Laboratório de Dinâmica SEM 545 SEM 545 –– SISTEMAS ... · PDF file1...
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oUNIVERSIDADE DE UNIVERSIDADE DE SO PAULOSO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOSESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOSDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA
SEM 545 SEM 545 SISTEMAS MICROELETROMECNICOSSISTEMAS MICROELETROMECNICOS
Resp.: Paulo S. VarotoResp.: Paulo S. VarotoMarcelo A. TrindadeMarcelo A. Trindade
Laboratrio de DinmicaLaboratrio de Dinmica
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oOBJETIVOS DO CURSO OBJETIVOS DO CURSO
SEM 545SEM 545 tem como objetivos principais: Apresentar aspectos introdutrios de Projeto, Modelagem eFabricao de MEMS (MMicro-EElectro-MMechanical SSystems) Discutir aplicaes de MEMS no contexto da Eng. Mecatrnicacom especial ateno para os microsensores e atuadores. responder s perguntas:
o que so, como so projetados e fabricados?
Considera-se como requisitos fundamentais conhecimentos em:
Fundamentos da mecnica dos slidos (SET 183SET 183) Viso sistmica, modelagem e leis fsicas (SEM 533, 535, 172SEM 533, 535, 172) Bons conhecimentos em equaes diferenciais ordinrias, Laplace
autovalores e autovetores (SMA 304 e SMA 127SMA 304 e SMA 127 ) Ferramentas computacionais (MATLAB, MathCad, Ansys, etc. )
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oO QUE SO MEMS O QUE SO MEMS (ou (ou MicrosystemsMicrosystems))? ?
Integrao total de sensores, atuadores, processadores, controle, potncia em uma micro escala objetivando diminuio de custo, aumento de desempenho, miniaturizao de componentes e mquinas.
Aplicao em sensores, atuadores e micro componentes: - Sensores Inerciais - Sensores de Presso- Sistemas de micro posicionamento (espelhos) - Chaveamento ptico (switches) - RF MEMS
Princpios de Transduo - Mecnicos - Eletrostticos - Trmicos - Piezoeltrico - Fludico
1.94mm
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oO PAPEL DA ELETRNICA EM MEMS O PAPEL DA ELETRNICA EM MEMS
Aquisio e condicionamento de sinais
Molas eletrostticas
Reduo de rudo
Aumento de preciso na manufatura
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oREDUO DE RUDOREDUO DE RUDO
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oTOLERNCIAS DE FABRICAOTOLERNCIAS DE FABRICAO
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oELEMENTOS BSICOS DA ELETRNICA EM SENSORESELEMENTOS BSICOS DA ELETRNICA EM SENSORES
Interfaces Capacitivas- Aquisio de sinais - Gerao de esforos
Circuitos Capacitivos- Sensores de Posio - Exigncias de acuidade: sensvel a 10-18 F !
Ressonadores Mecnicos- Amplificadores mecnicos
Feedback- Melhoria de desempenho - Confere complexidade
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oVISO SISTMICA EM MEMS VISO SISTMICA EM MEMS
Mundo Real
TransdutoresMEMS
ProcessamentoDigital dos Sinais,Armazenamento,
Clculos
Sensor
Atuador
Mecnicoptico
FludicoTrmico
...
Sinais Eltricos
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oPROJETO DE MEMS PROJETO DE MEMS
Categorias de produtos:
Demonstrators: Components or systems intended to drive development or test concepts (usually related to fabrication technology) Research tools: mostly components, intended to enable research of perform a highly specialized task, such as a specific measurement (quantitative accuracy is required) Commercial produrct: Components and full systems intended for commercial manufacturing and sale. Precision and accuracy depend on the application.
Ciclo de desenvolvimento
Mercado: necessidade, tamanho, velocidade de crescimetno. Impacto: representa uma mudana de paradigma, ou abre caminhos?Tecnologia: existe a tecnologia necessaria para fabricar, montar, manipular?Processo de fabricao: custo/volume.
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Evoluo de mercado:
MEMS device / application 1996 2003
Inertial measurements: accel, gyros, 300-500 700-1400
Microfluidics: inkjet, mass flow, 400-500 3000-4450
Optics: optical switches, displays 20-40 440-950
Pressure measurements: automotive, medic, 400-800 1000-2000
RF devices: cell phone components, radar, 0 40-120
Others: microrelays, sensors, disk heads 500-1000 1200-2500
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oPROJETO DE MEMS PROJETO DE MEMS
Arquiteturado sistema
SubsistemasMEMS
Estrutura Fsica Dispositivo
ManufaturaCusto
Processo de Fabricao
Mtodo de Transduo
Outros Subsistemas
Aspectos de montagem
Detalhamentodo Projeto
Detalhamentodo Projeto
Requerim
entos
Cap
acid
ades
e L
imit
ae
s
Compromissos
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oEXEMPLOS (ATUADORES ELETROSTTICOS)EXEMPLOS (ATUADORES ELETROSTTICOS)
Comb Drive Single Crystal Silicon MicroActuators
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oEXEMPLOS (MOTOR VELOCIDADE/TORQUE)EXEMPLOS (MOTOR VELOCIDADE/TORQUE)
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oEXEMPLOS (MICROESPELHO PISOTEADO)EXEMPLOS (MICROESPELHO PISOTEADO)
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oEXEMPLOS (TRANSMISSO DE TORQUE)EXEMPLOS (TRANSMISSO DE TORQUE)
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oEXEMPLOS (MICROENGRENAGENS)EXEMPLOS (MICROENGRENAGENS)
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oEXEMPLOS (HYDROPHOBIC ACTUATORS)EXEMPLOS (HYDROPHOBIC ACTUATORS)
Silicon Chiplet on Hydrophobic Binding Site Immersed in Water
Hydrophilic PZT chip on Hydrophobic Substrate
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oESCOPO E CONTEDO ESCOPO E CONTEDO
A disciplina SEM 545 apresenta o seguinte contedo
Introduo
Reviso de conceitos bsicos - Sistemas mecnicos - Mecnica dos slidos- Transferncia de calor- Mecnica do fluidos - Eletromagnetismo
Princpios de Transduo e Atuao - Sistemas trmicos- Sistemas termo-elsticos- Sistemas eletrostticos - Sistemas magnticos - Sistemas fludicos
Fabrio de MEMS - Materiais - Processos de fabricao
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Pelesko, J. A., Bernstein, D. H., Modeling MEMS and NEMS, Chapman & HallCRC, 2003. (disponvel na EESC)
Senturia, S. D., Microsystem Design, Kluwer, 2001.
Artigos Selecionados
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Pr o fs. Ma r c e l o,Pr o fs. Ma r c e l o, Va r o t oVa r o t o ee L e o p o l d oL e o p o l d oCRITRIO DE AVALIAO CRITRIO DE AVALIAO
O critrio de avaliao de SEM545 ser composto de:
Exerccios distribudos ao longo do semestre (E)
Uma prova no final do semestre (Pr) => 18/06/2007
MEMS Symposium (Sm) com participao obrigatria
100Pr40Sm35E25
Mdia++=