半导体器件分析范文

导语：如何才能写好一篇半导体器件分析，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：半导体器件；寿命；浪涌；静电；软启动；消浪涌电路

中图分类号：TN709；TN307 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）01-00-03

0 引 言

随着半导体器件的广泛使用，其寿命指标受到业界普遍关注。半导体器件寿命的延续是一种性能退化过程，最终导致失效[1]。造成这种退化的原因很多，如人为使用不当、浪涌和静电击穿等，但通过一定的预防措施和增加必要的附加电路可以有效延长半导体器件的寿命。

1 半导体器件的退化和失效

大量试验表明，半导体器件的失效随时间的统计分布规律呈浴盆状，如图1所示。失效期包括早期的快速退化失效、中期的偶然失效与后期的快速损耗失效。早期快速失效一般是由半导体材料本身原因造成；中期偶然失效期的时域较宽，在此期间导致半导体器件失效的原因具有一定的偶然性；后期失效概率较高，主要由各种损耗积累与综合爆发引起[2]。由此可知，只要通过初期的严格筛选，同时加强质量管理和改进生产工艺，防止偶然失效，半导体器件就能获得较长的寿命[3]。

图1 半导体器件失效期随时间的分布

2 半导体器件寿命影响因素及预防措施

PN结是半导体器件的核心，对电压冲击的承受能力很差，一旦被击穿，便无法产生非平衡载流子。在使用过程中，半导体器件的损坏多半是由浪涌或静电击穿造成的。

浪涌是一种突发性的瞬间电信号脉冲，具有很强的随机性，一般表现为尖脉冲，脉宽很窄，但峰值较高，容易使半导体器件瞬时过压造成PN结击穿，即使不致于一次性使半导体器件产生完全失效，但在多次浪涌的冲击下也会加速它的性能退化和最终失效[4]。在电路的使用过程中，出现比较多的浪涌是开启或关断电源时抑或器件接触不良时产生的电压/电流冲击，以及由于电网波动或其它大功率电器启动而产生的电压/电流冲击。另外，静电也是造成PN结损坏或击穿的重要原因。表1给出了产生浪涌和静电的几种常见原因及其特征和预防措施。

3 模拟电路中浪涌消除电路

3.1 短路保护开关

为半导体器件并联一个电阻较小的短路保护开关是一种简单的消浪涌方法[5]。当需要启动半导体器件电源时，先闭合短路保护开关，让启动电源瞬间产生的浪涌经短路保护开关放电，待电源工作稳定后，断开短路开关，稳定的电源便可正常工作于半导体器件。当需要关闭电源时，先闭合短路保护开关，然后断开电源开关，以避免瞬间电流浪涌损坏半导体器件。实践证明，该方法对消除开关驱动电源时瞬间产生的电压/电流浪涌冲击是可行的。但也存在不足，即该方法不仅给半导体器件操作员增加了一部分繁琐的工作量，且无法消除来自外电路的浪涌所带来的影响。

3.2 电源软启动电路

为解决以上不足，可采用电源软启动电路，该电路不但可以消除电源启动/关闭瞬间产生的浪涌，还可以保证半导体器件两端避免突然加上阶跃电压，因为这种上升沿很陡的电压，即使幅值很低，也会对半导体器件产生不良影响[6]。图2（a）和图2（b）给出了有/无采取软启动情况下半导体器件驱动电流I随时间t的变化。在没有电源软启动电路的情况下接通电源开关，驱动电源会产生幅度较大的电流浪涌，随后经过过渡过程才趋向稳定。采用电源软启动电路之后，工作电压不会瞬间加在整个稳流电路上，而是在一定的时间内，电流从零开始逐渐上升到正常工作值。

图2 有/无软启动情况下驱动电流I与时间t的关系

软启动电路在电源电路中已得到了广泛应用，该过程可以由计算机控制实现，且可靠性高，稳定性好，但是价格比较昂贵。实际上，对于一些简单的、普通的半导体器件电源电路，只需对电源电路稍加改进，便可实现软启动，图3给出了一个利用RC充电原理实现软启动的电源电路，电路中的R1、C7、C8、Q1、Q2为电压缓慢上升电路，电路两边增加了两个π型滤波器电路，防止电流突变。该软启动电路可以使得半导体器件两端的电压逐渐加上，不会产生浪涌信号对半导体器件带来破坏。

4 数字电路中浪涌消除电路

在很多情况下，半导体器件的管脚不是通过焊接而是直接插入管座中，然而管脚和插座接触不良或者机械振动都会造成时通时断而产生连续多个电压浪涌。另外，某些功能控制开关和功率调节开关接触不良或动作瞬间也会产生连续多个电压浪涌。在数字电路中，这些电压浪涌幅值较低（波形表示为短脉宽的高/低电平"1"和"0"），这些浪涌边沿很陡，呈高低电平交替状态，若未经处理直接将它加在半导体器件两端会影响其寿命，同时也会给系统带来干扰。

图3 电源软启动电路

图4给出了一款应用于数字电路中具有消除连续多个电压浪涌功能的电路。电路中的CLNR是触发器清零信号，K1_in和K2_in表示两组带有浪涌的输入信号，K1_out和K2_out表示所对应的经过消浪涌后的输出信号。电路采用了分频采样、移位寄存和计算判断方法，采用4个D触发器连续对输入信号K1_in进行移位采样，并随时钟信号的触发寄存于数组K1[4..1]中。若数组中相邻两个数据都为高电平就默认为高电平"1"，其它情况则表示低电平"0"。用逻辑最简公式表示为：K1_out=K11K12+K13K14+（！K11）K12K13（！K14）。由于半导体管脚和插座接触不良或机械振动等现象引起的连续电压浪涌扫描周期一般不超过10 ms，因此电路中采用了频率为200 Hz、周期为5 ms的clk_200时钟信号进行数据移位寄存。图5给出了该电路在Quartus II 环境下的仿真波形。

图5 数字电路中浪涌消除电路仿真波形

从仿真结果可以看出，当输入信号K1_in在低电平输入过程中连续出现多个脉宽小于或等于10 ms的高电平浪涌时，输出信号K1_out仍为低电平；当输入信号K2_in在高电平输入过程中连续出现多个脉度小于或等于10 ms的低电平浪涌时，输出信号K2_out仍为高电平。由此可知，该电路能很好地消除连续出现的浪涌，作为半导体器件浪涌消除电路可有效延长半导体器件寿命指标，并具有良好的抗浪涌信号干扰的能力。另外，从信号延时来看，该电路的输入信号仅有5 ms的时序延时，与同类的浪涌消除或抖动信号消除电路相比较，该延时较小。

5 结 语

随着半导体器件生产工艺日趋成熟，其应用范围已覆盖了国防、工业、科研和民用等领域，并发挥着重要的作用[7，8]，因此，有必要针对它的寿命特性和延寿方法开展进一步的研究。文中分析了影响半导体器件寿命的主要原因，讨论了浪涌和静电的特点及其预防措施，分别给出了应用于模拟电路和数字电路中的电源软启动电路和连续浪涌消除电路，电路结构简单，性能良好，值得推广。

参考文献

[1] 赵霞，吴金，姚建楠.基于失效机理的半导体器件寿命模型研究[J].可靠性物理与失效分析技术，2007，25（6）：15-18.

[2] 李适民，黄维玲.激光器原理与设计[M].北京：国防工业出版社，2005.

[3] 刘婧，吕长志，李志国，等.电子元器件加速寿命试验方法的比较[J].半导体技术，2006，31（9）：680-683.

[4] 黄德修.半导体光电子学[M].北京：电子工业出版社，2013.

[5] 罗文超，徐钊，盛祥佐.一种基于DDS的QPSK调制器及其FPGA实现[J].电讯技术，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坚持半导体器件生产为主的必要性和可能性

在当前生产半导体器件几乎无利可图的条件下，为什么还要坚持以生产半导体器件为主呢?主要有以下三方面的原因。首先，从半导体器件的市场需求来看，无论是国内还是国际，都有着广阔的市场。据有关资料统计，我国1991年的半导体分立器件年需求量约为50亿只，有24亿只靠国外进口。国际上半导体分立器件的需求量也呈上升趋势，预计1995年将达到692亿只。如此巨大的市场，为我们发展半导体器件生产提供了可能性。发展半导体器件生产是大有可为的。第二，从我厂实际情况来看，经过“六五”期间的技术改造，我厂的生产工艺装备已达到国际上/廿十年代初的先进水平，与台湾、韩国的一些厂家相仿。而且经过二十多年的生产实践，我厂已形成了素质较好的技术力量和管理基础。产品在国内市场也具有较高的信誉，还具有适合半导体器件生产的特殊厂房，这些都是企业在市场竞争中的优势。如果另谋他业，无异是扬短避长，也是一种很大的浪费。第三，目前企业面临的困境，主要是受进口产品的冲击。具体地分析一下，我们生产的半导体器件在质量上已基本达到了国际水平。最大差距在于价格。而造成差距的原因就是我厂的生产没有达到规模经济的水平，成本居高不下。目前，国外的二极管生产企业年产一般达到几十亿只，而我厂才5千多万只，仅为国外厂的1/50~1/100。这种规模上的差距直接造成了我们竟争中的劣势。所以只要我们能在发展规模经济上取得突破，完全可以和进口产品一争高低。由此可见，我们的半导体器件生产并非死路一条，而是有着发展的可能性与必要性的。

2引进外资是加速形成规模经济的有效途径

尽快发展规模经济，以进一步降低成本和售价，是我们半导体器件企业参与国际、国内竞争的根本出路。从当前实际情况来看，引进外资，兴办中外合资企业无疑是加速形成规模经济的一种有效途径。这是因为:第一，要发展生产规模必须有一个与生产同步发展的市场，不然企业无法承受。兴办中外合资企业就可以借助外商较快进入国际市场，扩大市场销路，为扩大生产创造重要的条件。第二，兴办中外合资企业有利于学习借鉴国外规模生产的工艺技术和管理方法，提高生产效率，降低成本，提高产品竞争力。第三，发展规模经济，必然需要增加投入，包括添置设备、工夹模具、增加流动资金，而企业由于效益不好加上前几年借的贷款未还清，很难筹集。引进外资正好可以弥补这方面不足。第四，兴办中外合资企业有利于转换企业经营机制和转变人的思想观念，使之适应市场经济的需求。

我厂的实践也充分说明了引进外资是促进规模经济的有效途径。1986年我厂从美国引进以)41塑封二极管生产线，由于市场销路、设备能力不配套等原因，年产量一直在一千万只左右徘徊，几乎年年亏损。1991年下半年，我们拿这条生产线与香港海湾电子有限公司合资，双方以设备投入形式组建了中外合资上海新玻电子有限公司，使这条生产线形成子较强的规模生产能力。该公司于今年2月份投入试生产后，由于设备配套，在管理上吸取了国外的先进经验，纪律严明，重奖重罚，职工收入与生产直接挂钩，生产效率大幅度提高，产量逐月上升，销售供不应求。至10月底，已累计生产销售芯片5亿2千万只，各类成品管l亿2千万只，并已形成了三大类产品，月产成品210。万只、芯片1亿只的生产能力，产品质量和成本都已达到国际水平，产品大部分进入国际市场，已创汇141万美元，从9月份已开始盈利。预计明年生产将稳步提高，达到月产成品管220。万只、芯片2亿只。由于合资双方都较满意，今年下半年，又增加了整流器件SMD(贴片封装)合作项目，目前设备已全部到位，正在进行安装调试，预计明年初即可投入试生产。

为了进一步形成半导体器件的规模生产，我们决定把另外两条生产线即以)35开关稳压二极管生产线和玻璃钝化二极管生产线都拿出来与外商合资，目前正在积极洽谈，力争明年完成，使我厂的半导体器件规模生产有一个明显的飞跃。

3发展多种经!是企业在市场经济激烈竞争中的明智选择

在坚持一业为主的同时，还必须因地制宜.地发展多种经营，这是与半导体器件生产相辅相成的一个重要方面，也是我厂发展思路中的一个不可缺少的重要内容。我们认为，无论是现在还是将来，发展多种经营都是企业在市场经济中立于不败之地的明智选择和实际需要。具体地说有以下四方面的原因。第一，随着规模经济的发展，企业生产效率大幅度提高，现有职工明显过剩，发展多种经营就可以妥善安置这部分职工，第二，半导体器件生产总有起伏，有了多种经营就可以互相支持，所谓东方不亮西方亮，不至于造成企业的大起大落;第三，从我国社会需求看，具备了发展其他产品门类和第三产业的条件;第四，企业也具备了发展多种经营的条件，如场地、技术儿才、设备等。因此，我们根据企业的实际情况，制订了发展多种经营的规划，具体有以下几方面的内容。

(1)积极筹建上海无线电十七厂电子设备浦东分厂，以本厂设备仪表科为主体，充分利用浦东开发的优惠政策和本厂专用设备仪表制造能力，建立具有独立法人地位的分厂。目前，已基本完成了项目谈判，预计明年上半年可正式开业。

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【关键词】电子元器件；破坏性；物理分析

随着我国社会经济的快速发展，电子技术发展迅猛，逐渐成为现代社会的支撑产业。但是电子元器件在设备运行阶段经常会出现破坏，所以相关人员需要定期对电子元器件进行检查，从而保证电子元器件的正常使用。基于此本文就对电子元器件的破坏性物理分析进行讲解。

1电子元器件破坏性物理分析

电子元器件的破坏性物理分析是指对电子元器件进行解剖，对电子元器件内部结构元素进行详细分析，从而保证电子元器件的设计合格、结构组合一致、材料运用符合标准，进一步保证电子元器件的使用质量符合要求。电子元器件的破坏性物理分析就是PDA，英文为DestructivePhysicalAnalysis，主要是指对电子一般情况下，PDA的目的包含以下两个方面内容：一方面，对电子元器件的内部结构进行、使用材料、工艺设计等方面内容进行检查，保证这些部分组成合理，符合质量标准，从而可以为为电子元器件破坏性物理分析奠定坚实基础。另一方面，PDA可以为部分电子元器件的改进提供参考依据，并可以对电子元器件的生产状况和生产质量效率进行针对性评价。

2我国电子元器件破坏性物理分析的应用效果

2.1相关半导体器件质量合格率高

随着我国社会经济的快速发展，我国半导体器件的使用逐渐提升，但是半导体器件在使用过程中还存在着严重的质量实效性问题，因此，相关人员需要对半导体器件的破坏情况进行全面分析，并针对半导体器件中存在的问题制定针对性解决措施，保证半导体器件产品生产质量合格，从而提高我国相关半导体器件质量合格率。

2.2加快电子元器件质量问题的原因发现速度

随着经济全球化的到来，我国逐渐成为经济大国，半导体器件的使用数量也逐渐呈现出上升的趋势，通过对相关数据的分析可知，我国电子元器件破坏性物理分析中的不合格项目的发现机率上升，内部检测不合格率、芯片剪切不合格率等情况直线上升，所以，电子元器件的破坏性物理分析可以加快电子元器件质量问题的原因发现速度。

2.3为相关器件改进措施提供参考依据

一般情况下，相关人员在进行相关器件的破坏性物理分析后，经常会经分析数据提供给器件的生产厂家，然后器件生产厂家在对相关器件的破坏性物理分析数据进行整理，并对数据显示中的不合格元器件进行分析，改进生产加工方法，从而保证相关器件的质量合格。与此同时，相关厂家也会对电子元器件破坏性物理因素进行分析，并在内部建立相关分析部门，在相关器件生产出厂之前，对器件进行破坏性物理分析检查，让电子元器件生产厂家都对自家生产情况进行了解，从而保证各个电子元器件生产厂家质量合格。

3电子元器件破坏性物理分析的具体要项

3.1用户委托形势下的工作开展要点

现阶段，我国电子元器件破坏性物理分析已经涉及到各个领域，对各个领域的发展都起到至关重要的作用，面对此种情况，相关人员需要对电子元器件的可靠性进行分析，并使用用户委托形式下的工作开展要点。一般情况下，用户委托形势下的工作开展要点需要从以下两个方面进行：一方面，相关人员需要严格按照国家下发的标准进行电子元器件破坏性物理分析，并在双方合同中对裁定标准进行说明，严格按照裁定标准进行价格制定。另一方面，在进行电子元器件的样品制作过程中，相关人员需要采用科学合理的解剖技术对电子元器件进行解剖，分析电子元器件的外形结构、内部结构、集合电路等方面内容是否合理，然后再进行其他项目的检测工作。

3.2电子元器件破坏性物理分析工作的展开时机分析

现阶段，随着我国社会经济的快速发展，对电子元器件破坏性物理分析工作的重视程度逐渐增加，面对此种情况，相关人员需要对电子元器件破坏性物理分析工作制定严格的规范标准，保证电子元器件可以满足设备的使用需求。相关单位可以在施工前期开展相关产品的破坏性物理分析工作，对产品情况进行合理分析，并提高分析人员的电子元器件破坏性物理分析质量。

3.3抽样取样的科学性分析

在电子元器件的破坏性物理分析中最常见的工作就是抽样取样的科学性分析，具体可以从以下个方面进行：一方面，在电子元器件检测中需要保证样品数量不超过十个，且保证样品数量占到生产总批数的百分之一。另一方面，相关人员需要对未经过筛选的样品进行分析，并严格按照检测标准进行执行，进一步动我国电子技术的快速发展。

4总结语

总而言之，随着我国社会经济的快发展，电子元器件的应用范围逐渐扩大，因此，相关人员要想保证电子元器件的正常使用就需要对电子元器件的破坏性物理分析进行全面分析，并根据电子元器件的具体使用环境制定针对性维护措施，保证电子元器件的正常使用，从而推动我国电子技术的快速发展。

参考文献

[1]周庆波,王晓敏.电子元器件破坏性物理分析中几个问题的探讨[J].太赫兹科学与电子信息学报,2016,14(01):155-158.

[2]梁倩.电子元器件破坏性物理分析密封试验的探讨与实践[C].四川省电子学会曙光分会第十七届学术年会暨中物院第十届电子技术青年学术交流会论文集,2014:482-488.

[3]梁倩,王淑杰,龚国虎等.电子元器件密封试验的探讨与实践[J].太赫兹科学与电子信息学报,2015,13(06):1009-1013.

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关键词 热固性塑料；封装成型；半导体器件；参数影响

中图分类号 TN3 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）08-0040-02

1 热固性塑料概况

1.1 热固性塑料

热固性塑料的主要成分是热固性树脂，然后融合各种必要的添加剂，再通过交联固化工艺注塑成形。材料在成型之前处于液态状态，在封装成型以后其状态不会再发生变化，例如次软化、热熔等。目前比较常见的热固性塑料种类比较多，其用途也多种多样，例如氨基塑料、环氧塑料、醇酸塑料等。其成型工艺与热塑性塑料成型工艺大体相同，仅仅在工艺参数上有些变化。

1.2 热固性塑料注塑成型方法

目前比较常见的注塑成型方法为：将峁绦运芰显料倒进塑化机筒，然后塑化机筒会加热，筒内有转动的螺杆，使得原料熔化，并被螺杆推动，到达螺杆的头部。当融化的原料达到注塑要求时，螺杆会前移，并以一定的注射压力和速度将原料推入模具内。在高温高压条件下，原料会在模具与固化剂相互作用，发生交联反应，释放水、氨等低分子物质。最后当熔料降温并彻底硬化以后，可以将其从模具中拿出，成为注塑成品。

1.3 热固性塑料注塑成型注意事项

注塑环节十分重要，因此，在注塑过程中，热固性塑料的熔料必须要具有较好的稳定性和流动性，在筒内的时间至少要10min，并且主要熔体在低温的时候比较稳定，高温的时候交联反应十分迅速。注意机筒内加热的介质是水，成型模具内的加热介质是油，而且必须要用恒温控制，尽量降低温度波动差。注射熔体的时候，必须要把控好压力和速度，不能过快，过快会出现推挤，还要注意调整的时候要以成品的质量为准。注塑之前要检查螺杆头部和喷嘴，不能有残料，且喷嘴是敞开式的，熔料的通道要洁净并光滑。

2 半导体器件概述

半导体器件的导电性在导体和绝缘体之间，可以充分利用这一特性，例如某些具有特殊要求的器件，可以用半导体材料来制备。随着科技的迅速发展，传统材料功能的弊端开始显露，无法满足人们的需求，因此出现了具有半导体特征的有机材料。例如一些高分子聚合物、塑料凳，甚至某些高性能的材料还会逐渐取代Si和GaAs制备的半导体材料。塑料半导体材料已经逐步被研发出来，并且具有独特的优势，原料容易得到、重量轻、成本低、工艺简易、稳定性好等，而且该类半导体材料还属于可回收的材料，真正实现环保。

3 研究方法

本文对半导体器件的直流参数测试系统进行研究，该系统的各部分技术指标及主要功能如下：计算机是运行平台和系统核心；系统背板能够实现各个电压源、电流源、电压表等模块与计算机的通信；系统专用接口用于通信系统背板和计算机；高压电压源能够供给击穿电压；大电流源供给测量所需的脉冲电流。通过该恒压源能够实现脉冲电流的测量；小电流源可以为系统提供直流电流；小电压源为系统提供直流电压。数字电压表是用来测量直流电压的，其测量范围为1～3？000V，允许的最大误差为±1%。矩阵开关可以实现不同模块之间的调配，为直流参数测量工作打好基础；测试端子可以将被测功率半导体器件进行连接。？

4 直流参数测量原理

对可测试大电流的恒压源来施加要求的电压，然后将小电压源的电压值降低，使测试的电流满足规定值，并记录此时电压的数值。最后将电压值变换升高，并将可测试的大电流记录。脉冲大电流源的重要指标是电流的范围，电流的范围必须要满足要求，在10A～500A之间，脉冲的宽度为：当50A以下的时候是100μs～10ms，在50A～500A内是300μs，允许的最大误差是±2%，其开路电压为4V。

脉冲大电流源的作用有很多，其中比较重要的像产生脉冲大电流，自重脉冲电流的幅度范围在60A～600A之间，其脉冲的宽度应该按照相关标准来确定。在该项目中，最重要的就是模块的研制，其研制过程融合了电容充放电原理，所以在实际应用中，能够通过变压器来实现电容器矩阵的充电功能，在实现一个定值的时候，也可以通过相关软件来进行通断时间的控制，从而生成脉冲大电流。但是该技术难度非常的大，尤其是在实施过程中，采取何种方式来达到脉冲电流的精度是非常难的，同时怎样配合大功率精密电阻去实现脉冲电流的精确性也是很难得，另外值得一提的就是电容充放电矩阵容抗的影响，其影响非常大，如何降低也是其关键点之一。基于以上几个重点和难点，在该设计中，技术人员融合了值电容并联的技术，通过该技术能够有效满足对电容值的需求，同时也能够降低因为电容过大而导致的高阻抗特性。

5 技术指标的保证

硬件设计最为重要的基础就是保证技术的指标，因此针对该设计的实际情况，技术人员进行了相关的优化设计，本文重点对小电压源和小电流源两个部分进行相关的分析。二者的技术指标都强调了电压、电流等，其电压的范围要保持在-20V～20V，并且误差不能超过1%；其电流的允许范围是：20mA～30A之间，能够接受的最大允许为1%，超过之后稳定性会下降；其开路电压为一个定值，再本设计中为10V。

在本研究实验中，采取了以下几种措施来保证实验的精确性：首先是数模转换芯片方面，对于数模转换芯片本研究选用了目前比较主流芯片，具有完整的双通道，其中一个通道可以给电路提供驱动的电压以及电流，另外一个能够提供钳位电压和电流。而且12位输出的精度比较高，DAC精度为±0.032%；而且还具有电压输出数模转换器，能够避免塌陷导致的精度下降，并可以进行噪声处理。

其次，在电压分挡模式切换方面，本研究使用了串联方式，该方式能够配合出不同的阻值，因为如果是并联的话，在继电器进行切换的时候，会构成反馈环路，主运放开环所输出的电压非常接近电源值，从而影响精度；另外输出端并没有直接与负载连接，当测试元件的等效电阻比较小的时候，受到线损的影响，会出现测试误差，所以在本研究中，采用了开尔文电桥接法；并且为了防止地电源的干扰，研究人员把FORCE包裹起来，从而形成等电位，保证了研究数据的精度；最后就是研究人员在电路板走线的时候，严格杜绝了直角走线的方式，从而降低了噪声辐射和耦合度，并且还能减小耦合噪声。

6 结论

本文从热固性塑料的概况出发，总结了注塑方法和注意事项；同时研究了半导体器件直流参数测试系统的技术指标、功能原理、软件开发等，旨在为热固性塑料封装成型对半导体器件参数数值的影响研究提供意见。相关技术人员在参考本意见的时候，需要结合实际情况，对其进行适当的优化和改进，以求能够更好地？应用。

参考文献

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[2]戴炜锋.半导体器件的建模、仿真与分析：大功率LED器件与半导体压阻器件的研究[D].上海：复旦大学，2014.

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[4]汪润生.基于VB和Fortran混合编程的有机半导体双端器件载流子输运特性分析软件研究[D].兰州：兰州大学，2010.

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【关键词】塑封；塑封机；模具；真空

1.引言

作为半导体分立器件产品，为了有效保护其芯片和内部焊接引线，需要使用环氧树脂把焊接在引线框架上的芯片和引线进行封装，形成一个坚硬保护体。然而某些产品（如SOT-186A，SOD-113等）因对其性能有特别的要求，使其载芯板背面环氧树脂保护层厚度只有0.3MM左右。在这条件下，应用传统的封装工艺生产，其成品率低。产品外观缺陷主要体现在塑封体背面针孔、树脂填充不良和高压测试耐压值低等缺点。所以通过提供一种结构简单，易制作的半导体器件塑封抽真空装置，通过抽真空装置，可使产品在真空工艺条件下成形，提升其成品率。

2.技术方案

2.1 抽真空装置结构

半导体器件塑封抽真空装置，包括有塑封机，塑封机上设有塑封模具，塑封模具合模后可形成密封空间，一真空容器罐通过真空管道连通塑封模具合模后形成的密封空间，于真空管道上设有抽气阀、放气阀及真空压力表，真空压力表通过压力信号线连接塑封机进行信号控制；真空容器罐与真空泵一起安装在一可移动的真空机壳体内，且模具与真空容器罐的管道上加装有空气过空气过滤器，防止模具中废料吸入真空容器罐内部。（见图1）

2.2 控制系统

为了使抽真空装置能够真正发挥应有的作用，控制抽真空装置的开启和关闭的时间关键最为关键，最好做法就是将抽真空机和塑封压机的控制系统进行联机，实现自动控制，既能保证产品质量又简化了操作程序，消除人为控制因素的影响。通过分析抽真空装置工作特点并结合塑封压机的工作时序，本着“简化操作、减少人为失误”的设计原则，充分利用塑封压机在工作过程中所输出的一些控制信号，设计了一个“自动抽真空控制原理图”（图2），将抽真空机和塑封压机的控制系统进行联机。

该控制线路，除了利用塑封机原自身具有的一些配件以外，增加了R1继电器、T1、T2两个时间继电器和S1、S2电磁阀。利用这些增加的电器元件，使压机的控制线路和抽真空机的控制线路很好的结合起来。首先，将抽真空泵的电机电源并到塑封压机的油泵电机上，其好处是在启动压机电机开始进行塑封作业的同时启动抽真空泵，不须单独启动抽真空泵，避免因人为原因而忘记打开抽真空泵，真正达到防错的效果；当合模到模具完全闭合并产生合模低压（这时候合模压力一般可以达到70Kg/cm2），压机的低压开关将会闭合，增加的R1继电器随即闭合使抽真空阀门打开，在同一时间R1的常闭触点将被断开，使S2卸荷阀断电，切断模具内部与外界连通的气路，把模具内部与外部完全隔离。这时候抽真空泵开始把模具内部的空气往外抽，当继续加压达到合模高压点的时候（这时候合模压力一般达到150Kg/cm2），压机的高压开关闭合；按照一般的MGP模的塑封作业过程，高压开关一闭合即会自动执行注塑的动作；但在这个控制线路里面，我们先把高压开关的输出信号接到时间继电器T1上，等T1设定时间达到以后，再同时向时间继电器T2和注塑电磁阀S3供电。T1的主要作用就是对注塑电磁阀的执行信号进行延时（可根据抽真空的速度进行调整，一般设定在5秒左右），因为合模压力在加压的过程从低压到高压只有很短的时间，一般只有2-3秒的时间，在这么短的时间内是很难把真空度抽到能够达到要求的，所以必须适当的延长一点时间后才能进行注塑，这样才能保证注塑的质量。而T2的作用则是控制在注塑过程持续抽真空的时间。整个塑封注塑周期是120秒，在树脂粉注满每一个型腔并定型后（一般是40-50秒），抽真空将不起到什么作用，而且如果整个注塑周期都持续抽真空的话，那么抽真空机将会由于长时间抽取模具里面的热气而导致泵体和电机过热，影响密封件和泵体的使用寿命。所以在开始注塑的同时T2便开始计时，达到设定时间后其常闭触头将会动作，断开R1电源，使抽真空阀断电停止抽气，同时R1断电后其常闭触头复位，接通卸荷阀电源，把模具内部与外部大气连通，实现开模前的减压。

3.结束语

增加抽真空装置后，操作人员只要按照操作普通模具的作业方法启动和操作设备，而不需要附加任何动作，操作极其简便，产品在真空工艺条件下成形，其外观质量也得到有力保障。

参考文献

[1]周煜明,闻芹堂,韩军,丁建良,叶重明.半导体器件使用的封装塑料兼论ME型改性环氧塑封料[J].江苏化工.市场七日讯,1982(01).

[2]石英学.噪声用于半导体大功率激光器及双极晶体管可靠性研究[D].吉林大学,2006.

作者简介：

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关键词：半导体；光刻；图形；薄膜；沉积

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.038

0 引言

人来研究半导体器件已经超过135年[1]。尤其是进近几十年来，半导体技术迅猛发展，各种半导体产品如雨后春笋般地出现，如柔性显示器、可穿戴电子设置、LED、太阳能电池、3D晶体管、VR技术以及存储器等领域蓬勃发展。本文针对半导制造技术的演变和主要内容的研究进行梳理简介和统计分析，了解半导体制造技术的专业技术知识，掌握该领域技术演进路线，同时提升对技术的理解和把握能力。

1 半导体技术

半导体制造技术是半导体产业发展的基础，制造技术水平的高低直接影响半导体产品的性能及其发展。光刻，刻蚀，沉积，扩散，离子注入，热处理和热氧化等都是常用的半导体制造技术[2]。而光刻技术和薄膜制备技术是半导体制造技术中最常用的工艺，下面主要对以上两种技术进行简介和分析。

2 光刻技术

主流的半导体制造过程中，光刻是最复杂、昂贵和关键的制造工艺。大概占成本的1/3以上。主要分为光学光刻和非光学光刻两大类。据目前所知，广义上的光刻（通过某种特定方式实现图案化的转移）最早出现在1796年，AloysSenefelder发现石头通过化学处理后可以将图像转移到纸上。1961年，光刻技术已经被用于在硅片上制造晶体管，当时的精度是5微米。现在，X射线光刻、电子束光刻等已经开始被用于的半导体制造技术，最小精度可以达到10微米。

光学投影式光刻是半导体制造中最常用的光刻技术，主要包括涂胶/前烘、曝光、显影、后烘等。非光学光刻技术主要包括极深紫外光刻（EUV）、电子束光刻（E-beam Lithography）、X射线光刻（X-ray lithography）。判断光刻的主要性能标准有分辨率（即可以曝光出来的最小特征尺寸）、对准（套刻精度的度量）、产量。

随着半导体行业的发展，器件的小型化（特征尺寸减小）和集成电路的密集度提高，传统的光学光刻制造技术开始步入发展瓶颈状态，其面临的关键技术问题在于如何提高分辨率。

虽然，改进传统光学光刻制造技术的方法多种，但传统的光学投影式技术已经处于发展缓慢的阶段。与传统的投影式光刻技术发展缓慢相比，下一代光刻技术比如EUV、E-beam、X-ray、纳米压印等的发展很快。各大光刻厂商纷纷致力于研制下一代光刻技术，如三星的极紫外光刻、尼康的浸润式光刻等。目前先进的光刻技术主要集中在国外，国内的下一代光刻技术和光刻设备发展相对较为滞后。

3 薄膜制备技术

半导体制造工艺中，在硅片上制作的器件结构层绝大多数都是采用薄膜沉积的方法完成。薄膜的一般定义为在衬底上生长的薄固体物质，其一维尺寸（厚度）远小于另外二维的尺寸。常用的薄膜包括： SiO2， Si3N4， poli-Si， Metal等。常用的薄膜沉积方法分为化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）和物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）两种。化学气相沉积利用化学反应生成所需的薄膜材料，常用于各种介质材料和半导体材料的沉积，如SiO2， poly-Si， Si3N4等[3]。物理气相沉积利用物理机制制备所需的薄膜材料，常用于金属薄膜的制备，如Al， Cu， W， Ti等。沉积薄膜的主要分为三个阶段：晶核形成―聚集成束―形成连续膜。为了满足半导体工艺和器件要求，通常情况下关注薄膜的一下几个特性：（1）台阶覆盖能力；（2）低的膜应力；（3）高的深宽比间隙填充能力；（4）大面积薄膜厚度均匀性；（5）大面积薄膜介电＼电学＼折射率特性；（6）高纯度和高密度；（7）与衬底或下层膜有好的粘附能力。台阶覆盖能力以及高的深宽比间隙填充能力，是薄膜制备技术的关键技术问题。我们都希望薄膜在不平整衬底表面的厚度具有一致性。厚度不一致容易导致膜应力、电短路等问题。而高的深宽比间隙填充能力则有利于半导体器件的进一步微型化及其性能的提高。同时，低的膜应力对所沉积的薄膜而言也是非常重要的。

4 结语

虽然，与不断更新换代的半导产品相比，半导体制造技术发展较为缓慢，大部分制造技术发展已经趋于成熟。但是，随着不断发展的半导体行业，必然会对半导体制造技术的提出更高的要求，以满足半导体产品的快速发展。因此，掌握和了解半导体制造技术的相关专利知识有利于推进该领域的发展。

参考文献：

[1] Most of the classic device papers are collected in S.M Sze，Ed.，Semiconductor Devices：Pioneering Papers，World Sci. ， Singapore，1991.

篇7

[关键词]烧结；质量；芯片粘附强度

中图分类号：TF046.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0096-01

1、引言

军用半导体分立器件的质量和可靠性，直接影响军用整机的可靠性。永光电子有限公司从事军用半导体分立器件的研制及生产四十余年，为航空、电子、兵器、船舶等领域提供国家重点工程配套产品，所以深知质量和可靠性的重要。

从半导体分立器件生产实践中可知，烧结质量直接影响半导体分立器件产品的电性能和热性能，从而影响产品的可靠性，由此可知，烧结工序在半导体器件生产中至关重要，因此需要我们生产过程中对芯片粘附强度进行监测，同时通过X光扫描等方法对产品质量进行控制，提高产品烧结质量和产品可靠性。

2 烧结

半导体的焊接技术主要有低温扩散炉烧结，共晶焊烧结，导电胶连接，真空烧结等方式。我厂主要使用的芯片焊接工艺技术是合金烧结技术，合金烧结技术是指将晶体管芯片与底座用焊料焊接起来，使其之间形成良好的欧姆接触，从而得到小的饱和压降；同时，要获得小的热阻和优良的抗热疲劳性能。

烧结的失效机理：理想的焊接界面应是不存在内应力，无裂纹，无空洞，低欧姆接触热阻的界面，而实际上，由于芯片背面和管座表面有污染（如油渍、尘埃颗粒等），表面氧化和合金种类的影响，以及操作不当，导致芯片焊接界面存在不同程度的质量问题。

如果芯片背面、管座表面及焊片表面未处理干净，则焊接面之间难于形成理想的面接触，有可能存在众多大小不等的空洞。空洞可能是由于沾污使焊料浸润不良引起的，也可能是由于各层材料表面镀层不良而剥离引起的焊接空洞，使芯片与管座接触面积缩小，接触热阻增大，导致散热不良，空洞易形成局部热点，严重引起热奔，导致致命失效。而且粘接不良使热阻增大，结温上升，导致电迁移与温度相关的失效机理产生。

3 烧结质量控制

3.1 芯片、管座及焊片处理

为了避免芯片、管座及焊片表面污染引起烧结质量异常，我车间在烧结前会对待烧结的管芯、管座及焊片进行清洗处理，尽可能保证焊接表面干净，从而减少因表面沾污而引起的烧结质量问题，提高产品质量和可靠性。

3.2 热阻测试及芯片粘附强度监测

3.2.1、我厂烧结工序在生产一批产品前，会先试烧5只产品，检验员按操作规范要求，对试烧好的产品进行热阻测试及芯片粘附强度试验，确认无异常的情况下才会大批量烧结生产。

芯片粘附强度试验，我厂采用剪切力测试台进行监测，具体做法是，将待测产品固定在夹具上，将力加到平行于管座平面，并垂直于被使用芯片的一个侧面，仪器自行施加力于管芯并显示剪切力大小。

芯片剪切力强度标准及失效判决接收判决如下：（如图1）

失效判据（如果芯片焊接剪切发生以下情况认为器件失效）

（1）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求；

（2）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的1.25倍（即B线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的50%时；

（3）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的1.5倍（即C线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的25%时；

（4）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的2倍（即D线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的10%时；

接收判据

（1） 用等于或大于图中A线规定的最低剪切强度要求的2.0倍

（即D线）的力没有切断。

（2） 残留的半导体材料的粘润痕迹等于或大于芯片焊接面积的

50%而不管所加的剪切力的大小（这条标准只适用于芯片面积小于1.65mm2器件）。

3.3 X光扫描检验

对成品器件进行X光扫描检验，检测器件空洞情况，剔除空洞较大较多器件，确保产品热性能，提高产品质量及可靠性。

4 总结

通过分析烧结质量问题，明确烧结质量的重要性，对于烧结质量的控制，我们还要继续朝细微处展开，同时增加新手段对烧结质量进行控制（如X光扫描检验器件空洞情况），确保军用器件的质量和可靠性。

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关键词：基区宽度；扩散长度；线性函数；载流子浓度；NPN BJT；LabVIEW

中图分类号：TN386 文献标识码：A文章编号：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是包含三个邻近区域且相邻区域参杂类型不同的半导体器件，其中间区域与那里的少数载流子的扩散长度相比非常窄，这个较窄的中间区域为基区，外层的两个区域为发射区和集电区，两个外层区域是可以互换的。然而，在实际器件中发射区具有不同的几何尺寸，并且一般比集电极参杂浓度要高，因此交换这两端会使器件特性发生显著的变化。

而基区宽度是影响BJT特性的另一重要因素。首先，基区的准中性宽度并不是与外加偏压无关的常数，改变结电压会改变E-B结或C-B结的耗尽区宽度，因此使W减小或扩大。因为基区的物理宽度很窄，因此耗尽区宽度即使有一个小的变化就可能造成显著的影响。另外基区宽度变化也是共发射极输出电流拟线性增加的主要原因[1]。因此本文对基区宽度对NPN BJT中载流子浓度分布的影响进行了推导，并编写了LabView程序进行了验证。图1为平衡条件下NPN BJT中电学变量示意图。

2 理想晶体管模型特性参数的分析

2.1 基本假设[1]

(1)器件采用NPN BJT，具有非简并，均匀参杂的发射区，基区和集电区(E-B结和C-B结采用突变结模型)。

(2)晶体管在稳态条件下工作。

(3)晶体管为一维的。

(4)在准中性区中满足小注入水平。

(5)除了漂移，扩散和热复合-产生之外，在晶体管内部没有其他过程发生。

(6)在整个E-B和C-B耗尽区内热复合-产生是可以忽略的。

(7)发射区和集电区的准中性宽度远大于这些区域的少数载流子扩散长度。

2.2 扩散方程/边界条件

在上述基本原理的假设下，通过求解少数载流子扩散方程就能获得晶体管准中性区的少数载流子浓度。

边界条件：因为发射区和集电区的准中性宽度远大于这些区域的少数载流子扩散长度，所以在发射区中离E-B结较远的位置或在集电区中离C-BΔ结较远的位置载流子浓度的微扰(ΔnE和ΔnC)一定趋于零。按照图2确定的坐标系统，概括的介绍一下不同区域需求解的方程和相应的边界条件。

发射区

需求解的扩散方程为

LL03.tif

服从边界条件：

LL04.tif

基区

需求解的扩散方程为

LL05.tif

服从边界条件：

LL06.tif

集电区

需求解的扩散方程为

LL07.tif

服从边界条件：

3 基区解

由于发射区和集电区的解无非是单边的理想二极管的解，所以在这里就不加详细推导，而基区则有所不同，基区的宽度是有限的，所以微扰载流子在x=0和x=W处不会为零。

基区扩散方程通解的一般形式为

LL09.tif

应用边界条件得

LL10.tif

根据上式可以解出A1和A2 并将其代入通解中，得

在W=LB的极限条件下准中性基区中载流子浓度的微扰是位置的线性函数，即

LL13.tif[1]

4 理论推导与证明

本文在对BJT晶体管的静态特性进行深入了解后，对W=LB 时对准中性基区中载

流子浓度的微扰的特性进行了推导。

当y较小时，可近似取前两项即ey=1+y。则

所以，在W=LB的极限条件下准中性基区中载流子浓度的微扰也是位置的线性函数。

5 结论

半导体器件的性能是影响射频微波电路的重要因素，而对半导体内部结构的了解是提高半导体性能，改善半导体工艺的关键。目前，人们已经根据需要制造出最新的BJT晶体管结构：多晶硅发射极BJT和异质结双极晶体管(HBT)，前一种结构多应用于最新型个人计算机的CPU[2]，后一种结构主要为满足高频/高速应用的需要而设计的[1]。本文针对BJT模型结构特点，通过理论推导证明了一种新的思路，即在W=LB 的极限条件下准中性基区中载流子浓度的微扰也是位置的线性函数，用以上推导出的结果对晶体管参数和电流的计算会更容易。

最后，为了更直观的让读者看清结论，笔者用LabVIEW编写了一个小程序，见附录A。可以看出当W=LB时，甚至W=2LB 时，NPN BJT中准中性基区中载流子浓度的微扰是位置的线性函数。

（注：图中数据为假设的，为计算使用。[3]）

参考文献:

[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

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关键词: 电力电子技术; 高频开关电源; 功率半导体器件; 功率变换

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

1 电力电子技术概述

电力电子技术以功率处理为对象，以实现高效率用电和高品质用电为目标，通过采用电力半导体器件，并综合自动控制计算机(微处理器)技术和电磁技术，实现电能的获取、传输、变换和利用。电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面。

电力电子技术起始于20世纪50年代末60年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（P-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展，使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代末期和90年代初期发展起来的、以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通泰压降小，载流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。

2高频开关电源概述

高频开关电源是交流输入直流整流，然后经过功率开关器件（功率晶体管、MOS管、IGBT等）构成放入逆变电路，将高压直流（单相整流约300V，三相整流约500V）变换成方波（频率为20kHz）。高频方波经高频变压器降压得到低压的高频方波，再经整流滤波得到稳定电压的直流输出。

高频开关电源的特点[1]：

1、重量轻，体积小

由于采用高频技术，去掉了工频（50Hz）变压器，与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关电源的体积只是相控整流器的1/10，重量也接近1/10。

2、功率因数高

相控整流器的功率因数随可控硅导通角的变化而变化，一般在全导通时，可接近0.7，以上，而小负裁时，但为0.3左右。经过校正的开关电源功率因数一般在0.93以上，并且基本不受负载变化的影响。

3、可闻噪声低

在相控整流设备中，工频变压器及滤波电感作时产生的可闻噪声大，一般大于60db，而开关电源在无风扇的情况下可闻噪声仅为45db左右。

4、效率高

开关电源采用的功率器件一般功耗较小，带功率因数补偿的开关电源其整机效率可达88%以上，较好的可以做到92%以上。

5、冲击电流小

开机冲击电流可限制在额定输入电流的水平。

6、模快式结构

由于体积小，重量轻，可设计为模块式结构。

3电力电子技术在大功率开关电源中的应用

3.1功率半导体器件

功率半导体器件的发展是高频开关电源技术的重要支撑。功率MOSFET和IGB的出现，使开关电源高频化的实现成为可能；超快恢复功率二极管和MOSFET同步整流技术的开发，为研制高效率或低电压输出的开关电源创造了条件；功率半导体器件的额定电压和额定电流不断增大，为实现单机电源模块的大电流和高率提供了保证。

（1）功率MOSFET

功率MOSFET是一种单极型（只有电子或空穴作但单一导电机构）电压控制半导体元件[8]，其特点是控制极（栅极）静态内阻极高，驱动功率很小，开关速度高，无二次击穿，安全区宽等。开关频率可高达500kHz,特别适合高频化的电力电子装置。

（2）绝缘栅双极晶体管IGBT

绝缘栅双极晶体管IGBT是一种双（导通）机制复合器件，它的输入控制部分为MOSFET，输出极为GTR，集中了MOSFET及GTR分别具有的优点[2]：高输入阻抗，可采用逻辑电平来直接驱动，实现电压控制，开关速度高，饱和压降低，电阻及损耗小，电流、电压容量大，抗浪涌电流能力强，没有二次击穿现象，安全区宽等。

3.2软开关技术

传统大功率开关电源逆变主电路结构多采用PWM硬开关控制的全桥电路结构，功率开关器件在开关瞬间承受很大的电流和电压应力，产生很大的开关损耗，且随着频率的提高而损耗增大。工作频率在20kHz，采用IGBT功率器件的PWM硬开关控制的电源，功率器件开关损耗占总损耗的60%~70%，甚至更大[3]。为了消除或抑制电路的电压尖峰和浪涌电流，一般增加缓冲电路，不仅使电路更加复杂，还将功率器件的开关损耗转移到缓冲电路，而且缓冲电路的损耗随着工作频率的提高而增大。

软开关技术利用谐振原理，使开关器件两端的电压或流过的电流呈区间性正弦变化，而且电压、电流波形错开，使开关器件实现接近零损耗。谐振参数中吸收了高频变压器的漏抗、电路中寄生电感和功率器件的寄生电容，可以消除高频条件下的电压尖峰和浪涌电流，极大地降低器件的开关应力，从而大大提高开关电源的效率和可靠性。

3.3同步整流技术

对于输出低电压、大电流的开关电源来讲，进一步提高其效率的措施是在应用软开关技术的基础上，以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，这种技术称为同步整流（SR），用SR管代替肖特基二极管（SBD）可以降低整流管压降，提高开关电源的效率。

现在的同步整流技术都在努力地实现ZVS及ZCS方式的同步整流。自从2002年美国银河公司发表了ZVS同步整流技术之后，现在已经得到了广泛应用[4]。这种方式的同步整流技术巧妙地将副边驱动同步整流的脉冲信号与原边PWM脉冲信号联动起来，其上升沿超前于原边PWM脉冲信号的上升沿，而降沿滞后的方法实现了同步整流MOSFET的ZVS方式工作。最新问世的双输出式P联M控制IC几乎都在控制逻辑内增加了对副边实现ZVS同步整流的控制端子。这些IC不仅解决好初级侧功率MOSFET的软开关, 而且重点解决好副边的ZVS方式的同步整流。用这几款IC制作的DC/DC变换器, 总的转换效率都达到了94%以上。

3.4控制技术

开关变换器具有强非线性、离散性、变结构的特点，负载性质也是多变的，因此主电路的性能必须满足负载大范围的变化，这使开关电源的控制方法和控制器的设计变得比较复杂。

电流型控制及多环控制在开关电源中得到了较广泛的应用；电荷控制、单周期控制等技术使开关电源的动态性能有了很大的提高。一些新的方法，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制及各种调制方式在开关电源中的应用，已经引起关注。

随着微电子技术的发展，微控制器的处理速度越来越快，集成度越来越高，将微控制器或者DSP应用到大功率开关电源的数字控制模块已经成为现实。开关电源的高性能数字控制芯片的出现，推动了电源数字化的进程[5]。

数字控制可以实现精细的非线性算法，监控多部件的分布电源系统，减少产品测试的调整时间，使产品生产率更高。实时数字控制可以实现快速、灵活的控制设计，改善电路的瞬态响应性能，使之速度更快、精度更高、可靠性更强。

4 结束语

高频开关电源作为电子设备中不可或缺的组成部分也在不断地改进，高频化、模块、数字化、绿色化是其发展趋势。高频开关电源上述各技术的实现，将标志着开关电源技术的成熟。电力电子技术的不断创新，将使开关电源产业有着广阔的发展前景。

参考文献

[1] 莫慧芳. 高频开关电源发展概述. 电源世界, 2007（5）

[2] 贺益康, 潘再平. 电力电子技术. 科学出版社, 2010年第2版

[3]倪倩, 齐铂金, 赵晶等. 软开关全桥PWM主电路拓扑结构在逆变焊接电源中的应用. 自动化与仪表, 2002（1）

篇10

关键词：交流调速；半导体；电动机；变频

提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开：采用新型功率半导体器件和脉宽调制（PWM）技术 采用新型功率半导体器件和脉宽调制（ ） 功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如 BJT（双极型晶体管） 、 MOSFET（金属氧化硅场效应管） 、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频 化的 PWM 技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能 化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和 交-交变频器三种。 电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件， 无功功率 将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧 可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网， 构成的 调速系统具有四象限运行能力， 可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合， 在 大容量风机、泵类节能调速中也有应用。电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容 作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个 交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型 PWM 变 频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。 但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动 （发电） 状态时， 回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网， 要实现这部分能量的回馈， 网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器， 必须采用可逆变流器， 如采用两 套可控整流器反并联、采用 PWM 控制方式的自换相变流器（“斩控式整流器”或 “PWM 整 流器”） 。网侧变流器采用 PWM 控制的变频器称为“双 PWM 控制变频器”，这种再生能量回 馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功 率因数保持为 1 并且能量可以双向流动的特点， 代表一个新的技术发展动向， 但成本问题限 制了它的发展速度。通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点，只 能用于低速（低频）大容量调速传动。为此，矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变 频器功率密度大，而且没中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，为实现输入功率因 数为 1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。 随着电压型 PWM 变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛，PWM 技术的研究 越来越深入。

普通 PWM 变频器的输出电流中往往含有较大的和功 率器件开关频率相关的谐波成分， 谐波电流引起的脉动转矩作用在电动机上， 会使电动机定 子产生振动而发出电磁噪声， 其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。 如果电 磁噪声处于人耳的敏感频率范围， 将会使人的听觉受到损害。 一些幅度较大的中频谐波电流 还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，一种方法是提 高功率器件的开关频率， 但这种方法会使得开关损耗增加； 另一种方法就是随机地改变功率 器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围 内，从而抑制某些幅值较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随 机 PWM 技术。

应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论 应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代 现代控制理论 交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、 非线性、 强耦合、 时变的被控对象， VVVF 控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20 世纪 70 年代初 提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程， 不但要控制各变量的幅值， 同时 还要控制其相位， 以实现交流电动机磁通和转矩的解耦， 促使了高性能交流传动系统逐步走 向实用化。 目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、 电力机车牵引 系统和数控机床中。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的 控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的发展，现代控 制理论中的各种控制方法也得到应用， 如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制 可提高系统的动态性能，滑模（Sliding mode）变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测 器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。

广泛应用微电子技术 广泛应用微电子 电子技术 随着微电子技术的发展， 数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高， 这使 得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。 目前适于交流传动系统的微处 理 器 有 单 片 机 、 数 字 信 号 处 理 器 （ Digital Signal Processor--DSP ） 专 用 集 成 电 路 、 （Application Specific Integrated Circuit--ASIC）等。

开发新型电动机和无机械传感器技术 交流传动系统的发展对电动机本体也提出了更高的要求。 电动机设计和建模有了新的研 究内容，如三维涡流场的计算、考虑转子运动及外部变频供电系统方程的联解、电动机阻尼 绕组的合理设计及笼条的故障检测等。

为了更详细地分析电动机内部过程， 如绕组短路或转子断条等问题， 多回路理论应运而生。 随着 20 世纪 80 年代永磁材料特别是钕铁硼永磁的发 展， 永磁同步电动机（Permanent-MagnetSynchronous Motor--PMSM）的研究逐渐热门和深 入，由于这类电动机无需励磁电流，运行效率、功率因数和功率密度都很高，因而在交流传 动系统中获得了日益广泛的应用。此外，开关变磁阻理论使开关磁阻电动机 （Switched Reluctance Motor--SRM） 迅速发展， 开关磁阻电动机与反应式步进电动机相类似， 在加了转子位置闭环检测后可以有效地解决失步问题，可方便地起动、调速或点控，其优良 的转矩特性特别适合于要求高静态转矩的应用场合。 在高性能的交流调速传动系统中， 转子 速度（位置）闭环控制往往是必需的。

参考文献：

[1]《计算机操作系统教程》张尧学清华大学出版社（第二版）