программу - Нано- и микросистемная техника

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УТВЕРЖДАЮ
Начальник Управления образовательных
программ и стандартов высшего и среднего
профессионального образования
___________________ Г.К. Шестаков
«____» _____________ 2000 г.
ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОСИСТЕМ»
Рекомендуется Минобразованием России для специальности
201900 – «МИКРОСИСТЕМНАЯ ТЕХНИКА»
направления подготовки дипломированного специалиста
654100 ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
2
1. Цели задачи дисциплины
Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области разработки
изделий микросистемной техники, включая системный, функциональный, конструкторский и
технологический этапы проектирования.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
2.1. Знать:
 методы формального описания компонентов микросистемной техники;
 методы расчета и моделирования базовых компонентов микросистемной техники;
 методы расчета и моделирования базовых процессов при изготовлении компонентов
микросистемной техники.
2.2. Уметь:
 формализовать разрабатываемые материал, процесс, изделие, как объекты
проектирования;
 использовать современные аппаратно-программные средства для решения задач
проектирования изделий микросистемной техники.
2.3. Иметь навыки:
 организации процесса проектирования изделий микросистемной техники;
 решения задач проектирования изделий микросистемной техники с использованием
стандартных пакетов прикладных программ.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Всего
часов
150
85
51
17
17
65
25
40
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
Раздел дисциплины
п.п.
Введение
1.
Системный подход к проектированию микросистем
2.
Формализация объектов микросистемной техники
3.
Проектирование компонентов
микроэлектромеханики
4.
Проектирование компонентов микрооптики
5.
Проектирование радиоэлектронных компонентов
6.
САПР компонентов микросистемной техники
Заключение
Семестры
8
8
8
8
8
8
8
8
Зачет,
экзамен
Лекции
ПЗ
ЛР
*
*
*
*
—
*
*
*
—
*
—
*
*
*
*
*
*
*
—
—
*
*
*
—
3
4.2. Содержание разделов дисциплины
 Введение
Моделирование объектов и процессов как средство уменьшения сроков разработки и
сокращения финансовых затрат. Международная унификация процессов проектирования
и создания изделий микросистемной техники.
*
1. Системный подход к проектированию микросистем.
Уровни описания проектируемых объектов: системный, функциональный,
конструкторский, технологический. Функциональные, структурно-морфологические
математические, информационные, теоретические, эмпирические, аналитические
модели. Операции, процедуры и этапы проектирования. Классификация параметров
проектируемых объектов: фазовые переменные; внутренние, внешние и выходные
параметры. Системные константы и размерности величин. Классификация проектных
процедур:
анализ
и
синтез
(параметрический,
структурный).
Системы
автоматизированного проектирования (САПР). База знаний и банки данных.
*
2. Формализация объектов микросистемной техники
Понятие
«структура»
и
способы
его
представления:
симметрийные,
термодинамические, вероятностные, информационные. Основные методы описания
объектов и процессов: термодинамический, статистический, кинетический Теория
подобия. Обобщенное описание объектов микросистемной техники: интенсивные и
экстенсивные параметры, степени свободы, функции распределения; обобщенные силы
и потоки; уравнения переноса, баланса сил, непрерывности; законы сохранения.
Соотношение Онзагера для открытых систем. Вариационные принципы.
 3. Проектирование компонентов микроэлектромеханики.
Механические модели в электромеханике: механическое равновесие, уравнение
баланса динамических величин, уравнение движения. Физико-математические и
морфолого-топологические модели базовых элементов «объемной» и «поверхностной»
микромеханики: статические и динамические модели мембран, балок, струн, маятников;
размерные эффекты, масштабирование. Моделирование микросистем с электрическими
и магнитными полями: полевые уравнения, краевые задачи; проектирование
электростатических и электромагнитных приводов движения; расчет конструкции
пьезоэлектрического и магнитострикционного микроактюатора. Моделирование
процессов поглощения и диссипации энергии в микроэлектромеханических системах,
термический анализ. Моделирование микропотоков жидкости и газа в капиллярах и
микроклапанах.
 4. Проектирование компонентов микрооптики.
Физико-математические модели базовых компонентов оптических систем:
спектральные фильтры, интерференционные покрытия, зеркала, линзы, дифракционные
решетки. Моделирование распространения света в объемном и планарном волноводах;
рассеяние света на микронеоднородностях. Проектирование базовых элементов
управления оптическим излучением: электро-, акусто-, магнитооптическая ячейки.
Методика расчета оптического тракта устройства интегральной оптики: физикотопологическая модель, эффекты масштабирования, размерный фактор.
 5. Проектирование радиоэлектронных компонентов.
Физико-математические модели радиоэлектронных компонентов: резисторы,
конденсаторы, индуктивности, диоды, транзисторы, трансформаторы, коммутационные
линии. Физико-технологические и топологическая модели элементной базы
интегральных микросхем: моделирование базовых технологических операций,
аналитическое описание фрагментов базовых биполярных и униполярных структур,
эффекты масштабирования. Моделирование элементов интегральных микросхем в
процессе функционирования: диффузионно-дрейфовая физико-топологическая модель,
методы численного решения уравнения в частных производных.
4
 6. САПР компонентов микросистемной техники.
Структура систем автоматизированного проектирования. Виды обеспечения САПР:
методическое, математическое, лингвистическое, информационное, программное,
аппаратное. Аппаратные средства обеспечения САПР объектов микросистемной
техники. Базовые пакеты прикладных программ MEMCAD: моделирование
механических и термомеханических процессов, моделирование термических процессов,
моделирование конформных преобразований твердых тел, моделирование микропотоков
жидкостей и газа, моделирование электростатических процессов, моделирование
пьезорезистивных элементов, частотный анализ. Международная стандартизация в
области автоматизации проектирования микросистем.
 Заключение
Интеграция
элементной
базы
микроэлектромеханики,
микрооптики
и
микроэлектроники при проектировании микросистем..
5. Лабораторные и практические занятия
5.1. Лабораторный практикум
№
№ раздела Наименование лабораторных работ
дисциплины
1
1
 Изучение аппаратно-программного базиса приборостроительных,
машиностроительных и микроэлектронных САПР.
 Изучение структуры и организации баз данных и знаний в
информационно-поисковых системах и САПР.
2
3
2
3






—
Статическое и динамическое моделирование мембран.
Статическое и динамическое моделирование маятников.
Моделирование электростатических приводов движения.
Моделирование термомеханических процессов в компонентах
«объемной» и «поверхностной» микромеханики.
Моделирование
конформной
конструкции
на
основе
композиционного материала с пьезокерамикой.
Моделирование
конформной
конструкции
на
основе
композиционного материала с «памятью формы».
4
4
 Моделирование многослойного интерференционного фильтра.
 Моделирование распространения света в планарном волноводе.
 Моделирование акустооптической ячейки.
5
5
6
6
 Моделирование частотных свойств RLC-цепи.
 Топологическая оптимизация транзисторной структуры.
 Моделирование диффузионных процессов в гетерогенных
структурах.
Изучение пакетов прикладных программ MEMCAD:
 моделирование механических и термомеханических процессов;
 моделирование термических процессов;
 моделирование конформных преобразований;
 моделирование микропотоков жидкостей и газа;
 моделирование электростатических процессов;
5
5.2. Рекомендуемый перечень практических занятий
№
№ раздела Темы практических занятий
дисциплины
1
1
 Операции, процедуры и этапы проектирования.
 Системные константы и размерности величин.
2
2
 Симметрийное,
термодинамическое,
вероятностное
и
информационное описание структур.
 Символические и конструкторско-технологические образы
компонентов микросистемной техники.
3
3
 Размерный фактор и эффекты масштабирования
проектировании микроэлектромеханических компонентов.
 Конструкторско-технологическая
документация
проектировании микроэлектромеханических компонентов.
 Размерный фактор и эффекты масштабирования
проектировании компонентов микрооптики.
 Конструкторско-технологическая
документация
проектировании компонентов микрооптики.
 Размерный фактор и эффекты масштабирования
проектировании элементной базы интегральных схем.
 Конструкторско-технологическая
документация
проектировании элементной базы интегральных схем.
—
4
5
6
4
5
6
при
при
при
при
при
при
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература
1. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и
систем. М.: Высшая школа, 1986.
2. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике. Под ред.
И.П. Норенкова. М.: Радио и связь, 1986.
3. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 1985.
4. Казенков Г.Г, Соколов А.Г. Принципы и методология построения САПР БИС. -М.:
Высшая школа, 1990 .
5. Кремлев В.Я. Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС. -М.:
Высшая школа, 1990.
6. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. М.:
Высшая школа, 1989.
7. Фути К., Судзуки Н. Язык программирования и схемотехника СБИС. -М.: Мир, 1988.
б) дополнительная литература
1. Базаров И.П. Термодинамика. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1991.
2. Джамп Д. AutoCAD. Программирование. Пер. с англ. Под ред. Богданова А.С. М.: Радио
и связь, 1992.
3. Проектирование СБИС. М. Ватанабэ и др. М.: Мир, 1988.
4. Моделирование полупроводниковых приборов и технологических прпоцессов. Под ред.
Миллера Д. Пер. с англ. Под ред. Гадияка Г.В. М.: Радио и связь, 1989.
5. Ганенков Н.А., Закржевский В.И., Пчелко Н.С. Теория и расчет электромеханических
преобразователей на активных диэлектриках. С-Пб: РИО ЭТУ, 1995.
6
6. Лукьянов Д.П., Скворцов В.Ю. Микроэлектронные акселерометры инерциальных систем
навигации. СПбГЭТУ, 1999.
7. Кальнин А.А., Лучинин В.В. Структурное программирование в микроэлектронике. Л.:
РИО ЛЭТИ, 1980.
8. Петренко А.И. Основы автоматизации и проектирования. Киев: Техника, 1982.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
 Компьютерная база данных микросенсоров.
 Компьютерная база данных микроактюаторов.
 Компьютерная программа моделирования микромеханических систем.
 Компьютерная программа моделирования термомеханических и термических систем.
 Компьютерная программа моделирования конформных преобразований твердых тел.
 Компьютерная программа моделирования пьезорезистивных элементов.
 Компьютерная программа моделирования магнитострикционных элементов.
 Компьютерная программа моделирования электростатических приводов.
 Компьютерная программа моделирования микропотоков жидкостей и газов.
7. Материально-техническое обеспечения дисциплины.
 Персональные ЭВМ
 Графопостроитель-плоттер.
 Комплекс программных средств САПР MEMCAD.
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Для реализации целей и задач курса предлагается предусмотреть в программе
дисциплины курсовые работы. Требования к содержанию курсовой работы определяются
характером задачи по проектированию конкретных механизмов, устройств, приборов. В
курсовой работе должны быть отражены следующие вопросы:
 анализ основных характеристик и параметров объекта разработки и
моделирования;
 выбор и обоснование методов моделирования и используемой САПР;
 моделирование конструкции и расчет параметров объекта разработки;
 графическое представление результатов расчета, моделирования;
 анализ полученных результатов и их обобщение.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом
высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных
специалистов 654.100 - "Электроника и микроэлектроника", специальность 201900
"Микросистемная техника".
Программу составили:
Лучинин В. В.
Коловский Ю.В.
Корляков А.В.
-профессор С.-Петербургского государственного
электротехнического университета "ЛЭТИ"
- профессор Красноярского государственного
технического университета
-доцент С.-Петербургского государственного
электротехнического университета "ЛЭТИ"
Программа одобрена на заседании Учебно-методического Совета по направлению
подготовки дипломированных специалистов 654.100 – «Электроника и микроэлектроника»,
__15 ноября 2000 г.__ протокол №__4___________
Председатель Совета УМО по образованию в области автоматики, электроники,
микроэлектроники и радиотехники, профессор
_______________________ Пузанков Д.В.