半導(dǎo)體器件分析范文

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關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體器件；壽命；浪涌；靜電；軟啟動(dòng)；消浪涌電路

中圖分類號(hào)：TN709；TN307 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）01-00-03

0 引 言

隨著半導(dǎo)體器件的廣泛使用，其壽命指標(biāo)受到業(yè)界普遍關(guān)注。半導(dǎo)體器件壽命的延續(xù)是一種性能退化過程，最終導(dǎo)致失效[1]。造成這種退化的原因很多，如人為使用不當(dāng)、浪涌和靜電擊穿等，但通過一定的預(yù)防措施和增加必要的附加電路可以有效延長半導(dǎo)體器件的壽命。

1 半導(dǎo)體器件的退化和失效

大量試驗(yàn)表明，半導(dǎo)體器件的失效隨時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)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(dǎo)體材料本身原因造成；中期偶然失效期的時(shí)域較寬，在此期間導(dǎo)致半導(dǎo)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(fā)引起[2]。由此可知，只要通過初期的嚴(yán)格篩選，同時(shí)加強(qiáng)質(zhì)量管理和改進(jìn)生產(chǎn)工藝，防止偶然失效，半導(dǎo)體器件就能獲得較長的壽命[3]。

圖1 半導(dǎo)體器件失效期隨時(shí)間的分布

2 半導(dǎo)體器件壽命影響因素及預(yù)防措施

PN結(jié)是半導(dǎo)體器件的核心，對(duì)電壓沖擊的承受能力很差，一旦被擊穿，便無法產(chǎn)生非平衡載流子。在使用過程中，半導(dǎo)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(fā)性的瞬間電信號(hào)脈沖，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，一般表現(xiàn)為尖脈沖，脈寬很窄，但峰值較高，容易使半導(dǎo)體器件瞬時(shí)過壓造成PN結(jié)擊穿，即使不致于一次性使半導(dǎo)體器件產(chǎn)生完全失效，但在多次浪涌的沖擊下也會(huì)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(xiàn)比較多的浪涌是開啟或關(guān)斷電源時(shí)抑或器件接觸不良時(shí)產(chǎn)生的電壓/電流沖擊，以及由于電網(wǎng)波動(dòng)或其它大功率電器啟動(dòng)而產(chǎn)生的電壓/電流沖擊。另外，靜電也是造成PN結(jié)損壞或擊穿的重要原因。表1給出了產(chǎn)生浪涌和靜電的幾種常見原因及其特征和預(yù)防措施。

3 模擬電路中浪涌消除電路

3.1 短路保護(hù)開關(guān)

為半導(dǎo)體器件并聯(lián)一個(gè)電阻較小的短路保護(hù)開關(guān)是一種簡單的消浪涌方法[5]。當(dāng)需要啟動(dòng)半導(dǎo)體器件電源時(shí)，先閉合短路保護(hù)開關(guān)，讓啟動(dòng)電源瞬間產(chǎn)生的浪涌經(jīng)短路保護(hù)開關(guān)放電，待電源工作穩(wěn)定后，斷開短路開關(guān)，穩(wěn)定的電源便可正常工作于半導(dǎo)體器件。當(dāng)需要關(guān)閉電源時(shí)，先閉合短路保護(hù)開關(guān)，然后斷開電源開關(guān)，以避免瞬間電流浪涌損壞半導(dǎo)體器件。實(shí)踐證明，該方法對(duì)消除開關(guān)驅(qū)動(dòng)電源時(shí)瞬間產(chǎn)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(dǎo)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(dòng)電路

為解決以上不足，可采用電源軟啟動(dòng)電路，該電路不但可以消除電源啟動(dòng)/關(guān)閉瞬間產(chǎn)生的浪涌，還可以保證半導(dǎo)體器件兩端避免突然加上階躍電壓，因?yàn)檫@種上升沿很陡的電壓，即使幅值很低，也會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件產(chǎn)生不良影響[6]。圖2（a）和圖2（b）給出了有/無采取軟啟動(dòng)情況下半導(dǎo)體器件驅(qū)動(dòng)電流I隨時(shí)間t的變化。在沒有電源軟啟動(dòng)電路的情況下接通電源開關(guān)，驅(qū)動(dòng)電源會(huì)產(chǎn)生幅度較大的電流浪涌，隨后經(jīng)過過渡過程才趨向穩(wěn)定。采用電源軟啟動(dòng)電路之后，工作電壓不會(huì)瞬間加在整個(gè)穩(wěn)流電路上，而是在一定的時(shí)間內(nèi)，電流從零開始逐漸上升到正常工作值。

圖2 有/無軟啟動(dòng)情況下驅(qū)動(dòng)電流I與時(shí)間t的關(guān)系

軟啟動(dòng)電路在電源電路中已得到了廣泛應(yīng)用，該過程可以由計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，且可靠性高，穩(wěn)定性好，但是價(jià)格比較昂貴。實(shí)際上，對(duì)于一些簡單的、普通的半導(dǎo)體器件電源電路，只需對(duì)電源電路稍加改進(jìn)，便可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，圖3給出了一個(gè)利用RC充電原理實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)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(gè)π型濾波器電路，防止電流突變。該軟啟動(dòng)電路可以使得半導(dǎo)體器件兩端的電壓逐漸加上，不會(huì)產(chǎn)生浪涌信號(hào)對(duì)半導(dǎo)體器件帶來破壞。

4 數(shù)字電路中浪涌消除電路

在很多情況下，半導(dǎo)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(jī)械振動(dòng)都會(huì)造成時(shí)通時(shí)斷而產(chǎn)生連續(xù)多個(gè)電壓浪涌。另外，某些功能控制開關(guān)和功率調(diào)節(jié)開關(guān)接觸不良或動(dòng)作瞬間也會(huì)產(chǎn)生連續(xù)多個(gè)電壓浪涌。在數(shù)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(tài)，若未經(jīng)處理直接將它加在半導(dǎo)體器件兩端會(huì)影響其壽命，同時(shí)也會(huì)給系統(tǒng)帶來干擾。

圖3 電源軟啟動(dòng)電路

圖4給出了一款應(yīng)用于數(shù)字電路中具有消除連續(xù)多個(gè)電壓浪涌功能的電路。電路中的CLNR是觸發(fā)器清零信號(hào)，K1_in和K2_in表示兩組帶有浪涌的輸入信號(hào)，K1_out和K2_out表示所對(duì)應(yīng)的經(jīng)過消浪涌后的輸出信號(hào)。電路采用了分頻采樣、移位寄存和計(jì)算判斷方法，采用4個(gè)D觸發(fā)器連續(xù)對(duì)輸入信號(hào)K1_in進(jìn)行移位采樣，并隨時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)寄存于數(shù)組K1[4..1]中。若數(shù)組中相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)都為高電平就默認(rèn)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(dǎo)體管腳和插座接觸不良或機(jī)械振動(dòng)等現(xiàn)象引起的連續(xù)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(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)移位寄存。圖5給出了該電路在Quartus II 環(huán)境下的仿真波形。

圖5 數(shù)字電路中浪涌消除電路仿真波形

從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)K1_in在低電平輸入過程中連續(xù)出現(xiàn)多個(gè)脈寬小于或等于10 ms的高電平浪涌時(shí)，輸出信號(hào)K1_out仍為低電平；當(dāng)輸入信號(hào)K2_in在高電平輸入過程中連續(xù)出現(xiàn)多個(gè)脈度小于或等于10 ms的低電平浪涌時(shí)，輸出信號(hào)K2_out仍為高電平。由此可知，該電路能很好地消除連續(xù)出現(xiàn)的浪涌，作為半導(dǎo)體器件浪涌消除電路可有效延長半導(dǎo)體器件壽命指標(biāo)，并具有良好的抗浪涌信號(hào)干擾的能力。另外，從信號(hào)延時(shí)來看，該電路的輸入信號(hào)僅有5 ms的時(shí)序延時(shí)，與同類的浪涌消除或抖動(dòng)信號(hào)消除電路相比較，該延時(shí)較小。

5 結(jié) 語

隨著半導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝日趨成熟，其應(yīng)用范圍已覆蓋了國防、工業(yè)、科研和民用等領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要的作用[7，8]，因此，有必要針對(duì)它的壽命特性和延壽方法開展進(jìn)一步的研究。文中分析了影響半導(dǎo)體器件壽命的主要原因，討論了浪涌和靜電的特點(diǎn)及其預(yù)防措施，分別給出了應(yīng)用于模擬電路和數(shù)字電路中的電源軟啟動(dòng)電路和連續(xù)浪涌消除電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，性能良好，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙霞，吳金，姚建楠.基于失效機(jī)理的半導(dǎo)體器件壽命模型研究[J].可靠性物理與失效分析技術(shù)，2007，25（6）：15-18.

[2] 李適民，黃維玲.激光器原理與設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)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(yàn)方法的比較[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2006，31（9）：680-683.

[4] 黃德修.半導(dǎo)體光電子學(xué)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[5] 羅文超，徐釗，盛祥佐.一種基于DDS的QPSK調(diào)制器及其FPGA實(shí)現(xiàn)[J].電訊技術(shù)，2007，47（4）：156-158.

[6] Suematsu Y， Adams A R. Handbook of semiconductor lasers and Photonic Intergrated circuits[M]. Springer：1994.

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1堅(jiān)持半導(dǎo)體器件生產(chǎn)為主的必要性和可能性

在當(dāng)前生產(chǎn)半導(dǎo)體器件幾乎無利可圖的條件下，為什么還要堅(jiān)持以生產(chǎn)半導(dǎo)體器件為主呢?主要有以下三方面的原因。首先，從半導(dǎo)體器件的市場需求來看，無論是國內(nèi)還是國際，都有著廣闊的市場。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國1991年的半導(dǎo)體分立器件年需求量約為50億只，有24億只靠國外進(jìn)口。國際上半導(dǎo)體分立器件的需求量也呈上升趨勢，預(yù)計(jì)1995年將達(dá)到692億只。如此巨大的市場，為我們發(fā)展半導(dǎo)體器件生產(chǎn)提供了可能性。發(fā)展半導(dǎo)體器件生產(chǎn)是大有可為的。第二，從我廠實(shí)際情況來看，經(jīng)過“六五”期間的技術(shù)改造，我廠的生產(chǎn)工藝裝備已達(dá)到國際上/廿十年代初的先進(jìn)水平，與臺(tái)灣、韓國的一些廠家相仿。而且經(jīng)過二十多年的生產(chǎn)實(shí)踐，我廠已形成了素質(zhì)較好的技術(shù)力量和管理基礎(chǔ)。產(chǎn)品在國內(nèi)市場也具有較高的信譽(yù)，還具有適合半導(dǎo)體器件生產(chǎn)的特殊廠房，這些都是企業(yè)在市場競爭中的優(yōu)勢。如果另謀他業(yè)，無異是揚(yáng)短避長，也是一種很大的浪費(fèi)。第三，目前企業(yè)面臨的困境，主要是受進(jìn)口產(chǎn)品的沖擊。具體地分析一下，我們生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件在質(zhì)量上已基本達(dá)到了國際水平。最大差距在于價(jià)格。而造成差距的原因就是我廠的生產(chǎn)沒有達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)的水平，成本居高不下。目前，國外的二極管生產(chǎn)企業(yè)年產(chǎn)一般達(dá)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(guī)模上的差距直接造成了我們竟?fàn)幹械牧觿荨Ｋ灾灰覀兡茉诎l(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)上取得突破，完全可以和進(jìn)口產(chǎn)品一爭高低。由此可見，我們的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)并非死路一條，而是有著發(fā)展的可能性與必要性的。

2引進(jìn)外資是加速形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的有效途徑

盡快發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)，以進(jìn)一步降低成本和售價(jià)，是我們半導(dǎo)體器件企業(yè)參與國際、國內(nèi)競爭的根本出路。從當(dāng)前實(shí)際情況來看，引進(jìn)外資，興辦中外合資企業(yè)無疑是加速形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的一種有效途徑。這是因?yàn)?第一，要發(fā)展生產(chǎn)規(guī)模必須有一個(gè)與生產(chǎn)同步發(fā)展的市場，不然企業(yè)無法承受。興辦中外合資企業(yè)就可以借助外商較快進(jìn)入國際市場，擴(kuò)大市場銷路，為擴(kuò)大生產(chǎn)創(chuàng)造重要的條件。第二，興辦中外合資企業(yè)有利于學(xué)習(xí)借鑒國外規(guī)模生產(chǎn)的工藝技術(shù)和管理方法，提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高產(chǎn)品競爭力。第三，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)，必然需要增加投入，包括添置設(shè)備、工夾模具、增加流動(dòng)資金，而企業(yè)由于效益不好加上前幾年借的貸款未還清，很難籌集。引進(jìn)外資正好可以彌補(bǔ)這方面不足。第四，興辦中外合資企業(yè)有利于轉(zhuǎn)換企業(yè)經(jīng)營機(jī)制和轉(zhuǎn)變?nèi)说乃枷胗^念，使之適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的需求。

我廠的實(shí)踐也充分說明了引進(jìn)外資是促進(jìn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)的有效途徑。1986年我廠從美國引進(jìn)以)41塑封二極管生產(chǎn)線，由于市場銷路、設(shè)備能力不配套等原因，年產(chǎn)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(chǎn)線與香港海灣電子有限公司合資，雙方以設(shè)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(chǎn)線形成子較強(qiáng)的規(guī)模生產(chǎn)能力。該公司于今年2月份投入試生產(chǎn)后，由于設(shè)備配套，在管理上吸取了國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，紀(jì)律嚴(yán)明，重獎(jiǎng)重罰，職工收入與生產(chǎn)直接掛鉤，生產(chǎn)效率大幅度提高，產(chǎn)量逐月上升，銷售供不應(yīng)求。至10月底，已累計(jì)生產(chǎn)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(chǎn)品，月產(chǎn)成品210。萬只、芯片1億只的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品質(zhì)量和成本都已達(dá)到國際水平，產(chǎn)品大部分進(jìn)入國際市場，已創(chuàng)匯141萬美元，從9月份已開始盈利。預(yù)計(jì)明年生產(chǎn)將穩(wěn)步提高，達(dá)到月產(chǎn)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(xiàng)目，目前設(shè)備已全部到位，正在進(jìn)行安裝調(diào)試，預(yù)計(jì)明年初即可投入試生產(chǎn)。

為了進(jìn)一步形成半導(dǎo)體器件的規(guī)模生產(chǎn)，我們決定把另外兩條生產(chǎn)線即以)35開關(guān)穩(wěn)壓二極管生產(chǎn)線和玻璃鈍化二極管生產(chǎn)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(dǎo)體器件規(guī)模生產(chǎn)有一個(gè)明顯的飛躍。

3發(fā)展多種經(jīng)!是企業(yè)在市場經(jīng)濟(jì)激烈競爭中的明智選擇

在堅(jiān)持一業(yè)為主的同時(shí)，還必須因地制宜.地發(fā)展多種經(jīng)營，這是與半導(dǎo)體器件生產(chǎn)相輔相成的一個(gè)重要方面，也是我廠發(fā)展思路中的一個(gè)不可缺少的重要內(nèi)容。我們認(rèn)為，無論是現(xiàn)在還是將來，發(fā)展多種經(jīng)營都是企業(yè)在市場經(jīng)濟(jì)中立于不敗之地的明智選擇和實(shí)際需要。具體地說有以下四方面的原因。第一，隨著規(guī)模經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)效率大幅度提高，現(xiàn)有職工明顯過剩，發(fā)展多種經(jīng)營就可以妥善安置這部分職工，第二，半導(dǎo)體器件生產(chǎn)總有起伏，有了多種經(jīng)營就可以互相支持，所謂東方不亮西方亮，不至于造成企業(yè)的大起大落;第三，從我國社會(huì)需求看，具備了發(fā)展其他產(chǎn)品門類和第三產(chǎn)業(yè)的條件;第四，企業(yè)也具備了發(fā)展多種經(jīng)營的條件，如場地、技術(shù)兒才、設(shè)備等。因此，我們根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，制訂了發(fā)展多種經(jīng)營的規(guī)劃，具體有以下幾方面的內(nèi)容。

(1)積極籌建上海無線電十七廠電子設(shè)備浦東分廠，以本廠設(shè)備儀表科為主體，充分利用浦東開發(fā)的優(yōu)惠政策和本廠專用設(shè)備儀表制造能力，建立具有獨(dú)立法人地位的分廠。目前，已基本完成了項(xiàng)目談判，預(yù)計(jì)明年上半年可正式開業(yè)。

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【關(guān)鍵詞】電子元器件；破壞性；物理分析

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電子技術(shù)發(fā)展迅猛，逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)的支撐產(chǎn)業(yè)。但是電子元器件在設(shè)備運(yùn)行階段經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)破壞，所以相關(guān)人員需要定期對(duì)電子元器件進(jìn)行檢查，從而保證電子元器件的正常使用。基于此本文就對(duì)電子元器件的破壞性物理分析進(jìn)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(duì)電子元器件進(jìn)行解剖，對(duì)電子元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行詳細(xì)分析，從而保證電子元器件的設(shè)計(jì)合格、結(jié)構(gòu)組合一致、材料運(yùn)用符合標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步保證電子元器件的使用質(zhì)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(duì)電子一般情況下，PDA的目的包含以下兩個(gè)方面內(nèi)容：一方面，對(duì)電子元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行、使用材料、工藝設(shè)計(jì)等方面內(nèi)容進(jìn)行檢查，保證這些部分組成合理，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而可以為為電子元器件破壞性物理分析奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另一方面，PDA可以為部分電子元器件的改進(jìn)提供參考依據(jù)，并可以對(duì)電子元器件的生產(chǎn)狀況和生產(chǎn)質(zhì)量效率進(jìn)行針對(duì)性評(píng)價(jià)。

2我國電子元器件破壞性物理分析的應(yīng)用效果

2.1相關(guān)半導(dǎo)體器件質(zhì)量合格率高

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國半導(dǎo)體器件的使用逐漸提升，但是半導(dǎo)體器件在使用過程中還存在著嚴(yán)重的質(zhì)量實(shí)效性問題，因此，相關(guān)人員需要對(duì)半導(dǎo)體器件的破壞情況進(jìn)行全面分析，并針對(duì)半導(dǎo)體器件中存在的問題制定針對(duì)性解決措施，保證半導(dǎo)體器件產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量合格，從而提高我國相關(guān)半導(dǎo)體器件質(zhì)量合格率。

2.2加快電子元器件質(zhì)量問題的原因發(fā)現(xiàn)速度

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的到來，我國逐漸成為經(jīng)濟(jì)大國，半導(dǎo)體器件的使用數(shù)量也逐漸呈現(xiàn)出上升的趨勢，通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)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(xiàng)目的發(fā)現(xiàn)機(jī)率上升，內(nèi)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(zhì)量問題的原因發(fā)現(xiàn)速度。

2.3為相關(guān)器件改進(jìn)措施提供參考依據(jù)

一般情況下，相關(guān)人員在進(jìn)行相關(guān)器件的破壞性物理分析后，經(jīng)常會(huì)經(jīng)分析數(shù)據(jù)提供給器件的生產(chǎn)廠家，然后器件生產(chǎn)廠家在對(duì)相關(guān)器件的破壞性物理分析數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并對(duì)數(shù)據(jù)顯示中的不合格元器件進(jìn)行分析，改進(jìn)生產(chǎn)加工方法，從而保證相關(guān)器件的質(zhì)量合格。與此同時(shí)，相關(guān)廠家也會(huì)對(duì)電子元器件破壞性物理因素進(jìn)行分析，并在內(nèi)部建立相關(guān)分析部門，在相關(guān)器件生產(chǎn)出廠之前，對(duì)器件進(jìn)行破壞性物理分析檢查，讓電子元器件生產(chǎn)廠家都對(duì)自家生產(chǎn)情況進(jìn)行了解，從而保證各個(gè)電子元器件生產(chǎn)廠家質(zhì)量合格。

3電子元器件破壞性物理分析的具體要項(xiàng)

3.1用戶委托形勢下的工作開展要點(diǎn)

現(xiàn)階段，我國電子元器件破壞性物理分析已經(jīng)涉及到各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展都起到至關(guān)重要的作用，面對(duì)此種情況，相關(guān)人員需要對(duì)電子元器件的可靠性進(jìn)行分析，并使用用戶委托形式下的工作開展要點(diǎn)。一般情況下，用戶委托形勢下的工作開展要點(diǎn)需要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行：一方面，相關(guān)人員需要嚴(yán)格按照國家下發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電子元器件破壞性物理分析，并在雙方合同中對(duì)裁定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行說明，嚴(yán)格按照裁定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行價(jià)格制定。另一方面，在進(jìn)行電子元器件的樣品制作過程中，相關(guān)人員需要采用科學(xué)合理的解剖技術(shù)對(duì)電子元器件進(jìn)行解剖，分析電子元器件的外形結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、集合電路等方面內(nèi)容是否合理，然后再進(jìn)行其他項(xiàng)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(shí)機(jī)分析

現(xiàn)階段，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)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(duì)此種情況，相關(guān)人員需要對(duì)電子元器件破壞性物理分析工作制定嚴(yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，保證電子元器件可以滿足設(shè)備的使用需求。相關(guān)單位可以在施工前期開展相關(guān)產(chǎn)品的破壞性物理分析工作，對(duì)產(chǎn)品情況進(jìn)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(zhì)量。

3.3抽樣取樣的科學(xué)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(xué)性分析，具體可以從以下個(gè)方面進(jìn)行：一方面，在電子元器件檢測中需要保證樣品數(shù)量不超過十個(gè)，且保證樣品數(shù)量占到生產(chǎn)總批數(shù)的百分之一。另一方面，相關(guān)人員需要對(duì)未經(jīng)過篩選的樣品進(jìn)行分析，并嚴(yán)格按照檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行執(zhí)行，進(jìn)一步動(dòng)我國電子技術(shù)的快速發(fā)展。

4總結(jié)語

總而言之，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快發(fā)展，電子元器件的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，因此，相關(guān)人員要想保證電子元器件的正常使用就需要對(duì)電子元器件的破壞性物理分析進(jìn)行全面分析，并根據(jù)電子元器件的具體使用環(huán)境制定針對(duì)性維護(hù)措施，保證電子元器件的正常使用，從而推動(dòng)我國電子技術(shù)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]周慶波,王曉敏.電子元器件破壞性物理分析中幾個(gè)問題的探討[J].太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào),2016,14(01):155-158.

[2]梁倩.電子元器件破壞性物理分析密封試驗(yàn)的探討與實(shí)踐[C].四川省電子學(xué)會(huì)曙光分會(huì)第十七屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨中物院第十屆電子技術(shù)青年學(xué)術(shù)交流會(huì)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(yàn)的探討與實(shí)踐[J].太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào),2015,13(06):1009-1013.

篇4

關(guān)鍵詞 熱固性塑料；封裝成型；半導(dǎo)體器件；參數(shù)影響

中圖分類號(hào) TN3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(lián)固化工藝注塑成形。材料在成型之前處于液態(tài)狀態(tài)，在封裝成型以后其狀態(tài)不會(huì)再發(fā)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(huán)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(shù)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(yùn)芰顯料倒進(jìn)塑化機(jī)筒，然后塑化機(jī)筒會(huì)加熱，筒內(nèi)有轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿，使得原料熔化，并被螺桿推動(dòng)，到達(dá)螺桿的頭部。當(dāng)融化的原料達(dá)到注塑要求時(shí)，螺桿會(huì)前移，并以一定的注射壓力和速度將原料推入模具內(nèi)。在高溫高壓條件下，原料會(huì)在模具與固化劑相互作用，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，釋放水、氨等低分子物質(zhì)。最后當(dāng)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(xiàng)

注塑環(huán)節(jié)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(wěn)定性和流動(dòng)性，在筒內(nèi)的時(shí)間至少要10min，并且主要熔體在低溫的時(shí)候比較穩(wěn)定，高溫的時(shí)候交聯(lián)反應(yīng)十分迅速。注意機(jī)筒內(nèi)加熱的介質(zhì)是水，成型模具內(nèi)的加熱介質(zhì)是油，而且必須要用恒溫控制，盡量降低溫度波動(dòng)差。注射熔體的時(shí)候，必須要把控好壓力和速度，不能過快，過快會(huì)出現(xiàn)推擠，還要注意調(diào)整的時(shí)候要以成品的質(zhì)量為準(zhǔn)。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(dǎo)體器件概述

半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電性在導(dǎo)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(dǎo)體材料來制備。隨著科技的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)材料功能的弊端開始顯露，無法滿足人們的需求，因此出現(xiàn)了具有半導(dǎo)體特征的有機(jī)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(huì)逐漸取代Si和GaAs制備的半導(dǎo)體材料。塑料半導(dǎo)體材料已經(jīng)逐步被研發(fā)出來，并且具有獨(dú)特的優(yōu)勢，原料容易得到、重量輕、成本低、工藝簡易、穩(wěn)定性好等，而且該類半導(dǎo)體材料還屬于可回收的材料，真正實(shí)現(xiàn)環(huán)保。

3 研究方法

本文對(duì)半導(dǎo)體器件的直流參數(shù)測試系統(tǒng)進(jìn)行研究，該系統(tǒng)的各部分技術(shù)指標(biāo)及主要功能如下：計(jì)算機(jī)是運(yùn)行平臺(tái)和系統(tǒng)核心；系統(tǒng)背板能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)電壓源、電流源、電壓表等模塊與計(jì)算機(jī)的通信；系統(tǒng)專用接口用于通信系統(tǒng)背板和計(jì)算機(jī)；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?qū)崿F(xiàn)脈沖電流的測量；小電流源可以為系統(tǒng)提供直流電流；小電壓源為系統(tǒng)提供直流電壓。數(shù)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(guān)可以實(shí)現(xiàn)不同模塊之間的調(diào)配，為直流參數(shù)測量工作打好基礎(chǔ)；測試端子可以將被測功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行連接。？

4 直流參數(shù)測量原理

對(duì)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(guī)定值，并記錄此時(shí)電壓的數(shù)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(biāo)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(dāng)50A以下的時(shí)候是100μs～10ms，在50A～500A內(nèi)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(chǎn)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(yīng)該按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來確定。在該項(xiàng)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(shí)際應(yīng)用中，能夠通過變壓器來實(shí)現(xiàn)電容器矩陣的充電功能，在實(shí)現(xiàn)一個(gè)定值的時(shí)候，也可以通過相關(guān)軟件來進(jìn)行通斷時(shí)間的控制，從而生成脈沖大電流。但是該技術(shù)難度非常的大，尤其是在實(shí)施過程中，采取何種方式來達(dá)到脈沖電流的精度是非常難的，同時(shí)怎樣配合大功率精密電阻去實(shí)現(xiàn)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(guān)鍵點(diǎn)之一。基于以上幾個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，在該設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員融合了值電容并聯(lián)的技術(shù)，通過該技術(shù)能夠有效滿足對(duì)電容值的需求，同時(shí)也能夠降低因?yàn)殡娙葸^大而導(dǎo)致的高阻抗特性。

5 技術(shù)指標(biāo)的保證

硬件設(shè)計(jì)最為重要的基礎(chǔ)就是保證技術(shù)的指標(biāo)，因此針對(duì)該設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，技術(shù)人員進(jìn)行了相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文重點(diǎn)對(duì)小電壓源和小電流源兩個(gè)部分進(jìn)行相關(guān)的分析。二者的技術(shù)指標(biāo)都強(qiáng)調(diào)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(wěn)定性會(huì)下降；其開路電壓為一個(gè)定值，再本設(shè)計(jì)中為10V。

在本研究實(shí)驗(yàn)中，采取了以下幾種措施來保證實(shí)驗(yàn)的精確性：首先是數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片方面，對(duì)于數(shù)模轉(zhuǎn)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(gè)通道可以給電路提供驅(qū)動(dòng)的電壓以及電流，另外一個(gè)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(shù)模轉(zhuǎn)換器，能夠避免塌陷導(dǎo)致的精度下降，并可以進(jìn)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(lián)方式，該方式能夠配合出不同的阻值，因?yàn)槿绻遣⒙?lián)的話，在繼電器進(jìn)行切換的時(shí)候，會(huì)構(gòu)成反饋環(huán)路，主運(yùn)放開環(huán)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(fù)載連接，當(dāng)測試元件的等效電阻比較小的時(shí)候，受到線損的影響，會(huì)出現(xiàn)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(shù)據(jù)的精度；最后就是研究人員在電路板走線的時(shí)候，嚴(yán)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(jié)論

本文從熱固性塑料的概況出發(fā)，總結(jié)了注塑方法和注意事項(xiàng)；同時(shí)研究了半導(dǎo)體器件直流參數(shù)測試系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)、功能原理、軟件開發(fā)等，旨在為熱固性塑料封裝成型對(duì)半導(dǎo)體器件參數(shù)數(shù)值的影響研究提供意見。相關(guān)技術(shù)人員在參考本意見的時(shí)候，需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化和改進(jìn)，以求能夠更好地？應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]黃增芳.熱致性液晶/鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂共混物的制備、固化動(dòng)力學(xué)及其增韌機(jī)理的研究[D].湘潭：湘潭大學(xué)，2014.

[2]戴煒鋒.半導(dǎo)體器件的建模、仿真與分析：大功率LED器件與半導(dǎo)體壓阻器件的研究[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2014.

[3]梁健.基于人工光子微結(jié)構(gòu)調(diào)控的HgCdTe中長波焦平面紅外探測器的研究[D].上海：中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所），2015.

[4]汪潤生.基于VB和Fortran混合編程的有機(jī)半導(dǎo)體雙端器件載流子輸運(yùn)特性分析軟件研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2010.

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【關(guān)鍵詞】塑封；塑封機(jī)；模具；真空

1.引言

作為半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)品，為了有效保護(hù)其芯片和內(nèi)部焊接引線，需要使用環(huán)氧樹脂把焊接在引線框架上的芯片和引線進(jìn)行封裝，形成一個(gè)堅(jiān)硬保護(hù)體。然而某些產(chǎn)品（如SOT-186A，SOD-113等）因?qū)ζ湫阅苡刑貏e的要求，使其載芯板背面環(huán)氧樹脂保護(hù)層厚度只有0.3MM左右。在這條件下，應(yīng)用傳統(tǒng)的封裝工藝生產(chǎn)，其成品率低。產(chǎn)品外觀缺陷主要體現(xiàn)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(diǎn)。所以通過提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易制作的半導(dǎo)體器件塑封抽真空裝置，通過抽真空裝置，可使產(chǎn)品在真空工藝條件下成形，提升其成品率。

2.技術(shù)方案

2.1 抽真空裝置結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體器件塑封抽真空裝置，包括有塑封機(jī)，塑封機(jī)上設(shè)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(shè)有抽氣閥、放氣閥及真空壓力表，真空壓力表通過壓力信號(hào)線連接塑封機(jī)進(jìn)行信號(hào)控制；真空容器罐與真空泵一起安裝在一可移動(dòng)的真空機(jī)殼體內(nèi)，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(nèi)部。（見圖1）

2.2 控制系統(tǒng)

為了使抽真空裝置能夠真正發(fā)揮應(yīng)有的作用，控制抽真空裝置的開啟和關(guān)閉的時(shí)間關(guān)鍵最為關(guān)鍵，最好做法就是將抽真空機(jī)和塑封壓機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，既能保證產(chǎn)品質(zhì)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(diǎn)并結(jié)合塑封壓機(jī)的工作時(shí)序，本著“簡化操作、減少人為失誤”的設(shè)計(jì)原則，充分利用塑封壓機(jī)在工作過程中所輸出的一些控制信號(hào)，設(shè)計(jì)了一個(gè)“自動(dòng)抽真空控制原理圖”（圖2），將抽真空機(jī)和塑封壓機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)。

該控制線路，除了利用塑封機(jī)原自身具有的一些配件以外，增加了R1繼電器、T1、T2兩個(gè)時(shí)間繼電器和S1、S2電磁閥。利用這些增加的電器元件，使壓機(jī)的控制線路和抽真空機(jī)的控制線路很好的結(jié)合起來。首先，將抽真空泵的電機(jī)電源并到塑封壓機(jī)的油泵電機(jī)上，其好處是在啟動(dòng)壓機(jī)電機(jī)開始進(jìn)行塑封作業(yè)的同時(shí)啟動(dòng)抽真空泵，不須單獨(dú)啟動(dòng)抽真空泵，避免因人為原因而忘記打開抽真空泵，真正達(dá)到防錯(cuò)的效果；當(dāng)合模到模具完全閉合并產(chǎn)生合模低壓（這時(shí)候合模壓力一般可以達(dá)到70Kg/cm2），壓機(jī)的低壓開關(guān)將會(huì)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(shí)間R1的常閉觸點(diǎn)將被斷開，使S2卸荷閥斷電，切斷模具內(nèi)部與外界連通的氣路，把模具內(nèi)部與外部完全隔離。這時(shí)候抽真空泵開始把模具內(nèi)部的空氣往外抽，當(dāng)繼續(xù)加壓達(dá)到合模高壓點(diǎn)的時(shí)候（這時(shí)候合模壓力一般達(dá)到150Kg/cm2），壓機(jī)的高壓開關(guān)閉合；按照一般的MGP模的塑封作業(yè)過程，高壓開關(guān)一閉合即會(huì)自動(dòng)執(zhí)行注塑的動(dòng)作；但在這個(gè)控制線路里面，我們先把高壓開關(guān)的輸出信號(hào)接到時(shí)間繼電器T1上，等T1設(shè)定時(shí)間達(dá)到以后，再同時(shí)向時(shí)間繼電器T2和注塑電磁閥S3供電。T1的主要作用就是對(duì)注塑電磁閥的執(zhí)行信號(hào)進(jìn)行延時(shí)（可根據(jù)抽真空的速度進(jìn)行調(diào)整，一般設(shè)定在5秒左右），因?yàn)楹夏毫υ诩訅旱倪^程從低壓到高壓只有很短的時(shí)間，一般只有2-3秒的時(shí)間，在這么短的時(shí)間內(nèi)是很難把真空度抽到能夠達(dá)到要求的，所以必須適當(dāng)?shù)难娱L一點(diǎn)時(shí)間后才能進(jìn)行注塑，這樣才能保證注塑的質(zhì)量。而T2的作用則是控制在注塑過程持續(xù)抽真空的時(shí)間。整個(gè)塑封注塑周期是120秒，在樹脂粉注滿每一個(gè)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(gè)注塑周期都持續(xù)抽真空的話，那么抽真空機(jī)將會(huì)由于長時(shí)間抽取模具里面的熱氣而導(dǎo)致泵體和電機(jī)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(shí)T2便開始計(jì)時(shí)，達(dá)到設(shè)定時(shí)間后其常閉觸頭將會(huì)動(dòng)作，斷開R1電源，使抽真空閥斷電停止抽氣，同時(shí)R1斷電后其常閉觸頭復(fù)位，接通卸荷閥電源，把模具內(nèi)部與外部大氣連通，實(shí)現(xiàn)開模前的減壓。

3.結(jié)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(yè)方法啟動(dòng)和操作設(shè)備，而不需要附加任何動(dòng)作，操作極其簡便，產(chǎn)品在真空工藝條件下成形，其外觀質(zhì)量也得到有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1]周煜明,聞芹堂,韓軍,丁建良,葉重明.半導(dǎo)體器件使用的封裝塑料兼論ME型改性環(huán)氧塑封料[J].江蘇化工.市場七日訊,1982(01).

[2]石英學(xué).噪聲用于半導(dǎo)體大功率激光器及雙極晶體管可靠性研究[D].吉林大學(xué),2006.

作者簡介：

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關(guān)鍵詞：半導(dǎo)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(dǎo)體器件已經(jīng)超過135年[1]。尤其是進(jìn)近幾十年來，半導(dǎo)體技術(shù)迅猛發(fā)展，各種半導(dǎo)體產(chǎn)品如雨后春筍般地出現(xiàn)，如柔性顯示器、可穿戴電子設(shè)置、LED、太陽能電池、3D晶體管、VR技術(shù)以及存儲(chǔ)器等領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。本文針對(duì)半導(dǎo)制造技術(shù)的演變和主要內(nèi)容的研究進(jìn)行梳理簡介和統(tǒng)計(jì)分析，了解半導(dǎo)體制造技術(shù)的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，掌握該領(lǐng)域技術(shù)演進(jìn)路線，同時(shí)提升對(duì)技術(shù)的理解和把握能力。

1 半導(dǎo)體技術(shù)

半導(dǎo)體制造技術(shù)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，制造技術(shù)水平的高低直接影響半導(dǎo)體產(chǎn)品的性能及其發(fā)展。光刻，刻蝕，沉積，擴(kuò)散，離子注入，熱處理和熱氧化等都是常用的半導(dǎo)體制造技術(shù)[2]。而光刻技術(shù)和薄膜制備技術(shù)是半導(dǎo)體制造技術(shù)中最常用的工藝，下面主要對(duì)以上兩種技術(shù)進(jìn)行簡介和分析。

2 光刻技術(shù)

主流的半導(dǎo)體制造過程中，光刻是最復(fù)雜、昂貴和關(guān)鍵的制造工藝。大概占成本的1/3以上。主要分為光學(xué)光刻和非光學(xué)光刻兩大類。據(jù)目前所知，廣義上的光刻（通過某種特定方式實(shí)現(xiàn)圖案化的轉(zhuǎn)移）最早出現(xiàn)在1796年，AloysSenefelder發(fā)現(xiàn)石頭通過化學(xué)處理后可以將圖像轉(zhuǎn)移到紙上。1961年，光刻技術(shù)已經(jīng)被用于在硅片上制造晶體管，當(dāng)時(shí)的精度是5微米。現(xiàn)在，X射線光刻、電子束光刻等已經(jīng)開始被用于的半導(dǎo)體制造技術(shù)，最小精度可以達(dá)到10微米。

光學(xué)投影式光刻是半導(dǎo)體制造中最常用的光刻技術(shù)，主要包括涂膠/前烘、曝光、顯影、后烘等。非光學(xué)光刻技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)有分辨率（即可以曝光出來的最小特征尺寸）、對(duì)準(zhǔn)（套刻精度的度量）、產(chǎn)量。

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)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(tǒng)的光學(xué)光刻制造技術(shù)開始步入發(fā)展瓶頸狀態(tài)，其面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題在于如何提高分辨率。

雖然，改進(jìn)傳統(tǒng)光學(xué)光刻制造技術(shù)的方法多種，但傳統(tǒng)的光學(xué)投影式技術(shù)已經(jīng)處于發(fā)展緩慢的階段。與傳統(tǒng)的投影式光刻技術(shù)發(fā)展緩慢相比，下一代光刻技術(shù)比如EUV、E-beam、X-ray、納米壓印等的發(fā)展很快。各大光刻廠商紛紛致力于研制下一代光刻技術(shù)，如三星的極紫外光刻、尼康的浸潤式光刻等。目前先進(jìn)的光刻技術(shù)主要集中在國外，國內(nèi)的下一代光刻技術(shù)和光刻設(shè)備發(fā)展相對(duì)較為滯后。

3 薄膜制備技術(shù)

半導(dǎo)體制造工藝中，在硅片上制作的器件結(jié)構(gòu)層絕大多數(shù)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(zhì)，其一維尺寸（厚度）遠(yuǎn)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(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition）和物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition）兩種。化學(xué)氣相沉積利用化學(xué)反應(yīng)生成所需的薄膜材料，常用于各種介質(zhì)材料和半導(dǎo)體材料的沉積，如SiO2， poly-Si， Si3N4等[3]。物理氣相沉積利用物理機(jī)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(gè)階段：晶核形成―聚集成束―形成連續(xù)膜。為了滿足半導(dǎo)體工藝和器件要求，通常情況下關(guān)注薄膜的一下幾個(gè)特性：（1）臺(tái)階覆蓋能力；（2）低的膜應(yīng)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(xué)＼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(tái)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(shù)的關(guān)鍵技術(shù)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(dǎo)致膜應(yīng)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(dǎo)體器件的進(jìn)一步微型化及其性能的提高。同時(shí)，低的膜應(yīng)力對(duì)所沉積的薄膜而言也是非常重要的。

4 結(jié)語

雖然，與不斷更新?lián)Q代的半導(dǎo)產(chǎn)品相比，半導(dǎo)體制造技術(shù)發(fā)展較為緩慢，大部分制造技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟。但是，隨著不斷發(fā)展的半導(dǎo)體行業(yè)，必然會(huì)對(duì)半導(dǎo)體制造技術(shù)的提出更高的要求，以滿足半導(dǎo)體產(chǎn)品的快速發(fā)展。因此，掌握和了解半導(dǎo)體制造技術(shù)的相關(guān)專利知識(shí)有利于推進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[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(guān)鍵詞]燒結(jié)；質(zhì)量；芯片粘附強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TF046.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）15-0096-01

1、引言

軍用半導(dǎo)體分立器件的質(zhì)量和可靠性，直接影響軍用整機(jī)的可靠性。永光電子有限公司從事軍用半導(dǎo)體分立器件的研制及生產(chǎn)四十余年，為航空、電子、兵器、船舶等領(lǐng)域提供國家重點(diǎn)工程配套產(chǎn)品，所以深知質(zhì)量和可靠性的重要。

從半導(dǎo)體分立器件生產(chǎn)實(shí)踐中可知，燒結(jié)質(zhì)量直接影響半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)品的電性能和熱性能，從而影響產(chǎn)品的可靠性，由此可知，燒結(jié)工序在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中至關(guān)重要，因此需要我們生產(chǎn)過程中對(duì)芯片粘附強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)通過X光掃描等方法對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制，提高產(chǎn)品燒結(jié)質(zhì)量和產(chǎn)品可靠性。

2 燒結(jié)

半導(dǎo)體的焊接技術(shù)主要有低溫?cái)U(kuò)散爐燒結(jié)，共晶焊燒結(jié)，導(dǎo)電膠連接，真空燒結(jié)等方式。我廠主要使用的芯片焊接工藝技術(shù)是合金燒結(jié)技術(shù)，合金燒結(jié)技術(shù)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(shí)，要獲得小的熱阻和優(yōu)良的抗熱疲勞性能。

燒結(jié)的失效機(jī)理：理想的焊接界面應(yīng)是不存在內(nèi)應(yīng)力，無裂紋，無空洞，低歐姆接觸熱阻的界面，而實(shí)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(dāng)，導(dǎo)致芯片焊接界面存在不同程度的質(zhì)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(dǎo)致散熱不良，空洞易形成局部熱點(diǎn)，嚴(yán)重引起熱奔，導(dǎo)致致命失效。而且粘接不良使熱阻增大，結(jié)溫上升，導(dǎo)致電遷移與溫度相關(guān)的失效機(jī)理產(chǎn)生。

3 燒結(jié)質(zhì)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(jié)質(zhì)量異常，我車間在燒結(jié)前會(huì)對(duì)待燒結(jié)的管芯、管座及焊片進(jìn)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(jié)質(zhì)量問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

3.2 熱阻測試及芯片粘附強(qiáng)度監(jiān)測

3.2.1、我廠燒結(jié)工序在生產(chǎn)一批產(chǎn)品前，會(huì)先試燒5只產(chǎn)品，檢驗(yàn)員按操作規(guī)范要求，對(duì)試燒好的產(chǎn)品進(jìn)行熱阻測試及芯片粘附強(qiáng)度試驗(yàn)，確認(rèn)無異常的情況下才會(huì)大批量燒結(jié)生產(chǎn)。

芯片粘附強(qiáng)度試驗(yàn)，我廠采用剪切力測試臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測，具體做法是，將待測產(chǎn)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(gè)側(cè)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)及失效判決接收判決如下：（如圖1）

失效判據(jù)（如果芯片焊接剪切發(fā)生以下情況認(rèn)為器件失效）

（1）剪切力小于圖中A線規(guī)定的最小剪切強(qiáng)度要求；

（2）剪切力小于圖中A線規(guī)定的最小剪切強(qiáng)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(shí)；

（3）剪切力小于圖中A線規(guī)定的最小剪切強(qiáng)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(shí)；

（4）剪切力小于圖中A線規(guī)定的最小剪切強(qiáng)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(shí)；

接收判據(jù)

（1） 用等于或大于圖中A線規(guī)定的最低剪切強(qiáng)度要求的2.0倍

（即D線）的力沒有切斷。

（2） 殘留的半導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)只適用于芯片面積小于1.65mm2器件）。

3.3 X光掃描檢驗(yàn)

對(duì)成品器件進(jìn)行X光掃描檢驗(yàn)，檢測器件空洞情況，剔除空洞較大較多器件，確保產(chǎn)品熱性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性。

4 總結(jié)

通過分析燒結(jié)質(zhì)量問題，明確燒結(jié)質(zhì)量的重要性，對(duì)于燒結(jié)質(zhì)量的控制，我們還要繼續(xù)朝細(xì)微處展開，同時(shí)增加新手段對(duì)燒結(jié)質(zhì)量進(jìn)行控制（如X光掃描檢驗(yàn)器件空洞情況），確保軍用器件的質(zhì)量和可靠性。

篇8

關(guān)鍵詞：基區(qū)寬度；擴(kuò)散長度；線性函數(shù)；載流子濃度；NPN BJT；LabVIEW

中圖分類號(hào)：TN386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(gè)鄰近區(qū)域且相鄰區(qū)域參雜類型不同的半導(dǎo)體器件，其中間區(qū)域與那里的少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度相比非常窄，這個(gè)較窄的中間區(qū)域?yàn)榛鶇^(qū)，外層的兩個(gè)區(qū)域?yàn)榘l(fā)射區(qū)和集電區(qū)，兩個(gè)外層區(qū)域是可以互換的。然而，在實(shí)際器件中發(fā)射區(qū)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(huì)使器件特性發(fā)生顯著的變化。

而基區(qū)寬度是影響B(tài)JT特性的另一重要因素。首先，基區(qū)的準(zhǔn)中性寬度并不是與外加偏壓無關(guān)的常數(shù)，改變結(jié)電壓會(huì)改變E-B結(jié)或C-B結(jié)的耗盡區(qū)寬度，因此使W減小或擴(kuò)大。因?yàn)榛鶇^(qū)的物理寬度很窄，因此耗盡區(qū)寬度即使有一個(gè)小的變化就可能造成顯著的影響。另外基區(qū)寬度變化也是共發(fā)射極輸出電流擬線性增加的主要原因[1]。因此本文對(duì)基區(qū)寬度對(duì)NPN BJT中載流子濃度分布的影響進(jìn)行了推導(dǎo)，并編寫了LabView程序進(jìn)行了驗(yàn)證。圖1為平衡條件下NPN BJT中電學(xué)變量示意圖。

2 理想晶體管模型特性參數(shù)的分析

2.1 基本假設(shè)[1]

(1)器件采用NPN BJT，具有非簡并，均勻參雜的發(fā)射區(qū)，基區(qū)和集電區(qū)(E-B結(jié)和C-B結(jié)采用突變結(jié)模型)。

(2)晶體管在穩(wěn)態(tài)條件下工作。

(3)晶體管為一維的。

(4)在準(zhǔn)中性區(qū)中滿足小注入水平。

(5)除了漂移，擴(kuò)散和熱復(fù)合-產(chǎn)生之外，在晶體管內(nèi)部沒有其他過程發(fā)生。

(6)在整個(gè)E-B和C-B耗盡區(qū)內(nèi)熱復(fù)合-產(chǎn)生是可以忽略的。

(7)發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的準(zhǔn)中性寬度遠(yuǎn)大于這些區(qū)域的少數(shù)載流子擴(kuò)散長度。

2.2 擴(kuò)散方程/邊界條件

在上述基本原理的假設(shè)下，通過求解少數(shù)載流子擴(kuò)散方程就能獲得晶體管準(zhǔn)中性區(qū)的少數(shù)載流子濃度。

邊界條件：因?yàn)榘l(fā)射區(qū)和集電區(qū)的準(zhǔn)中性寬度遠(yuǎn)大于這些區(qū)域的少數(shù)載流子擴(kuò)散長度，所以在發(fā)射區(qū)中離E-B結(jié)較遠(yuǎn)的位置或在集電區(qū)中離C-BΔ結(jié)較遠(yuǎn)的位置載流子濃度的微擾(ΔnE和ΔnC)一定趨于零。按照?qǐng)D2確定的坐標(biāo)系統(tǒng)，概括的介紹一下不同區(qū)域需求解的方程和相應(yīng)的邊界條件。

發(fā)射區(qū)

需求解的擴(kuò)散方程為

LL03.tif

服從邊界條件：

LL04.tif

基區(qū)

需求解的擴(kuò)散方程為

LL05.tif

服從邊界條件：

LL06.tif

集電區(qū)

需求解的擴(kuò)散方程為

LL07.tif

服從邊界條件：

3 基區(qū)解

由于發(fā)射區(qū)和集電區(qū)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(xì)推導(dǎo)，而基區(qū)則有所不同，基區(qū)的寬度是有限的，所以微擾載流子在x=0和x=W處不會(huì)為零。

基區(qū)擴(kuò)散方程通解的一般形式為

LL09.tif

應(yīng)用邊界條件得

LL10.tif

根據(jù)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(zhǔn)中性基區(qū)中載流子濃度的微擾是位置的線性函數(shù)，即

LL13.tif[1]

4 理論推導(dǎo)與證明

本文在對(duì)BJT晶體管的靜態(tài)特性進(jìn)行深入了解后，對(duì)W=LB 時(shí)對(duì)準(zhǔn)中性基區(qū)中載

流子濃度的微擾的特性進(jìn)行了推導(dǎo)。

當(dāng)y較小時(shí)，可近似取前兩項(xiàng)即ey=1+y。則

所以，在W=LB的極限條件下準(zhǔn)中性基區(qū)中載流子濃度的微擾也是位置的線性函數(shù)。

5 結(jié)論

半導(dǎo)體器件的性能是影響射頻微波電路的重要因素，而對(duì)半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解是提高半導(dǎo)體性能，改善半導(dǎo)體工藝的關(guān)鍵。目前，人們已經(jīng)根據(jù)需要制造出最新的BJT晶體管結(jié)構(gòu)：多晶硅發(fā)射極BJT和異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)，前一種結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于最新型個(gè)人計(jì)算機(jī)的CPU[2]，后一種結(jié)構(gòu)主要為滿足高頻/高速應(yīng)用的需要而設(shè)計(jì)的[1]。本文針對(duì)BJT模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過理論推導(dǎo)證明了一種新的思路，即在W=LB 的極限條件下準(zhǔn)中性基區(qū)中載流子濃度的微擾也是位置的線性函數(shù)，用以上推導(dǎo)出的結(jié)果對(duì)晶體管參數(shù)和電流的計(jì)算會(huì)更容易。

最后，為了更直觀的讓讀者看清結(jié)論，筆者用LabVIEW編寫了一個(gè)小程序，見附錄A。可以看出當(dāng)W=LB時(shí)，甚至W=2LB 時(shí)，NPN BJT中準(zhǔn)中性基區(qū)中載流子濃度的微擾是位置的線性函數(shù)。

（注：圖中數(shù)據(jù)為假設(shè)的，為計(jì)算使用。[3]）

參考文獻(xiàn):

[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(guān)鍵詞: 電力電子技術(shù); 高頻開關(guān)電源; 功率半導(dǎo)體器件; 功率變換

中圖分類號(hào)：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 電力電子技術(shù)概述

電力電子技術(shù)以功率處理為對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電為目標(biāo)，通過采用電力半導(dǎo)體器件，并綜合自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電能的獲取、傳輸、變換和利用。電力電子技術(shù)包括功率半導(dǎo)體器件與IC技術(shù)、功率變換技術(shù)及控制技術(shù)等幾個(gè)方面。

電力電子技術(shù)起始于20世紀(jì)50年代末60年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。70年代后期以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場效應(yīng)管（P-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展，使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代末期和90年代初期發(fā)展起來的、以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件集驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，通泰壓降小，載流能力大于一身，性能優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。

2高頻開關(guān)電源概述

高頻開關(guān)電源是交流輸入直流整流，然后經(jīng)過功率開關(guān)器件（功率晶體管、MOS管、IGBT等）構(gòu)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(jīng)高頻變壓器降壓得到低壓的高頻方波，再經(jīng)整流濾波得到穩(wěn)定電壓的直流輸出。

高頻開關(guān)電源的特點(diǎn)[1]：

1、重量輕，體積小

由于采用高頻技術(shù)，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(guān)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(shù)高

相控整流器的功率因數(shù)隨可控硅導(dǎo)通角的變化而變化，一般在全導(dǎo)通時(shí)，可接近0.7，以上，而小負(fù)裁時(shí)，但為0.3左右。經(jīng)過校正的開關(guān)電源功率因數(shù)一般在0.93以上，并且基本不受負(fù)載變化的影響。

3、可聞噪聲低

在相控整流設(shè)備中，工頻變壓器及濾波電感作時(shí)產(chǎn)生的可聞噪聲大，一般大于60db，而開關(guān)電源在無風(fēng)扇的情況下可聞噪聲僅為45db左右。

4、效率高

開關(guān)電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拈_關(guān)電源其整機(jī)效率可達(dá)88%以上，較好的可以做到92%以上。

5、沖擊電流小

開機(jī)沖擊電流可限制在額定輸入電流的水平。

6、模快式結(jié)構(gòu)

由于體積小，重量輕，可設(shè)計(jì)為模塊式結(jié)構(gòu)。

3電力電子技術(shù)在大功率開關(guān)電源中的應(yīng)用

3.1功率半導(dǎo)體器件

功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展是高頻開關(guān)電源技術(shù)的重要支撐。功率MOSFET和IGB的出現(xiàn)，使開關(guān)電源高頻化的實(shí)現(xiàn)成為可能；超快恢復(fù)功率二極管和MOSFET同步整流技術(shù)的開發(fā)，為研制高效率或低電壓輸出的開關(guān)電源創(chuàng)造了條件；功率半導(dǎo)體器件的額定電壓和額定電流不斷增大，為實(shí)現(xiàn)單機(jī)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(dǎo)電機(jī)構(gòu)）電壓控制半導(dǎo)體元件[8]，其特點(diǎn)是控制極（柵極）靜態(tài)內(nèi)阻極高，驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度高，無二次擊穿，安全區(qū)寬等。開關(guān)頻率可高達(dá)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(dǎo)通）機(jī)制復(fù)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(yōu)點(diǎn)[2]：高輸入阻抗，可采用邏輯電平來直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電壓控制，開關(guān)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(qiáng)，沒有二次擊穿現(xiàn)象，安全區(qū)寬等。

3.2軟開關(guān)技術(shù)

傳統(tǒng)大功率開關(guān)電源逆變主電路結(jié)構(gòu)多采用PWM硬開關(guān)控制的全橋電路結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)器件在開關(guān)瞬間承受很大的電流和電壓應(yīng)力，產(chǎn)生很大的開關(guān)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(guān)控制的電源，功率器件開關(guān)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(fù)雜，還將功率器件的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)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(guān)技術(shù)利用諧振原理，使開關(guān)器件兩端的電壓或流過的電流呈區(qū)間性正弦變化，而且電壓、電流波形錯(cuò)開，使開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)接近零損耗。諧振參數(shù)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(guān)應(yīng)力，從而大大提高開關(guān)電源的效率和可靠性。

3.3同步整流技術(shù)

對(duì)于輸出低電壓、大電流的開關(guān)電源來講，進(jìn)一步提高其效率的措施是在應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以功率MOS管反接作為整流用開關(guān)二極管，這種技術(shù)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(guān)電源的效率。

現(xiàn)在的同步整流技術(shù)都在努力地實(shí)現(xiàn)ZVS及ZCS方式的同步整流。自從2002年美國銀河公司發(fā)表了ZVS同步整流技術(shù)之后，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[4]。這種方式的同步整流技術(shù)巧妙地將副邊驅(qū)動(dòng)同步整流的脈沖信號(hào)與原邊PWM脈沖信號(hào)聯(lián)動(dòng)起來，其上升沿超前于原邊PWM脈沖信號(hào)的上升沿，而降沿滯后的方法實(shí)現(xiàn)了同步整流MOSFET的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式P聯(lián)M控制IC幾乎都在控制邏輯內(nèi)增加了對(duì)副邊實(shí)現(xiàn)ZVS同步整流的控制端子。這些IC不僅解決好初級(jí)側(cè)功率MOSFET的軟開關(guān), 而且重點(diǎn)解決好副邊的ZVS方式的同步整流。用這幾款I(lǐng)C制作的DC/DC變換器, 總的轉(zhuǎn)換效率都達(dá)到了94%以上。

3.4控制技術(shù)

開關(guān)變換器具有強(qiáng)非線性、離散性、變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，負(fù)載性質(zhì)也是多變的，因此主電路的性能必須滿足負(fù)載大范圍的變化，這使開關(guān)電源的控制方法和控制器的設(shè)計(jì)變得比較復(fù)雜。

電流型控制及多環(huán)控制在開關(guān)電源中得到了較廣泛的應(yīng)用；電荷控制、單周期控制等技術(shù)使開關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能有了很大的提高。一些新的方法，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及各種調(diào)制方式在開關(guān)電源中的應(yīng)用，已經(jīng)引起關(guān)注。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)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(yīng)用到大功率開關(guān)電源的數(shù)字控制模塊已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。開關(guān)電源的高性能數(shù)字控制芯片的出現(xiàn)，推動(dòng)了電源數(shù)字化的進(jìn)程[5]。

數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的非線性算法，監(jiān)控多部件的分布電源系統(tǒng)，減少產(chǎn)品測試的調(diào)整時(shí)間，使產(chǎn)品生產(chǎn)率更高。實(shí)時(shí)數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)快速、靈活的控制設(shè)計(jì)，改善電路的瞬態(tài)響應(yīng)性能，使之速度更快、精度更高、可靠性更強(qiáng)。

4 結(jié)束語

高頻開關(guān)電源作為電子設(shè)備中不可或缺的組成部分也在不斷地改進(jìn)，高頻化、模塊、數(shù)字化、綠色化是其發(fā)展趨勢。高頻開關(guān)電源上述各技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)志著開關(guān)電源技術(shù)的成熟。電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，將使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 莫慧芳. 高頻開關(guān)電源發(fā)展概述. 電源世界, 2007（5）

[2] 賀益康, 潘再平. 電力電子技術(shù). 科學(xué)出版社, 2010年第2版

[3]倪倩, 齊鉑金, 趙晶等. 軟開關(guān)全橋PWM主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在逆變焊接電源中的應(yīng)用. 自動(dòng)化與儀表, 2002（1）

篇10

關(guān)鍵詞：交流調(diào)速；半導(dǎo)體；電動(dòng)機(jī)；變頻

提高交流傳動(dòng)系統(tǒng)的性能，國內(nèi)外有關(guān)研究工作正圍繞以下幾個(gè)方面展開：采用新型功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù) 采用新型功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制（ ） 功率半導(dǎo)體器件的不斷進(jìn)步，尤其是新型可關(guān)斷器件，如 BJT（雙極型晶體管） 、 MOSFET（金屬氧化硅場效應(yīng)管） 、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實(shí)用化，使得開關(guān)高頻 化的 PWM 技術(shù)成為可能。目前功率半導(dǎo)體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能 化方向發(fā)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(huán)節(jié)采用大電感作儲(chǔ)能元件， 無功功率 將由大電感來緩沖，它的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)時(shí)，只需改變網(wǎng)側(cè) 可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側(cè)的再生電能方便地回饋到交流電網(wǎng)， 構(gòu)成的 調(diào)速系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行能力， 可用于頻繁加減速等對(duì)動(dòng)態(tài)性能有要求的單機(jī)應(yīng)用場合， 在 大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容 作儲(chǔ)能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對(duì)于負(fù)載電動(dòng)機(jī)而言，電壓型變頻器相當(dāng)于一個(gè) 交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。電壓型 PWM 變 頻器在中小功率電力傳動(dòng)系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。 但電壓型變頻器的缺點(diǎn)在于電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng) （發(fā)電） 狀態(tài)時(shí)， 回饋到直流側(cè)的再生電能難以回饋給交流電網(wǎng)， 要實(shí)現(xiàn)這部分能量的回饋， 網(wǎng)側(cè)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(lián)、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(wǎng)側(cè)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(xù)可調(diào)，輸入電流（網(wǎng)側(cè)電流）波形基本為正弦，功 率因數(shù)保持為 1 并且能量可以雙向流動(dòng)的特點(diǎn)， 代表一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向， 但成本問題限 制了它的發(fā)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(shù)低的缺點(diǎn)，只 能用于低速（低頻）大容量調(diào)速傳動(dòng)。為此，矩陣式交-交變頻器應(yīng)運(yùn)而生。矩陣式交-交變 頻器功率密度大，而且沒中間直流環(huán)節(jié)，省去了笨重而昂貴的儲(chǔ)能元件，為實(shí)現(xiàn)輸入功率因 數(shù)為 1、輸入電流為正弦和四象限運(yùn)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(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛，PWM 技術(shù)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(guān)頻率相關(guān)的諧波成分， 諧波電流引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用在電動(dòng)機(jī)上， 會(huì)使電動(dòng)機(jī)定 子產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出電磁噪聲， 其強(qiáng)度和頻率范圍取決于脈動(dòng)轉(zhuǎn)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(huì)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(dòng)機(jī)的機(jī)械共振，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)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(guān)頻率， 但這種方法會(huì)使得開關(guān)損耗增加； 另一種方法就是隨機(jī)地改變功率 器件的導(dǎo)通位置和開關(guān)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(nèi)，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達(dá)到抑制電磁噪聲和機(jī)械共振的目的，這就是隨 機(jī) PWM 技術(shù)。

應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論 應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代 現(xiàn)代控制理論 交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的交流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量、 非線性、 強(qiáng)耦合、 時(shí)變的被控對(duì)象， VVVF 控制是從電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)方程出發(fā)研究其控制特性，動(dòng)態(tài)控制效果很不理想。20 世紀(jì) 70 年代初 提出用矢量變換的方法來研究交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)控制過程， 不但要控制各變量的幅值， 同時(shí) 還要控制其相位， 以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦， 促使了高性能交流傳動(dòng)系統(tǒng)逐步走 向?qū)嵱没?目前高動(dòng)態(tài)性能的矢量控制變頻器已經(jīng)成功地應(yīng)用在軋機(jī)主傳動(dòng)、 電力機(jī)車牽引 系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床中。此外，為了解決系統(tǒng)復(fù)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(zhuǎn)矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控 制理論中的各種控制方法也得到應(yīng)用， 如二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制和雙位模擬調(diào)節(jié)器控制 可提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，滑模（Sliding mode）變結(jié)構(gòu)控制可增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，狀態(tài)觀測 器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實(shí)測的狀態(tài)信息，自適應(yīng)控制則能全面地提高系統(tǒng)的性能。

廣泛應(yīng)用微電子技術(shù) 廣泛應(yīng)用微電子 電子技術(shù) 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)字式控制處理芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到很大提高， 這使 得全數(shù)字化控制系統(tǒng)取代以前的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。 目前適于交流傳動(dòng)系統(tǒng)的微處 理 器 有 單 片 機(jī) 、 數(shù) 字 信 號(hào) 處 理 器 （ Digital Signal Processor--DSP ） 專 用 集 成 電 路 、 （Application Specific Integrated Circuit--ASIC）等。

開發(fā)新型電動(dòng)機(jī)和無機(jī)械傳感器技術(shù) 交流傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)電動(dòng)機(jī)本體也提出了更高的要求。 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和建模有了新的研 究內(nèi)容，如三維渦流場的計(jì)算、考慮轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)及外部變頻供電系統(tǒng)方程的聯(lián)解、電動(dòng)機(jī)阻尼 繞組的合理設(shè)計(jì)及籠條的故障檢測等。

為了更詳細(xì)地分析電動(dòng)機(jī)內(nèi)部過程， 如繞組短路或轉(zhuǎn)子斷條等問題， 多回路理論應(yīng)運(yùn)而生。 隨著 20 世紀(jì) 80 年代永磁材料特別是釹鐵硼永磁的發(fā) 展， 永磁同步電動(dòng)機(jī)（Permanent-MagnetSynchronous Motor--PMSM）的研究逐漸熱門和深 入，由于這類電動(dòng)機(jī)無需勵(lì)磁電流，運(yùn)行效率、功率因數(shù)和功率密度都很高，因而在交流傳 動(dòng)系統(tǒng)中獲得了日益廣泛的應(yīng)用。此外，開關(guān)變磁阻理論使開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) （Switched Reluctance Motor--SRM） 迅速發(fā)展， 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)與反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相類似， 在加了轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)檢測后可以有效地解決失步問題，可方便地起動(dòng)、調(diào)速或點(diǎn)控，其優(yōu)良 的轉(zhuǎn)矩特性特別適合于要求高靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用場合。 在高性能的交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中， 轉(zhuǎn)子 速度（位置）閉環(huán)控制往往是必需的。

參考文獻(xiàn)：

[1]《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》張堯?qū)W清華大學(xué)出版社（第二版）