半導體器件分析范文
時間：2023-11-01 17:43:59
導語：如何才能寫好一篇半導體器件分析，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
關鍵詞：半導體器件；壽命；浪涌；靜電；軟啟動；消浪涌電路
中圖分類號：TN709；TN307 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）01-00-03
0 引 言
隨著半導體器件的廣泛使用，其壽命指標受到業界普遍關注。半導體器件壽命的延續是一種性能退化過程，最終導致失效[1]。造成這種退化的原因很多，如人為使用不當、浪涌和靜電擊穿等，但通過一定的預防措施和增加必要的附加電路可以有效延長半導體器件的壽命。
1 半導體器件的退化和失效
大量試驗表明，半導體器件的失效隨時間的統計分布規律呈浴盆狀，如圖1所示。失效期包括早期的快速退化失效、中期的偶然失效與后期的快速損耗失效。早期快速失效一般是由半導體材料本身原因造成；中期偶然失效期的時域較寬，在此期間導致半導體器件失效的原因具有一定的偶然性；后期失效概率較高，主要由各種損耗積累與綜合爆發引起[2]。由此可知，只要通過初期的嚴格篩選，同時加強質量管理和改進生產工藝，防止偶然失效，半導體器件就能獲得較長的壽命[3]。
圖1 半導體器件失效期隨時間的分布
2 半導體器件壽命影響因素及預防措施
PN結是半導體器件的核心，對電壓沖擊的承受能力很差，一旦被擊穿，便無法產生非平衡載流子。在使用過程中，半導體器件的損壞多半是由浪涌或靜電擊穿造成的。
浪涌是一種突發性的瞬間電信號脈沖，具有很強的隨機性，一般表現為尖脈沖，脈寬很窄，但峰值較高，容易使半導體器件瞬時過壓造成PN結擊穿，即使不致于一次性使半導體器件產生完全失效，但在多次浪涌的沖擊下也會加速它的性能退化和最終失效[4]。在電路的使用過程中，出現比較多的浪涌是開啟或關斷電源時抑或器件接觸不良時產生的電壓/電流沖擊，以及由于電網波動或其它大功率電器啟動而產生的電壓/電流沖擊。另外，靜電也是造成PN結損壞或擊穿的重要原因。表1給出了產生浪涌和靜電的幾種常見原因及其特征和預防措施。
3 模擬電路中浪涌消除電路
3.1 短路保護開關
為半導體器件并聯一個電阻較小的短路保護開關是一種簡單的消浪涌方法[5]。當需要啟動半導體器件電源時，先閉合短路保護開關，讓啟動電源瞬間產生的浪涌經短路保護開關放電，待電源工作穩定后，斷開短路開關，穩定的電源便可正常工作于半導體器件。當需要關閉電源時，先閉合短路保護開關，然后斷開電源開關，以避免瞬間電流浪涌損壞半導體器件。實踐證明，該方法對消除開關驅動電源時瞬間產生的電壓/電流浪涌沖擊是可行的。但也存在不足，即該方法不僅給半導體器件操作員增加了一部分繁瑣的工作量，且無法消除來自外電路的浪涌所帶來的影響。
3.2 電源軟啟動電路
為解決以上不足，可采用電源軟啟動電路，該電路不但可以消除電源啟動/關閉瞬間產生的浪涌，還可以保證半導體器件兩端避免突然加上階躍電壓，因為這種上升沿很陡的電壓，即使幅值很低，也會對半導體器件產生不良影響[6]。圖2（a）和圖2（b）給出了有/無采取軟啟動情況下半導體器件驅動電流I隨時間t的變化。在沒有電源軟啟動電路的情況下接通電源開關，驅動電源會產生幅度較大的電流浪涌，隨后經過過渡過程才趨向穩定。采用電源軟啟動電路之后，工作電壓不會瞬間加在整個穩流電路上，而是在一定的時間內，電流從零開始逐漸上升到正常工作值。
圖2 有/無軟啟動情況下驅動電流I與時間t的關系
軟啟動電路在電源電路中已得到了廣泛應用，該過程可以由計算機控制實現，且可靠性高，穩定性好，但是價格比較昂貴。實際上，對于一些簡單的、普通的半導體器件電源電路，只需對電源電路稍加改進，便可實現軟啟動，圖3給出了一個利用RC充電原理實現軟啟動的電源電路，電路中的R1、C7、C8、Q1、Q2為電壓緩慢上升電路，電路兩邊增加了兩個π型濾波器電路，防止電流突變。該軟啟動電路可以使得半導體器件兩端的電壓逐漸加上，不會產生浪涌信號對半導體器件帶來破壞。
4 數字電路中浪涌消除電路
在很多情況下，半導體器件的管腳不是通過焊接而是直接插入管座中，然而管腳和插座接觸不良或者機械振動都會造成時通時斷而產生連續多個電壓浪涌。另外，某些功能控制開關和功率調節開關接觸不良或動作瞬間也會產生連續多個電壓浪涌。在數字電路中，這些電壓浪涌幅值較低（波形表示為短脈寬的高/低電平"1"和"0"），這些浪涌邊沿很陡，呈高低電平交替狀態，若未經處理直接將它加在半導體器件兩端會影響其壽命，同時也會給系統帶來干擾。
圖3 電源軟啟動電路
圖4給出了一款應用于數字電路中具有消除連續多個電壓浪涌功能的電路。電路中的CLNR是觸發器清零信號，K1_in和K2_in表示兩組帶有浪涌的輸入信號，K1_out和K2_out表示所對應的經過消浪涌后的輸出信號。電路采用了分頻采樣、移位寄存和計算判斷方法，采用4個D觸發器連續對輸入信號K1_in進行移位采樣，并隨時鐘信號的觸發寄存于數組K1[4..1]中。若數組中相鄰兩個數據都為高電平就默認為高電平"1"，其它情況則表示低電平"0"。用邏輯最簡公式表示為：K1_out=K11K12+K13K14+（！K11）K12K13（！K14）。由于半導體管腳和插座接觸不良或機械振動等現象引起的連續電壓浪涌掃描周期一般不超過10 ms，因此電路中采用了頻率為200 Hz、周期為5 ms的clk_200時鐘信號進行數據移位寄存。圖5給出了該電路在Quartus II 環境下的仿真波形。
圖5 數字電路中浪涌消除電路仿真波形
從仿真結果可以看出，當輸入信號K1_in在低電平輸入過程中連續出現多個脈寬小于或等于10 ms的高電平浪涌時，輸出信號K1_out仍為低電平；當輸入信號K2_in在高電平輸入過程中連續出現多個脈度小于或等于10 ms的低電平浪涌時，輸出信號K2_out仍為高電平。由此可知，該電路能很好地消除連續出現的浪涌，作為半導體器件浪涌消除電路可有效延長半導體器件壽命指標，并具有良好的抗浪涌信號干擾的能力。另外，從信號延時來看，該電路的輸入信號僅有5 ms的時序延時，與同類的浪涌消除或抖動信號消除電路相比較，該延時較小。
5 結 語
隨著半導體器件生產工藝日趨成熟，其應用范圍已覆蓋了國防、工業、科研和民用等領域，并發揮著重要的作用[7，8]，因此，有必要針對它的壽命特性和延壽方法開展進一步的研究。文中分析了影響半導體器件壽命的主要原因，討論了浪涌和靜電的特點及其預防措施，分別給出了應用于模擬電路和數字電路中的電源軟啟動電路和連續浪涌消除電路，電路結構簡單，性能良好，值得推廣。
參考文獻
[1] 趙霞，吳金，姚建楠.基于失效機理的半導體器件壽命模型研究[J].可靠性物理與失效分析技術，2007，25（6）：15-18.
[2] 李適民，黃維玲.激光器原理與設計[M].北京：國防工業出版社，2005.
[3] 劉婧，呂長志，李志國，等.電子元器件加速壽命試驗方法的比較[J].半導體技術，2006，31（9）：680-683.
[4] 黃德修.半導體光電子學[M].北京：電子工業出版社，2013.
[5] 羅文超，徐釗，盛祥佐.一種基于DDS的QPSK調制器及其FPGA實現[J].電訊技術，2007，47（4）：156-158.
[6] Suematsu Y， Adams A R. Handbook of semiconductor lasers and Photonic Intergrated circuits[M]. Springer：1994.
篇2
1堅持半導體器件生產為主的必要性和可能性
在當前生產半導體器件幾乎無利可圖的條件下，為什么還要堅持以生產半導體器件為主呢?主要有以下三方面的原因。首先，從半導體器件的市場需求來看，無論是國內還是國際，都有著廣闊的市場。據有關資料統計，我國1991年的半導體分立器件年需求量約為50億只，有24億只靠國外進口。國際上半導體分立器件的需求量也呈上升趨勢，預計1995年將達到692億只。如此巨大的市場，為我們發展半導體器件生產提供了可能性。發展半導體器件生產是大有可為的。第二，從我廠實際情況來看，經過“六五”期間的技術改造，我廠的生產工藝裝備已達到國際上/廿十年代初的先進水平，與臺灣、韓國的一些廠家相仿。而且經過二十多年的生產實踐，我廠已形成了素質較好的技術力量和管理基礎。產品在國內市場也具有較高的信譽，還具有適合半導體器件生產的特殊廠房，這些都是企業在市場競爭中的優勢。如果另謀他業，無異是揚短避長，也是一種很大的浪費。第三，目前企業面臨的困境，主要是受進口產品的沖擊。具體地分析一下，我們生產的半導體器件在質量上已基本達到了國際水平。最大差距在于價格。而造成差距的原因就是我廠的生產沒有達到規模經濟的水平，成本居高不下。目前，國外的二極管生產企業年產一般達到幾十億只，而我廠才5千多萬只，僅為國外廠的1/50~1/100。這種規模上的差距直接造成了我們竟爭中的劣勢。所以只要我們能在發展規模經濟上取得突破，完全可以和進口產品一爭高低。由此可見，我們的半導體器件生產并非死路一條，而是有著發展的可能性與必要性的。
2引進外資是加速形成規模經濟的有效途徑
盡快發展規模經濟，以進一步降低成本和售價，是我們半導體器件企業參與國際、國內競爭的根本出路。從當前實際情況來看，引進外資，興辦中外合資企業無疑是加速形成規模經濟的一種有效途徑。這是因為:第一，要發展生產規模必須有一個與生產同步發展的市場，不然企業無法承受。興辦中外合資企業就可以借助外商較快進入國際市場，擴大市場銷路，為擴大生產創造重要的條件。第二，興辦中外合資企業有利于學習借鑒國外規模生產的工藝技術和管理方法，提高生產效率，降低成本，提高產品競爭力。第三，發展規模經濟，必然需要增加投入，包括添置設備、工夾模具、增加流動資金，而企業由于效益不好加上前幾年借的貸款未還清，很難籌集。引進外資正好可以彌補這方面不足。第四，興辦中外合資企業有利于轉換企業經營機制和轉變人的思想觀念，使之適應市場經濟的需求。
我廠的實踐也充分說明了引進外資是促進規模經濟的有效途徑。1986年我廠從美國引進以)41塑封二極管生產線，由于市場銷路、設備能力不配套等原因，年產量一直在一千萬只左右徘徊，幾乎年年虧損。1991年下半年，我們拿這條生產線與香港海灣電子有限公司合資，雙方以設備投入形式組建了中外合資上海新玻電子有限公司，使這條生產線形成子較強的規模生產能力。該公司于今年2月份投入試生產后，由于設備配套，在管理上吸取了國外的先進經驗，紀律嚴明，重獎重罰，職工收入與生產直接掛鉤，生產效率大幅度提高，產量逐月上升，銷售供不應求。至10月底，已累計生產銷售芯片5億2千萬只，各類成品管l億2千萬只，并已形成了三大類產品，月產成品210。萬只、芯片1億只的生產能力，產品質量和成本都已達到國際水平，產品大部分進入國際市場，已創匯141萬美元，從9月份已開始盈利。預計明年生產將穩步提高，達到月產成品管220。萬只、芯片2億只。由于合資雙方都較滿意，今年下半年，又增加了整流器件SMD(貼片封裝)合作項目，目前設備已全部到位，正在進行安裝調試，預計明年初即可投入試生產。
為了進一步形成半導體器件的規模生產，我們決定把另外兩條生產線即以)35開關穩壓二極管生產線和玻璃鈍化二極管生產線都拿出來與外商合資，目前正在積極洽談，力爭明年完成，使我廠的半導體器件規模生產有一個明顯的飛躍。
3發展多種經!是企業在市場經濟激烈競爭中的明智選擇
在堅持一業為主的同時，還必須因地制宜.地發展多種經營，這是與半導體器件生產相輔相成的一個重要方面，也是我廠發展思路中的一個不可缺少的重要內容。我們認為，無論是現在還是將來，發展多種經營都是企業在市場經濟中立于不敗之地的明智選擇和實際需要。具體地說有以下四方面的原因。第一，隨著規模經濟的發展，企業生產效率大幅度提高，現有職工明顯過剩，發展多種經營就可以妥善安置這部分職工，第二，半導體器件生產總有起伏，有了多種經營就可以互相支持，所謂東方不亮西方亮，不至于造成企業的大起大落;第三，從我國社會需求看，具備了發展其他產品門類和第三產業的條件;第四，企業也具備了發展多種經營的條件，如場地、技術兒才、設備等。因此，我們根據企業的實際情況，制訂了發展多種經營的規劃，具體有以下幾方面的內容。
(1)積極籌建上海無線電十七廠電子設備浦東分廠，以本廠設備儀表科為主體，充分利用浦東開發的優惠政策和本廠專用設備儀表制造能力，建立具有獨立法人地位的分廠。目前，已基本完成了項目談判，預計明年上半年可正式開業。
篇3
【關鍵詞】電子元器件；破壞性；物理分析
隨著我國社會經濟的快速發展，電子技術發展迅猛，逐漸成為現代社會的支撐產業。但是電子元器件在設備運行階段經常會出現破壞，所以相關人員需要定期對電子元器件進行檢查，從而保證電子元器件的正常使用。基于此本文就對電子元器件的破壞性物理分析進行講解。
1電子元器件破壞性物理分析
電子元器件的破壞性物理分析是指對電子元器件進行解剖，對電子元器件內部結構元素進行詳細分析，從而保證電子元器件的設計合格、結構組合一致、材料運用符合標準，進一步保證電子元器件的使用質量符合要求。電子元器件的破壞性物理分析就是PDA，英文為DestructivePhysicalAnalysis，主要是指對電子一般情況下，PDA的目的包含以下兩個方面內容：一方面，對電子元器件的內部結構進行、使用材料、工藝設計等方面內容進行檢查，保證這些部分組成合理，符合質量標準，從而可以為為電子元器件破壞性物理分析奠定堅實基礎。另一方面，PDA可以為部分電子元器件的改進提供參考依據，并可以對電子元器件的生產狀況和生產質量效率進行針對性評價。
2我國電子元器件破壞性物理分析的應用效果
2.1相關半導體器件質量合格率高
隨著我國社會經濟的快速發展，我國半導體器件的使用逐漸提升，但是半導體器件在使用過程中還存在著嚴重的質量實效性問題，因此，相關人員需要對半導體器件的破壞情況進行全面分析，并針對半導體器件中存在的問題制定針對性解決措施，保證半導體器件產品生產質量合格，從而提高我國相關半導體器件質量合格率。
2.2加快電子元器件質量問題的原因發現速度
隨著經濟全球化的到來，我國逐漸成為經濟大國，半導體器件的使用數量也逐漸呈現出上升的趨勢，通過對相關數據的分析可知，我國電子元器件破壞性物理分析中的不合格項目的發現機率上升，內部檢測不合格率、芯片剪切不合格率等情況直線上升，所以，電子元器件的破壞性物理分析可以加快電子元器件質量問題的原因發現速度。
2.3為相關器件改進措施提供參考依據
一般情況下，相關人員在進行相關器件的破壞性物理分析后，經常會經分析數據提供給器件的生產廠家，然后器件生產廠家在對相關器件的破壞性物理分析數據進行整理，并對數據顯示中的不合格元器件進行分析，改進生產加工方法，從而保證相關器件的質量合格。與此同時，相關廠家也會對電子元器件破壞性物理因素進行分析，并在內部建立相關分析部門，在相關器件生產出廠之前，對器件進行破壞性物理分析檢查，讓電子元器件生產廠家都對自家生產情況進行了解，從而保證各個電子元器件生產廠家質量合格。
3電子元器件破壞性物理分析的具體要項
3.1用戶委托形勢下的工作開展要點
現階段，我國電子元器件破壞性物理分析已經涉及到各個領域，對各個領域的發展都起到至關重要的作用，面對此種情況，相關人員需要對電子元器件的可靠性進行分析，并使用用戶委托形式下的工作開展要點。一般情況下，用戶委托形勢下的工作開展要點需要從以下兩個方面進行：一方面，相關人員需要嚴格按照國家下發的標準進行電子元器件破壞性物理分析，并在雙方合同中對裁定標準進行說明，嚴格按照裁定標準進行價格制定。另一方面，在進行電子元器件的樣品制作過程中，相關人員需要采用科學合理的解剖技術對電子元器件進行解剖，分析電子元器件的外形結構、內部結構、集合電路等方面內容是否合理，然后再進行其他項目的檢測工作。
3.2電子元器件破壞性物理分析工作的展開時機分析
現階段，隨著我國社會經濟的快速發展，對電子元器件破壞性物理分析工作的重視程度逐漸增加，面對此種情況，相關人員需要對電子元器件破壞性物理分析工作制定嚴格的規范標準，保證電子元器件可以滿足設備的使用需求。相關單位可以在施工前期開展相關產品的破壞性物理分析工作，對產品情況進行合理分析，并提高分析人員的電子元器件破壞性物理分析質量。
3.3抽樣取樣的科學性分析
在電子元器件的破壞性物理分析中最常見的工作就是抽樣取樣的科學性分析，具體可以從以下個方面進行：一方面，在電子元器件檢測中需要保證樣品數量不超過十個，且保證樣品數量占到生產總批數的百分之一。另一方面，相關人員需要對未經過篩選的樣品進行分析，并嚴格按照檢測標準進行執行，進一步動我國電子技術的快速發展。
4總結語
總而言之，隨著我國社會經濟的快發展，電子元器件的應用范圍逐漸擴大，因此，相關人員要想保證電子元器件的正常使用就需要對電子元器件的破壞性物理分析進行全面分析，并根據電子元器件的具體使用環境制定針對性維護措施，保證電子元器件的正常使用，從而推動我國電子技術的快速發展。
參考文獻
[1]周慶波,王曉敏.電子元器件破壞性物理分析中幾個問題的探討[J].太赫茲科學與電子信息學報,2016,14(01):155-158.
[2]梁倩.電子元器件破壞性物理分析密封試驗的探討與實踐[C].四川省電子學會曙光分會第十七屆學術年會暨中物院第十屆電子技術青年學術交流會論文集,2014:482-488.
[3]梁倩,王淑杰,龔國虎等.電子元器件密封試驗的探討與實踐[J].太赫茲科學與電子信息學報,2015,13(06):1009-1013.
篇4
關鍵詞 熱固性塑料；封裝成型；半導體器件；參數影響
中圖分類號 TN3 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）08-0040-02
1 熱固性塑料概況
1.1 熱固性塑料
熱固性塑料的主要成分是熱固性樹脂，然后融合各種必要的添加劑，再通過交聯固化工藝注塑成形。材料在成型之前處于液態狀態，在封裝成型以后其狀態不會再發生變化，例如次軟化、熱熔等。目前比較常見的熱固性塑料種類比較多，其用途也多種多樣，例如氨基塑料、環氧塑料、醇酸塑料等。其成型工藝與熱塑性塑料成型工藝大體相同，僅僅在工藝參數上有些變化。
1.2 熱固性塑料注塑成型方法
目前比較常見的注塑成型方法為：將峁絳運芰顯料倒進塑化機筒，然后塑化機筒會加熱，筒內有轉動的螺桿，使得原料熔化，并被螺桿推動，到達螺桿的頭部。當融化的原料達到注塑要求時，螺桿會前移，并以一定的注射壓力和速度將原料推入模具內。在高溫高壓條件下，原料會在模具與固化劑相互作用，發生交聯反應，釋放水、氨等低分子物質。最后當熔料降溫并徹底硬化以后，可以將其從模具中拿出，成為注塑成品。
1.3 熱固性塑料注塑成型注意事項
注塑環節十分重要，因此，在注塑過程中，熱固性塑料的熔料必須要具有較好的穩定性和流動性，在筒內的時間至少要10min，并且主要熔體在低溫的時候比較穩定，高溫的時候交聯反應十分迅速。注意機筒內加熱的介質是水，成型模具內的加熱介質是油，而且必須要用恒溫控制，盡量降低溫度波動差。注射熔體的時候，必須要把控好壓力和速度，不能過快，過快會出現推擠，還要注意調整的時候要以成品的質量為準。注塑之前要檢查螺桿頭部和噴嘴，不能有殘料，且噴嘴是敞開式的，熔料的通道要潔凈并光滑。
2 半導體器件概述
半導體器件的導電性在導體和絕緣體之間，可以充分利用這一特性，例如某些具有特殊要求的器件，可以用半導體材料來制備。隨著科技的迅速發展，傳統材料功能的弊端開始顯露，無法滿足人們的需求，因此出現了具有半導體特征的有機材料。例如一些高分子聚合物、塑料凳，甚至某些高性能的材料還會逐漸取代Si和GaAs制備的半導體材料。塑料半導體材料已經逐步被研發出來，并且具有獨特的優勢，原料容易得到、重量輕、成本低、工藝簡易、穩定性好等，而且該類半導體材料還屬于可回收的材料，真正實現環保。
3 研究方法
本文對半導體器件的直流參數測試系統進行研究，該系統的各部分技術指標及主要功能如下：計算機是運行平臺和系統核心；系統背板能夠實現各個電壓源、電流源、電壓表等模塊與計算機的通信；系統專用接口用于通信系統背板和計算機；高壓電壓源能夠供給擊穿電壓；大電流源供給測量所需的脈沖電流。通過該恒壓源能夠實現脈沖電流的測量；小電流源可以為系統提供直流電流；小電壓源為系統提供直流電壓。數字電壓表是用來測量直流電壓的，其測量范圍為1～3？000V，允許的最大誤差為±1%。矩陣開關可以實現不同模塊之間的調配，為直流參數測量工作打好基礎；測試端子可以將被測功率半導體器件進行連接。？
4 直流參數測量原理
對可測試大電流的恒壓源來施加要求的電壓，然后將小電壓源的電壓值降低，使測試的電流滿足規定值，并記錄此時電壓的數值。最后將電壓值變換升高，并將可測試的大電流記錄。脈沖大電流源的重要指標是電流的范圍，電流的范圍必須要滿足要求，在10A～500A之間，脈沖的寬度為：當50A以下的時候是100μs～10ms，在50A～500A內是300μs，允許的最大誤差是±2%，其開路電壓為4V。
脈沖大電流源的作用有很多，其中比較重要的像產生脈沖大電流，自重脈沖電流的幅度范圍在60A～600A之間，其脈沖的寬度應該按照相關標準來確定。在該項目中，最重要的就是模塊的研制，其研制過程融合了電容充放電原理，所以在實際應用中，能夠通過變壓器來實現電容器矩陣的充電功能，在實現一個定值的時候，也可以通過相關軟件來進行通斷時間的控制，從而生成脈沖大電流。但是該技術難度非常的大，尤其是在實施過程中，采取何種方式來達到脈沖電流的精度是非常難的，同時怎樣配合大功率精密電阻去實現脈沖電流的精確性也是很難得，另外值得一提的就是電容充放電矩陣容抗的影響，其影響非常大，如何降低也是其關鍵點之一。基于以上幾個重點和難點，在該設計中，技術人員融合了值電容并聯的技術，通過該技術能夠有效滿足對電容值的需求，同時也能夠降低因為電容過大而導致的高阻抗特性。
5 技術指標的保證
硬件設計最為重要的基礎就是保證技術的指標，因此針對該設計的實際情況，技術人員進行了相關的優化設計，本文重點對小電壓源和小電流源兩個部分進行相關的分析。二者的技術指標都強調了電壓、電流等，其電壓的范圍要保持在-20V～20V，并且誤差不能超過1%；其電流的允許范圍是：20mA～30A之間，能夠接受的最大允許為1%，超過之后穩定性會下降；其開路電壓為一個定值，再本設計中為10V。
在本研究實驗中，采取了以下幾種措施來保證實驗的精確性：首先是數模轉換芯片方面，對于數模轉換芯片本研究選用了目前比較主流芯片，具有完整的雙通道，其中一個通道可以給電路提供驅動的電壓以及電流，另外一個能夠提供鉗位電壓和電流。而且12位輸出的精度比較高，DAC精度為±0.032%；而且還具有電壓輸出數模轉換器，能夠避免塌陷導致的精度下降，并可以進行噪聲處理。
其次，在電壓分擋模式切換方面，本研究使用了串聯方式，該方式能夠配合出不同的阻值，因為如果是并聯的話，在繼電器進行切換的時候，會構成反饋環路，主運放開環所輸出的電壓非常接近電源值，從而影響精度；另外輸出端并沒有直接與負載連接，當測試元件的等效電阻比較小的時候，受到線損的影響，會出現測試誤差，所以在本研究中，采用了開爾文電橋接法；并且為了防止地電源的干擾，研究人員把FORCE包裹起來，從而形成等電位，保證了研究數據的精度；最后就是研究人員在電路板走線的時候，嚴格杜絕了直角走線的方式，從而降低了噪聲輻射和耦合度，并且還能減小耦合噪聲。
6 結論
本文從熱固性塑料的概況出發，總結了注塑方法和注意事項；同時研究了半導體器件直流參數測試系統的技術指標、功能原理、軟件開發等，旨在為熱固性塑料封裝成型對半導體器件參數數值的影響研究提供意見。相關技術人員在參考本意見的時候，需要結合實際情況，對其進行適當的優化和改進，以求能夠更好地？應用。
參考文獻
[1]黃增芳.熱致性液晶/鄰甲酚醛環氧樹脂共混物的制備、固化動力學及其增韌機理的研究[D].湘潭：湘潭大學，2014.
[2]戴煒鋒.半導體器件的建模、仿真與分析：大功率LED器件與半導體壓阻器件的研究[D].上海：復旦大學，2014.
[3]梁健.基于人工光子微結構調控的HgCdTe中長波焦平面紅外探測器的研究[D].上海：中國科學院研究生院（上海技術物理研究所），2015.
[4]汪潤生.基于VB和Fortran混合編程的有機半導體雙端器件載流子輸運特性分析軟件研究[D].蘭州：蘭州大學，2010.
篇5
【關鍵詞】塑封；塑封機；模具；真空
1.引言
作為半導體分立器件產品，為了有效保護其芯片和內部焊接引線，需要使用環氧樹脂把焊接在引線框架上的芯片和引線進行封裝，形成一個堅硬保護體。然而某些產品（如SOT-186A，SOD-113等）因對其性能有特別的要求，使其載芯板背面環氧樹脂保護層厚度只有0.3MM左右。在這條件下，應用傳統的封裝工藝生產，其成品率低。產品外觀缺陷主要體現在塑封體背面針孔、樹脂填充不良和高壓測試耐壓值低等缺點。所以通過提供一種結構簡單，易制作的半導體器件塑封抽真空裝置，通過抽真空裝置，可使產品在真空工藝條件下成形，提升其成品率。
2.技術方案
2.1 抽真空裝置結構
半導體器件塑封抽真空裝置，包括有塑封機，塑封機上設有塑封模具，塑封模具合模后可形成密封空間，一真空容器罐通過真空管道連通塑封模具合模后形成的密封空間，于真空管道上設有抽氣閥、放氣閥及真空壓力表，真空壓力表通過壓力信號線連接塑封機進行信號控制；真空容器罐與真空泵一起安裝在一可移動的真空機殼體內，且模具與真空容器罐的管道上加裝有空氣過空氣過濾器，防止模具中廢料吸入真空容器罐內部。（見圖1）
2.2 控制系統
為了使抽真空裝置能夠真正發揮應有的作用，控制抽真空裝置的開啟和關閉的時間關鍵最為關鍵，最好做法就是將抽真空機和塑封壓機的控制系統進行聯機，實現自動控制，既能保證產品質量又簡化了操作程序，消除人為控制因素的影響。通過分析抽真空裝置工作特點并結合塑封壓機的工作時序，本著“簡化操作、減少人為失誤”的設計原則，充分利用塑封壓機在工作過程中所輸出的一些控制信號，設計了一個“自動抽真空控制原理圖”（圖2），將抽真空機和塑封壓機的控制系統進行聯機。
該控制線路，除了利用塑封機原自身具有的一些配件以外，增加了R1繼電器、T1、T2兩個時間繼電器和S1、S2電磁閥。利用這些增加的電器元件，使壓機的控制線路和抽真空機的控制線路很好的結合起來。首先，將抽真空泵的電機電源并到塑封壓機的油泵電機上，其好處是在啟動壓機電機開始進行塑封作業的同時啟動抽真空泵，不須單獨啟動抽真空泵，避免因人為原因而忘記打開抽真空泵，真正達到防錯的效果；當合模到模具完全閉合并產生合模低壓（這時候合模壓力一般可以達到70Kg/cm2），壓機的低壓開關將會閉合，增加的R1繼電器隨即閉合使抽真空閥門打開，在同一時間R1的常閉觸點將被斷開，使S2卸荷閥斷電，切斷模具內部與外界連通的氣路，把模具內部與外部完全隔離。這時候抽真空泵開始把模具內部的空氣往外抽，當繼續加壓達到合模高壓點的時候（這時候合模壓力一般達到150Kg/cm2），壓機的高壓開關閉合；按照一般的MGP模的塑封作業過程，高壓開關一閉合即會自動執行注塑的動作；但在這個控制線路里面，我們先把高壓開關的輸出信號接到時間繼電器T1上，等T1設定時間達到以后，再同時向時間繼電器T2和注塑電磁閥S3供電。T1的主要作用就是對注塑電磁閥的執行信號進行延時（可根據抽真空的速度進行調整，一般設定在5秒左右），因為合模壓力在加壓的過程從低壓到高壓只有很短的時間，一般只有2-3秒的時間，在這么短的時間內是很難把真空度抽到能夠達到要求的，所以必須適當的延長一點時間后才能進行注塑，這樣才能保證注塑的質量。而T2的作用則是控制在注塑過程持續抽真空的時間。整個塑封注塑周期是120秒，在樹脂粉注滿每一個型腔并定型后（一般是40-50秒），抽真空將不起到什么作用，而且如果整個注塑周期都持續抽真空的話，那么抽真空機將會由于長時間抽取模具里面的熱氣而導致泵體和電機過熱，影響密封件和泵體的使用壽命。所以在開始注塑的同時T2便開始計時，達到設定時間后其常閉觸頭將會動作，斷開R1電源，使抽真空閥斷電停止抽氣，同時R1斷電后其常閉觸頭復位，接通卸荷閥電源，把模具內部與外部大氣連通，實現開模前的減壓。
3.結束語
增加抽真空裝置后，操作人員只要按照操作普通模具的作業方法啟動和操作設備，而不需要附加任何動作，操作極其簡便，產品在真空工藝條件下成形，其外觀質量也得到有力保障。
參考文獻
[1]周煜明,聞芹堂,韓軍,丁建良,葉重明.半導體器件使用的封裝塑料兼論ME型改性環氧塑封料[J].江蘇化工.市場七日訊,1982(01).
[2]石英學.噪聲用于半導體大功率激光器及雙極晶體管可靠性研究[D].吉林大學,2006.
作者簡介：
篇6
關鍵詞：半導體；光刻；圖形；薄膜；沉積
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.038
0 引言
人來研究半導體器件已經超過135年[1]。尤其是進近幾十年來，半導體技術迅猛發展，各種半導體產品如雨后春筍般地出現，如柔性顯示器、可穿戴電子設置、LED、太陽能電池、3D晶體管、VR技術以及存儲器等領域蓬勃發展。本文針對半導制造技術的演變和主要內容的研究進行梳理簡介和統計分析，了解半導體制造技術的專業技術知識，掌握該領域技術演進路線，同時提升對技術的理解和把握能力。
1 半導體技術
半導體制造技術是半導體產業發展的基礎，制造技術水平的高低直接影響半導體產品的性能及其發展。光刻，刻蝕，沉積，擴散，離子注入，熱處理和熱氧化等都是常用的半導體制造技術[2]。而光刻技術和薄膜制備技術是半導體制造技術中最常用的工藝，下面主要對以上兩種技術進行簡介和分析。
2 光刻技術
主流的半導體制造過程中，光刻是最復雜、昂貴和關鍵的制造工藝。大概占成本的1/3以上。主要分為光學光刻和非光學光刻兩大類。據目前所知，廣義上的光刻（通過某種特定方式實現圖案化的轉移）最早出現在1796年，AloysSenefelder發現石頭通過化學處理后可以將圖像轉移到紙上。1961年，光刻技術已經被用于在硅片上制造晶體管，當時的精度是5微米。現在，X射線光刻、電子束光刻等已經開始被用于的半導體制造技術，最小精度可以達到10微米。
光學投影式光刻是半導體制造中最常用的光刻技術，主要包括涂膠/前烘、曝光、顯影、后烘等。非光學光刻技術主要包括極深紫外光刻（EUV）、電子束光刻（E-beam Lithography）、X射線光刻（X-ray lithography）。判斷光刻的主要性能標準有分辨率（即可以曝光出來的最小特征尺寸）、對準（套刻精度的度量）、產量。
隨著半導體行業的發展，器件的小型化（特征尺寸減小）和集成電路的密集度提高，傳統的光學光刻制造技術開始步入發展瓶頸狀態，其面臨的關鍵技術問題在于如何提高分辨率。
雖然，改進傳統光學光刻制造技術的方法多種，但傳統的光學投影式技術已經處于發展緩慢的階段。與傳統的投影式光刻技術發展緩慢相比，下一代光刻技術比如EUV、E-beam、X-ray、納米壓印等的發展很快。各大光刻廠商紛紛致力于研制下一代光刻技術，如三星的極紫外光刻、尼康的浸潤式光刻等。目前先進的光刻技術主要集中在國外，國內的下一代光刻技術和光刻設備發展相對較為滯后。
3 薄膜制備技術
半導體制造工藝中，在硅片上制作的器件結構層絕大多數都是采用薄膜沉積的方法完成。薄膜的一般定義為在襯底上生長的薄固體物質，其一維尺寸（厚度）遠小于另外二維的尺寸。常用的薄膜包括： SiO2， Si3N4， poli-Si， Metal等。常用的薄膜沉積方法分為化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition）和物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition）兩種。化學氣相沉積利用化學反應生成所需的薄膜材料，常用于各種介質材料和半導體材料的沉積，如SiO2， poly-Si， Si3N4等[3]。物理氣相沉積利用物理機制制備所需的薄膜材料，常用于金屬薄膜的制備，如Al， Cu， W， Ti等。沉積薄膜的主要分為三個階段：晶核形成―聚集成束―形成連續膜。為了滿足半導體工藝和器件要求，通常情況下關注薄膜的一下幾個特性：（1）臺階覆蓋能力；（2）低的膜應力；（3）高的深寬比間隙填充能力；（4）大面積薄膜厚度均勻性；（5）大面積薄膜介電＼電學＼折射率特性；（6）高純度和高密度；（7）與襯底或下層膜有好的粘附能力。臺階覆蓋能力以及高的深寬比間隙填充能力，是薄膜制備技術的關鍵技術問題。我們都希望薄膜在不平整襯底表面的厚度具有一致性。厚度不一致容易導致膜應力、電短路等問題。而高的深寬比間隙填充能力則有利于半導體器件的進一步微型化及其性能的提高。同時，低的膜應力對所沉積的薄膜而言也是非常重要的。
4 結語
雖然，與不斷更新換代的半導產品相比，半導體制造技術發展較為緩慢，大部分制造技術發展已經趨于成熟。但是，隨著不斷發展的半導體行業，必然會對半導體制造技術的提出更高的要求，以滿足半導體產品的快速發展。因此，掌握和了解半導體制造技術的相關專利知識有利于推進該領域的發展。
參考文獻：
[1] Most of the classic device papers are collected in S.M Sze，Ed.，Semiconductor Devices：Pioneering Papers，World Sci. ， Singapore，1991.
篇7
[關鍵詞]燒結；質量；芯片粘附強度
中圖分類號：TF046.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）15-0096-01
1、引言
軍用半導體分立器件的質量和可靠性，直接影響軍用整機的可靠性。永光電子有限公司從事軍用半導體分立器件的研制及生產四十余年，為航空、電子、兵器、船舶等領域提供國家重點工程配套產品，所以深知質量和可靠性的重要。
從半導體分立器件生產實踐中可知，燒結質量直接影響半導體分立器件產品的電性能和熱性能，從而影響產品的可靠性，由此可知，燒結工序在半導體器件生產中至關重要，因此需要我們生產過程中對芯片粘附強度進行監測，同時通過X光掃描等方法對產品質量進行控制，提高產品燒結質量和產品可靠性。
2 燒結
半導體的焊接技術主要有低溫擴散爐燒結，共晶焊燒結，導電膠連接，真空燒結等方式。我廠主要使用的芯片焊接工藝技術是合金燒結技術，合金燒結技術是指將晶體管芯片與底座用焊料焊接起來，使其之間形成良好的歐姆接觸，從而得到小的飽和壓降；同時，要獲得小的熱阻和優良的抗熱疲勞性能。
燒結的失效機理：理想的焊接界面應是不存在內應力，無裂紋，無空洞，低歐姆接觸熱阻的界面，而實際上，由于芯片背面和管座表面有污染（如油漬、塵埃顆粒等），表面氧化和合金種類的影響，以及操作不當，導致芯片焊接界面存在不同程度的質量問題。
如果芯片背面、管座表面及焊片表面未處理干凈，則焊接面之間難于形成理想的面接觸，有可能存在眾多大小不等的空洞。空洞可能是由于沾污使焊料浸潤不良引起的，也可能是由于各層材料表面鍍層不良而剝離引起的焊接空洞，使芯片與管座接觸面積縮小，接觸熱阻增大，導致散熱不良，空洞易形成局部熱點，嚴重引起熱奔，導致致命失效。而且粘接不良使熱阻增大，結溫上升，導致電遷移與溫度相關的失效機理產生。
3 燒結質量控制
3.1 芯片、管座及焊片處理
為了避免芯片、管座及焊片表面污染引起燒結質量異常，我車間在燒結前會對待燒結的管芯、管座及焊片進行清洗處理，盡可能保證焊接表面干凈，從而減少因表面沾污而引起的燒結質量問題，提高產品質量和可靠性。
3.2 熱阻測試及芯片粘附強度監測
3.2.1、我廠燒結工序在生產一批產品前，會先試燒5只產品，檢驗員按操作規范要求，對試燒好的產品進行熱阻測試及芯片粘附強度試驗，確認無異常的情況下才會大批量燒結生產。
芯片粘附強度試驗，我廠采用剪切力測試臺進行監測，具體做法是，將待測產品固定在夾具上，將力加到平行于管座平面，并垂直于被使用芯片的一個側面，儀器自行施加力于管芯并顯示剪切力大小。
芯片剪切力強度標準及失效判決接收判決如下：（如圖1）
失效判據（如果芯片焊接剪切發生以下情況認為器件失效）
（1）剪切力小于圖中A線規定的最小剪切強度要求；
（2）剪切力小于圖中A線規定的最小剪切強度要求的1.25倍（即B線）且芯片與焊接材料的粘潤面積小于芯片連接面積的50%時；
（3）剪切力小于圖中A線規定的最小剪切強度要求的1.5倍（即C線）且芯片與焊接材料的粘潤面積小于芯片連接面積的25%時；
（4）剪切力小于圖中A線規定的最小剪切強度要求的2倍（即D線）且芯片與焊接材料的粘潤面積小于芯片連接面積的10%時；
接收判據
（1） 用等于或大于圖中A線規定的最低剪切強度要求的2.0倍
（即D線）的力沒有切斷。
（2） 殘留的半導體材料的粘潤痕跡等于或大于芯片焊接面積的
50%而不管所加的剪切力的大小（這條標準只適用于芯片面積小于1.65mm2器件）。
3.3 X光掃描檢驗
對成品器件進行X光掃描檢驗，檢測器件空洞情況，剔除空洞較大較多器件，確保產品熱性能，提高產品質量及可靠性。
4 總結
通過分析燒結質量問題，明確燒結質量的重要性，對于燒結質量的控制，我們還要繼續朝細微處展開，同時增加新手段對燒結質量進行控制（如X光掃描檢驗器件空洞情況），確保軍用器件的質量和可靠性。
篇8
關鍵詞：基區寬度；擴散長度；線性函數；載流子濃度；NPN BJT；LabVIEW
中圖分類號：TN386 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)15-10000-00
The Influence of Carrier Consistency Which in NPN BJT Made by the Base Wide
LIU Lei,NAN Jing-chang
(School of Electrics and Information Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China)
Abstract: As the requisition of market for the capability of RF and Micro Wave circuit advance ceaseless, the engineer paid attention widely on the arts and crafts of semiconductor, for some framework which has been administered that can not been got in fact, people are getting the structure and capability of semiconductor in the way of project, so that getting the target of the framework. This paper testifies that when Base Wide (W) is less than the diffusing length of minority carrier ( ) far away, the consistency of minority carrier in the Base is a linearity function. At the same time, the paper approves that when Base Wide (W) is the same length as the diffusing length of minority carrier ( ) far away, the consistency of minority carrier in the Base is also a linearity function. It can make parameter of semiconductor calculating more easily by the result above and it also founds foundation for semiconductor arts and crafts improving. Finally, a LabVIEW programme is written to testify the correctness of the conclusion.
Key words: Base wide;diffusing length;linearity function;carrier consistency;NPN BJT;LabVIEW
1 引言
BJT是包含三個鄰近區域且相鄰區域參雜類型不同的半導體器件，其中間區域與那里的少數載流子的擴散長度相比非常窄，這個較窄的中間區域為基區，外層的兩個區域為發射區和集電區，兩個外層區域是可以互換的。然而，在實際器件中發射區具有不同的幾何尺寸，并且一般比集電極參雜濃度要高，因此交換這兩端會使器件特性發生顯著的變化。
而基區寬度是影響BJT特性的另一重要因素。首先，基區的準中性寬度并不是與外加偏壓無關的常數，改變結電壓會改變E-B結或C-B結的耗盡區寬度，因此使W減小或擴大。因為基區的物理寬度很窄，因此耗盡區寬度即使有一個小的變化就可能造成顯著的影響。另外基區寬度變化也是共發射極輸出電流擬線性增加的主要原因[1]。因此本文對基區寬度對NPN BJT中載流子濃度分布的影響進行了推導，并編寫了LabView程序進行了驗證。圖1為平衡條件下NPN BJT中電學變量示意圖。
2 理想晶體管模型特性參數的分析
2.1 基本假設[1]
(1)器件采用NPN BJT，具有非簡并，均勻參雜的發射區，基區和集電區(E-B結和C-B結采用突變結模型)。
(2)晶體管在穩態條件下工作。
(3)晶體管為一維的。
(4)在準中性區中滿足小注入水平。
(5)除了漂移，擴散和熱復合-產生之外，在晶體管內部沒有其他過程發生。
(6)在整個E-B和C-B耗盡區內熱復合-產生是可以忽略的。
(7)發射區和集電區的準中性寬度遠大于這些區域的少數載流子擴散長度。
2.2 擴散方程/邊界條件
在上述基本原理的假設下，通過求解少數載流子擴散方程就能獲得晶體管準中性區的少數載流子濃度。
邊界條件：因為發射區和集電區的準中性寬度遠大于這些區域的少數載流子擴散長度，所以在發射區中離E-B結較遠的位置或在集電區中離C-BΔ結較遠的位置載流子濃度的微擾(ΔnE和ΔnC)一定趨于零。按照圖2確定的坐標系統，概括的介紹一下不同區域需求解的方程和相應的邊界條件。
發射區
需求解的擴散方程為
LL03.tif
服從邊界條件：
LL04.tif
基區
需求解的擴散方程為
LL05.tif
服從邊界條件：
LL06.tif
集電區
需求解的擴散方程為
LL07.tif
服從邊界條件：
3 基區解
由于發射區和集電區的解無非是單邊的理想二極管的解，所以在這里就不加詳細推導，而基區則有所不同，基區的寬度是有限的，所以微擾載流子在x=0和x=W處不會為零。
基區擴散方程通解的一般形式為
LL09.tif
應用邊界條件得
LL10.tif
根據上式可以解出A1和A2 并將其代入通解中，得
在W=LB的極限條件下準中性基區中載流子濃度的微擾是位置的線性函數，即
LL13.tif[1]
4 理論推導與證明
本文在對BJT晶體管的靜態特性進行深入了解后，對W=LB 時對準中性基區中載
流子濃度的微擾的特性進行了推導。
當y較小時，可近似取前兩項即ey=1+y。則
所以，在W=LB的極限條件下準中性基區中載流子濃度的微擾也是位置的線性函數。
5 結論
半導體器件的性能是影響射頻微波電路的重要因素，而對半導體內部結構的了解是提高半導體性能，改善半導體工藝的關鍵。目前，人們已經根據需要制造出最新的BJT晶體管結構：多晶硅發射極BJT和異質結雙極晶體管(HBT)，前一種結構多應用于最新型個人計算機的CPU[2]，后一種結構主要為滿足高頻/高速應用的需要而設計的[1]。本文針對BJT模型結構特點，通過理論推導證明了一種新的思路，即在W=LB 的極限條件下準中性基區中載流子濃度的微擾也是位置的線性函數，用以上推導出的結果對晶體管參數和電流的計算會更容易。
最后，為了更直觀的讓讀者看清結論，筆者用LabVIEW編寫了一個小程序，見附錄A。可以看出當W=LB時，甚至W=2LB 時，NPN BJT中準中性基區中載流子濃度的微擾是位置的線性函數。
（注：圖中數據為假設的，為計算使用。[3]）
參考文獻:
[1] R.F. Pierret. Semiconductor Device Fundamentals. Publishing House of Electronics industry.2004.
[2] C.G.Fonstad. Microelectronic Devices and Ciruits.McGraw-Hill,New York.1994.
[3] R.F.Pierret. Semiconductor Measurements Laboratory Operation Manual. 1991.
收稿日期：2008-04-02
篇9
關鍵詞: 電力電子技術; 高頻開關電源; 功率半導體器件; 功率變換
中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號：
1 電力電子技術概述
電力電子技術以功率處理為對象，以實現高效率用電和高品質用電為目標，通過采用電力半導體器件，并綜合自動控制計算機(微處理器)技術和電磁技術，實現電能的獲取、傳輸、變換和利用。電力電子技術包括功率半導體器件與IC技術、功率變換技術及控制技術等幾個方面。
電力電子技術起始于20世紀50年代末60年代初的硅整流器件，其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。70年代后期以門極可關斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場效應管（P-MOSFET）為代表的全控型器件全速發展，使電力電子技術的面貌煥然一新進入了新的發展階段。80年代末期和90年代初期發展起來的、以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復合型器件集驅動功率小，開關速度快，通泰壓降小，載流能力大于一身，性能優越使之成為現代電力電子技術的主導器件。
2高頻開關電源概述
高頻開關電源是交流輸入直流整流，然后經過功率開關器件（功率晶體管、MOS管、IGBT等）構成放入逆變電路，將高壓直流（單相整流約300V，三相整流約500V）變換成方波（頻率為20kHz）。高頻方波經高頻變壓器降壓得到低壓的高頻方波，再經整流濾波得到穩定電壓的直流輸出。
高頻開關電源的特點[1]：
1、重量輕，體積小
由于采用高頻技術，去掉了工頻（50Hz）變壓器，與相控整流器相比較，在輸出同等功率的情況下，開關電源的體積只是相控整流器的1/10，重量也接近1/10。
2、功率因數高
相控整流器的功率因數隨可控硅導通角的變化而變化，一般在全導通時，可接近0.7，以上，而小負裁時，但為0.3左右。經過校正的開關電源功率因數一般在0.93以上，并且基本不受負載變化的影響。
3、可聞噪聲低
在相控整流設備中，工頻變壓器及濾波電感作時產生的可聞噪聲大，一般大于60db，而開關電源在無風扇的情況下可聞噪聲僅為45db左右。
4、效率高
開關電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數補償的開關電源其整機效率可達88%以上，較好的可以做到92%以上。
5、沖擊電流小
開機沖擊電流可限制在額定輸入電流的水平。
6、模快式結構
由于體積小，重量輕，可設計為模塊式結構。
3電力電子技術在大功率開關電源中的應用
3.1功率半導體器件
功率半導體器件的發展是高頻開關電源技術的重要支撐。功率MOSFET和IGB的出現，使開關電源高頻化的實現成為可能；超快恢復功率二極管和MOSFET同步整流技術的開發，為研制高效率或低電壓輸出的開關電源創造了條件；功率半導體器件的額定電壓和額定電流不斷增大，為實現單機電源模塊的大電流和高率提供了保證。
（1）功率MOSFET
功率MOSFET是一種單極型（只有電子或空穴作但單一導電機構）電壓控制半導體元件[8]，其特點是控制極（柵極）靜態內阻極高，驅動功率很小，開關速度高，無二次擊穿，安全區寬等。開關頻率可高達500kHz,特別適合高頻化的電力電子裝置。
（2）絕緣柵雙極晶體管IGBT
絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種雙（導通）機制復合器件，它的輸入控制部分為MOSFET，輸出極為GTR，集中了MOSFET及GTR分別具有的優點[2]：高輸入阻抗，可采用邏輯電平來直接驅動，實現電壓控制，開關速度高，飽和壓降低，電阻及損耗小，電流、電壓容量大，抗浪涌電流能力強，沒有二次擊穿現象，安全區寬等。
3.2軟開關技術
傳統大功率開關電源逆變主電路結構多采用PWM硬開關控制的全橋電路結構，功率開關器件在開關瞬間承受很大的電流和電壓應力，產生很大的開關損耗，且隨著頻率的提高而損耗增大。工作頻率在20kHz，采用IGBT功率器件的PWM硬開關控制的電源，功率器件開關損耗占總損耗的60%~70%，甚至更大[3]。為了消除或抑制電路的電壓尖峰和浪涌電流，一般增加緩沖電路，不僅使電路更加復雜，還將功率器件的開關損耗轉移到緩沖電路，而且緩沖電路的損耗隨著工作頻率的提高而增大。
軟開關技術利用諧振原理，使開關器件兩端的電壓或流過的電流呈區間性正弦變化，而且電壓、電流波形錯開，使開關器件實現接近零損耗。諧振參數中吸收了高頻變壓器的漏抗、電路中寄生電感和功率器件的寄生電容，可以消除高頻條件下的電壓尖峰和浪涌電流，極大地降低器件的開關應力，從而大大提高開關電源的效率和可靠性。
3.3同步整流技術
對于輸出低電壓、大電流的開關電源來講，進一步提高其效率的措施是在應用軟開關技術的基礎上，以功率MOS管反接作為整流用開關二極管，這種技術稱為同步整流（SR），用SR管代替肖特基二極管（SBD）可以降低整流管壓降，提高開關電源的效率。
現在的同步整流技術都在努力地實現ZVS及ZCS方式的同步整流。自從2002年美國銀河公司發表了ZVS同步整流技術之后，現在已經得到了廣泛應用[4]。這種方式的同步整流技術巧妙地將副邊驅動同步整流的脈沖信號與原邊PWM脈沖信號聯動起來，其上升沿超前于原邊PWM脈沖信號的上升沿，而降沿滯后的方法實現了同步整流MOSFET的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式P聯M控制IC幾乎都在控制邏輯內增加了對副邊實現ZVS同步整流的控制端子。這些IC不僅解決好初級側功率MOSFET的軟開關, 而且重點解決好副邊的ZVS方式的同步整流。用這幾款IC制作的DC/DC變換器, 總的轉換效率都達到了94%以上。
3.4控制技術
開關變換器具有強非線性、離散性、變結構的特點，負載性質也是多變的，因此主電路的性能必須滿足負載大范圍的變化，這使開關電源的控制方法和控制器的設計變得比較復雜。
電流型控制及多環控制在開關電源中得到了較廣泛的應用；電荷控制、單周期控制等技術使開關電源的動態性能有了很大的提高。一些新的方法，如自適應控制、模糊控制、神經網絡控制及各種調制方式在開關電源中的應用，已經引起關注。
隨著微電子技術的發展，微控制器的處理速度越來越快，集成度越來越高，將微控制器或者DSP應用到大功率開關電源的數字控制模塊已經成為現實。開關電源的高性能數字控制芯片的出現，推動了電源數字化的進程[5]。
數字控制可以實現精細的非線性算法，監控多部件的分布電源系統，減少產品測試的調整時間，使產品生產率更高。實時數字控制可以實現快速、靈活的控制設計，改善電路的瞬態響應性能，使之速度更快、精度更高、可靠性更強。
4 結束語
高頻開關電源作為電子設備中不可或缺的組成部分也在不斷地改進，高頻化、模塊、數字化、綠色化是其發展趨勢。高頻開關電源上述各技術的實現，將標志著開關電源技術的成熟。電力電子技術的不斷創新，將使開關電源產業有著廣闊的發展前景。
參考文獻
[1] 莫慧芳. 高頻開關電源發展概述. 電源世界, 2007（5）
[2] 賀益康, 潘再平. 電力電子技術. 科學出版社, 2010年第2版
[3]倪倩, 齊鉑金, 趙晶等. 軟開關全橋PWM主電路拓撲結構在逆變焊接電源中的應用. 自動化與儀表, 2002（1）
篇10
關鍵詞：交流調速；半導體；電動機；變頻
提高交流傳動系統的性能，國內外有關研究工作正圍繞以下幾個方面展開：采用新型功率半導體器件和脈寬調制（PWM）技術 采用新型功率半導體器件和脈寬調制（ ） 功率半導體器件的不斷進步，尤其是新型可關斷器件，如 BJT（雙極型晶體管） 、 MOSFET（金屬氧化硅場效應管） 、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實用化，使得開關高頻 化的 PWM 技術成為可能。目前功率半導體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能 化方向發展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交-直-交變頻器、電流型交-直-交變頻器和 交-交變頻器三種。 電流型交-直-交變頻器的中間直流環節采用大電感作儲能元件， 無功功率 將由大電感來緩沖，它的一個突出優點是當電動機處于制動（發電）狀態時，只需改變網側 可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側的再生電能方便地回饋到交流電網， 構成的 調速系統具有四象限運行能力， 可用于頻繁加減速等對動態性能有要求的單機應用場合， 在 大容量風機、泵類節能調速中也有應用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環節采用大電容 作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對于負載電動機而言，電壓型變頻器相當于一個 交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅動多臺電動機并聯運行。電壓型 PWM 變 頻器在中小功率電力傳動系統中占有主導地位。 但電壓型變頻器的缺點在于電動機處于制動 （發電） 狀態時， 回饋到直流側的再生電能難以回饋給交流電網， 要實現這部分能量的回饋， 網側不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器， 必須采用可逆變流器， 如采用兩 套可控整流器反并聯、采用 PWM 控制方式的自換相變流器（“斬控式整流器”或 “PWM 整 流器”） 。網側變流器采用 PWM 控制的變頻器稱為“雙 PWM 控制變頻器”，這種再生能量回 饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續可調，輸入電流（網側電流）波形基本為正弦，功 率因數保持為 1 并且能量可以雙向流動的特點， 代表一個新的技術發展動向， 但成本問題限 制了它的發展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數低的缺點，只 能用于低速（低頻）大容量調速傳動。為此，矩陣式交-交變頻器應運而生。矩陣式交-交變 頻器功率密度大，而且沒中間直流環節，省去了笨重而昂貴的儲能元件，為實現輸入功率因 數為 1、輸入電流為正弦和四象限運行開辟了新的途徑。 隨著電壓型 PWM 變頻器在高性能的交流傳動系統中應用日趨廣泛，PWM 技術的研究 越來越深入。
普通 PWM 變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功 率器件開關頻率相關的諧波成分， 諧波電流引起的脈動轉矩作用在電動機上， 會使電動機定 子產生振動而發出電磁噪聲， 其強度和頻率范圍取決于脈動轉矩的大小和交變頻率。 如果電 磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍， 將會使人的聽覺受到損害。 一些幅度較大的中頻諧波電流 還容易引起電動機的機械共振，導致系統的穩定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提 高功率器件的開關頻率， 但這種方法會使得開關損耗增加； 另一種方法就是隨機地改變功率 器件的導通位置和開關頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍 內，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達到抑制電磁噪聲和機械共振的目的，這就是隨 機 PWM 技術。
應用矢量控制技術、直接轉矩控制技術及現代控制理論 應用矢量控制技術、直接轉矩控制技術及現代 現代控制理論 交流傳動系統中的交流電動機是一個多變量、 非線性、 強耦合、 時變的被控對象， VVVF 控制是從電動機穩態方程出發研究其控制特性，動態控制效果很不理想。20 世紀 70 年代初 提出用矢量變換的方法來研究交流電動機的動態控制過程， 不但要控制各變量的幅值， 同時 還要控制其相位， 以實現交流電動機磁通和轉矩的解耦， 促使了高性能交流傳動系統逐步走 向實用化。 目前高動態性能的矢量控制變頻器已經成功地應用在軋機主傳動、 電力機車牽引 系統和數控機床中。此外，為了解決系統復雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的 控制方法，如直接轉矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術的發展，現代控 制理論中的各種控制方法也得到應用， 如二次型性能指標的最優控制和雙位模擬調節器控制 可提高系統的動態性能，滑模（Sliding mode）變結構控制可增強系統的魯棒性，狀態觀測 器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實測的狀態信息，自適應控制則能全面地提高系統的性能。
廣泛應用微電子技術 廣泛應用微電子 電子技術 隨著微電子技術的發展， 數字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到很大提高， 這使 得全數字化控制系統取代以前的模擬器件控制系統成為可能。 目前適于交流傳動系統的微處 理 器 有 單 片 機 、 數 字 信 號 處 理 器 （ Digital Signal Processor--DSP ） 專 用 集 成 電 路 、 （Application Specific Integrated Circuit--ASIC）等。
開發新型電動機和無機械傳感器技術 交流傳動系統的發展對電動機本體也提出了更高的要求。 電動機設計和建模有了新的研 究內容，如三維渦流場的計算、考慮轉子運動及外部變頻供電系統方程的聯解、電動機阻尼 繞組的合理設計及籠條的故障檢測等。
為了更詳細地分析電動機內部過程， 如繞組短路或轉子斷條等問題， 多回路理論應運而生。 隨著 20 世紀 80 年代永磁材料特別是釹鐵硼永磁的發 展， 永磁同步電動機（Permanent-MagnetSynchronous Motor--PMSM）的研究逐漸熱門和深 入，由于這類電動機無需勵磁電流，運行效率、功率因數和功率密度都很高，因而在交流傳 動系統中獲得了日益廣泛的應用。此外，開關變磁阻理論使開關磁阻電動機 （Switched Reluctance Motor--SRM） 迅速發展， 開關磁阻電動機與反應式步進電動機相類似， 在加了轉子位置閉環檢測后可以有效地解決失步問題，可方便地起動、調速或點控，其優良 的轉矩特性特別適合于要求高靜態轉矩的應用場合。 在高性能的交流調速傳動系統中， 轉子 速度（位置）閉環控制往往是必需的。
參考文獻：
[1]《計算機操作系統教程》張堯學清華大學出版社（第二版）