EK2360 Projektkurs i mikrosystemteknik 7,5 hp

Hands-On Microelectromechanical Systems Engineering

Så kallade Mikrosystem eller Mikroelektromekaniska system (MEMS) finns överallt i dagens samhälle. MEMS-baserade sensorer och aktuatorer (kraftöverförare) används för interaktion mellan intelligenta inbyggda system och deras omgivning inom ett flertal tillämpningsområden, t.ex. i bilar, konsumentelektronik, telekommunikationsutrustning, medicinteknik, flygplan och rymdfarkoster.

Den här kursen är uppbyggd som en praktiskt inriktad projektkurs för studenter som vill fördjupa sin grundläggande förståelse av mikroelektromekaniska system genom att aktivt designa, tillverka och utvärdera olika koncept för MEMS-mikroaktuatorer.

Kursen innehåller dels några inledande föreläsningar för att ge grundläggande kunskap (20% av kursen) och dels ett större handlett projektarbete som huvuduppgift för kursen (80%). Studenterna arbetar i små grupper (helst tre personer) och de olika grupperna tävlar mot varandra i att skapa enheter som uppnår optimal prestanda samtidigt som de uppfyller kraven hos de föreskrivna tillämpningarna.

Studenterna kommer att ha tillgång till toppmodern utrustning under designfasen (professionell FEM- och layoutmjukvara på CAD-arbetsstationer), kommer aktivt delta i att tillverka sina egna enheter i KTH:s renrumsanläggning (klass 100), och kommer att använda halvledar- och MEMS-mätutrustning under karakteriserings- och felanalysfasen.

  • Utbildningsnivå

    Avancerad nivå
  • Huvudområde

    Elektroteknik
  • Betygsskala

    A, B, C, D, E, FX, F

Kurstillfällen/kursomgångar

HT19 för programstuderande

HT18 för programstuderande FULLSATT

Lärandemål

Under kursen ska studenten uppnå detaljerad kunskap och förståelse inom mikrosystem, med tonvikt på olika mikroelektromekaniska aktuatorer, deras arbetsprinciper, olika koncept och designer, processteknologi, renrumstillverkning, karakterisering och felanalys. Efter avklarad kurs kommer studenten att kunna:

-         utveckla olika aktuatorkoncept för mikrosystem i verkliga tillämpningar

-         designa mikrosystem och anpassa dem till olika tillämpningskrav

-         förutsäga beteendet hos mikrosystem genom (1) kvalificerade gissningar baserade på allmän förståelse av mikrosystemet och dess tillämpningar; (2) grova uppskattningar genom att använda/anpassa formler från kursböckerna; (3) noggrann modellering och simulering genom att använda toppmoderna finitelementbaserade (FEM) multifysikdesignverktyg

-         utforma designkoncept med hänsyn till begränsningar i tillverkningteknologin

-         utveckla ett processflöde för tillverkning

-         utföra grundläggande steg för tillverkning av mikrosystem i renrumsmiljö (klass 100) under gällande säkerhetskrav för sådan miljö

-         karakterisera de tillverkade enheternas elektriska, mekaniska och termiska beteende

-         identifiera felmekanismer, dra slutsatser kring begränsningar och reflektera över möjliga förbättringar baserade på resultaten från karakteriseringen av de tillverkade prototypenheterna

-         skriva en projektrapport som sammanfattar design, tillverkning, karakterisering, felanalys och potentiella framtida förbättringar

-         presentera och försvara resultatet inför en granskande publik

-         arbeta med mikrosystemsutveckling i grupp, innefattande både skrivande av projektplan och fördelning av arbetsuppgifter inom gruppen

Kursens huvudsakliga innehåll

EK2360 är en projektkurs värd 7,5 hp, vilket motsvarar 200 arbetstimmar av heltidsstudier. Eftersom kursen går under 8 veckor innebär det ungefär 25 timmar per vecka som måste ägnas åt kursaktiviteter, inklusive både inledande föreläsningarna och inläsning av kursmaterialet (20% av kursen) och projektarbetet (80% av kursen).

De inledande föreläsningarna om grundläggande design och tillverkning av MEMS hålls av den kursansvariga. Närvaro på de inledande föreläsningarna är obligatorisk. Efter de inledande föreläsningarna kommer en kort skriftlig examination hållas för att bedöma om kunskapen och förståelsen hos studenten är tillräcklig för att fortsätta med själva projektarbetet.

Projektarbetet handleds av doktorander och den kursansvariga.

Rapportskrivningen och den slutliga presentationen samt en kort diskussion efteråt handleds av den kursansvariga.

Course level and prerequisites:

Kursen är anpassad för studenter inskrivna på ett master- eller civilingenjörsprogram vid KTH, men kan också läsas av doktorander.

Studenterna måste ha grundläggande kunskaper inom elektroteknik, teknisk fysik eller motsvarande grundutbildning. Det rekommenderas att studenterna redan har viss grundläggande kunskap inom mikroelektromekaniska system (MEMS). Studenterna ska ha klarat av grundkursen ”EK2350 Mikrosystemteknik” vid KTH, eller motsvarande grundkurs i mikrosystemteknik eller halvledartillverkning. Praktiska erfarenheter av vanliga designverktyg för ingenjörer, såsom FEM- och CAD-mjukvara, är användbara i kursen.

Alla studenter som saknar MEMS-bakgrund och är intresserade av att deltaga i kursen måste kontakta den kursansvariga i förväg för att kunna bedöma om de har tillräckliga förkunskaper för att deltaga.

Behörighet

För fristående kursstuderande: 120hp  samt engelska B eller motsvarande

Rekommenderade förkunskaper

Kursen är ut formad för studenter i masterprogram på KTH och förutsätter  grundläggande kunskaper från program i elektroteknik, teknisk fysik eller motsvarande.

Studenter som är osäkra om de ha rätt förkuskaper uppmanas kontakta kursansvarig i förväg för att bedöma om de har tillräckliga förkunskaper för att deltaga.

Litteratur

Nödvändig kurslitteratur kommer att distribueras under kursen.

PDF-versioner av de inledande föreläsningsbilderna kommer att göras tillgängliga i förväg genom BILDA och är obligatorisk läsning före respektive föreläsning

För ytterligare läsning, särskilt för studenter med begränsade förkunskaper inom MEMS, rekommenderas följande böcker (ett begränsat antal exemplar finns tillgängliga för kursdeltagare hos Mikrosystemteknik, och kan också finnas på KTH-biblioteket):

-         Marc J. Madou, Fundamentals of Microfabrication: The Science of Miniaturization, CRC, 2:a upplagan (13 mars 2002), ISBN-10: 0849308267, ISBN-13: 978-0849308260

-         Gregory T. Kovacs, Micromachined Transducers Sourcebook, McGraw-Hill, 1:a upplagan (1 februari 1998), ISBN-10: 0072907223, ISBN-13: 978-0072907223

-         Sami Franssila, Introduction to Microfabrication, Wiley, 1:a upplagan (14 juni 2004), ISBN-10: 0470851066, ISBN-13: 978-0470851067

Examination

  • PRO1 - Projekt, 7,5, betygsskala: A, B, C, D, E, FX, F

Krav för slutbetyg

Studentens slutliga betyg i kursen baseras på

-         närvaro på de inledande föreläsningarna (godkänt/underkänt)

-         resultat på den skriftliga examinationen efter de inledande föreläsningarna. Examinationen testar studentens övergripande förståelse av de olika ämnena från föreläsningarna. Huvudsakligen används resultatet som ett godkänt/underkänt-kriterium för att låta studenten fortsätta med projektarbetesdelen av kursen, men det kommer också att påverka slutbetyget (10%)

-         projektarbete: övergripande utvärdering av projektarbetet hos gruppen som helhet, inklusive projektrapporten och den slutpresentationen inför granskande publik, står för 90% av slutbetyget. Individuella justeringar kan förekomma. Kriterier för utvärdering av projektarbetet, rapporten och presentationen kommer att tillkännages innan projektarbetet startar. Bedömningen av projektarbetet är oberoende av utgången av tävlingen mellan grupperna. Den sammanfattning av förväntad prestanda som skrivs efter designfasen kommer inte att användas för att bestämma betyget.

-         efter slutpresentationen kommer den kursansvariga att ha en kort diskussion med de enskilda studentgrupperna som kan påverka slutbetyget för grupperna och de individuella studenterna

Som sagt ovan är kursen värd 7,5 hp. Betyget ges på en skala från A till F där A är högsta och E är lägsta betyg för att klara kursen, och F är underkänt.

Ges av

EECS/Intelligenta system

Kontaktperson

Joachim Oberhammer

Examinator

Joachim Oberhammer <joachimo@kth.se>

Påbyggnad

EK212X Examensarbete i Elektrisk mätteknik avancerad nivå 
EK213X Examensarbete i Mikrosystemteknik, avancerad nivå 

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med VT2019.
Examinationsinformation gäller från och med VT2019.