС.
