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本科生培养

《微机电系统设计与应用》课程教学大纲

发布日期: 2020年11月04日 10:52

课程编号:02301306


课程名称:微机电系统设计与应用

英文名称:Design and Application for MEMS

课程类型:专业核心课

时:54 讲授课时:54

分:2.5

适用对象:电子科学信息与技术 本科生

先修课程:高等数学、大学物理、集成电路工艺

一、课程简介

本课程共分六个章节。内容涉及MEMS的组成与应用、MEMS功能材料、微机电制造技术、微机电执行器及微机电传感器、微机电系统设计和封装技术等,内容丰富详实,重点突出,紧密结合当前微机电系统技术,对电子信息类本科生掌握该领域前沿知识有很大的帮助,并为其日后进一步科研和工作打下坚实的理论基础。

二、课程性质、目的和任务:

目标:通过本课程的学习,是学生了解典型微电子机械系统基本原理,为微机电系统及相关领域的设计和研究提供必要的基础知识。

任务:本课程的主要内容包括:MEMS的组成与应用、MEMS功能材料、微机电制造技术、微机电执行器及微机电传感器、微机电系统设计和封装技术等七部分。通过对本课程的学习,学生将了解MEMS的基本概念、基本原理、主要加工工艺及基本的系统设计理念, 熟悉微电子机械系统中微传感器与微执行器等的结构。

三、教学要求:

1.了解MEMS的组成与应用;

2. 了解主要加工工艺及基本的系统设计理念;

3.熟悉典型MEMS执行器的工作原理及其结构特点;

4.熟悉典型MEMS传感器的工作原理及其结构特点。

四、教学内容及要求:

第一章 微机电系统的组成和应用 (6学时)

1 具体要求:了解MEMS的概念、发展现状。熟悉几种典型的MEMS产品及其应用

2 重点:MEMS的概念和应用。难点:MEMS 的概念

3 说明:本节内容使学生对MEMS有基本的了解。

第二章 微机电系统功能材料(讲课6学时)

了解常用的微机械电子系统功能材料的基本物理、化学性质,掌握针对特定功能的微型元器件设计时的功能材料选择方法。

第三章 微机械制造技术(讲课18学时)

了解微机械制造技术,包括硅微机械加工技术(化学腐蚀、离子刻蚀、薄膜生成技术等)、LIGA技术(LIGA技术、SLIGA技术)、特种精密加工技术、固相键合技术等。

第四章 微传感器(讲课9学时)

了解微传感器的基本物理效应,掌握压力微传感器、加速度微传感器、角速度微传感器(微陀螺)及热式温度微传感器等的基本工作原理及应用。

第五章 微执行器(讲课6学时)

了解微电机、微泵和微阀以及微驱动器的特点、作用原理、设计制造以及应用前景。

第六章 封装技术(3学时)

掌握封装技术的级别、主要封装工艺、封装材料,了解封装新技术。理解MEMS检测的一般方法,特别是微弱信号的检测与处理。了解MEMS测试最常用的检测方法。

第七章 微机电系统设计技术(3学时)

微机电系统设计实例

了解微系统的设计依据:设计约束、材料选择、制造工艺选择、信号变幻和转换、机电设计及封装。

以微压力传感器硅芯片的设计为例,对微机电系统的设计有初步的认识。


总结(机动3学时)

课外习题及课程讨论

通过习题及课程讨论巩固课堂所学内容。

六、教学方法和手段

教学方法:

1. 采用启发、探究型教学方式,激励学生自主学习,充分发挥学生的主观能动性。提出一些综合性的问题,然后引导学生加以分析,按设定条件一层层提出办法,使学生从中领会自学的思路,学会独立解决问题。

2. 以人为本因材施教,提高教学效果。根据学生程度不同,开展多层次教学。

3.鼓励“学生参与教学”。在教学中,有计划、按步骤的训练,帮助学生掌握正确的学习方法,使学生逐渐提高了独自获取新知识的能力,为以后的学习奠定了坚实的基础。

4. 加大科学思维能力,注重理论联系实际。注重理论联系实际,促进学生工程实践能力和创新能力的发展。通过实际科研课题的介绍和初步实践,达到提高学生分析问题和解决问题的能力。

教学手段:

1.每章安排适量习题,基本覆盖各主要知识点;

2. 在教学过程中针对普遍问题及知识重点和难点部分开设专门讨论课程;

3.不定期开展课外讨论活动。

七、各教学环节学时分配


教学环节

章节

讲课

习题课

讨论课

实验

其他

合计

第一章 MEMS的组成和应用

6

0

0

0

0

6

第二章 功能材料

6

0

0

0

0

6

第三章 微机械制造技术

18

0

0


0

18

第四章 微传感器

9

0

0

0

0

9

第五章 微机械执行器


6

0

0

3

0

6

第六章 封装技术

3

0

0

0

0

3

第六章 MEMS设计技术

3

0

0

0

0

3

总结

3

0

0

0

0

3

合计

54

0

0

18

0

54

八、考核方式

期末成绩占总评成绩的70%,平时考核占总评成绩的30%。

1.平时考核:作业+考勤;

2.期末考试:闭卷笔试,考试时间:120分钟;考试内容:掌握部分80%,熟悉、了解部分各10%。

期末成绩占总评成绩的70%,平时考核占总评成绩的30%。

九、推荐教材和教学参考书

教 材:

邱成军、曹姗姗、卜丹 编著. 微机电系统(MEMS)工艺基础与应用》,:哈尔滨工业大学出版社,20162

参考书:

SergeyEdwardLyshevski, MEMS_Nano and Microelectromechanical Systems, CRC Press,London, 2001

Nadim Maluf and Kirt Williams, An Introduction to MEMS Engineering,Artech House-2nd Edition, 2004

莫锦秋,梁庆华,汪国宝,王石刚 编著.《微机电系统设计与制造》 化学工业出版社,2004年3月

刘广玉,樊尚春,周浩敏.《微机械电子系统其应用》.北京航空航天大学出版社 2003年2月

王喆垚,《微系统设计与制造》,清华大学出版社,2008年

徐泰然(著),王小浩等(译),周兆英等(较).《MEMS和微系统-设计与制造》.机械工业出版社 2004年1月

田文超,《微机电系统(MEMS)原理、设计和分析》西安电子科技大学出版社,2009年6月

孙以材,庞冬青,《微电子机械加工系统(MEMS)技术基础》,冶金工业出版社,2009年3月


大纲制定人:张培玉

大纲审定人:向兵

 制定日期:2018-2-10