智能功率集成电路
智能功率集成电路之电子镇流器
摘要：本文介绍了智能功率集成电路应用于电子镇流器的相关内容，介绍了电子镇流器电路的基本构成，核心电路的工作原理，旨在对功率集成电路的工作方式形成一定的认识。
关键词：智能功率集成电路电子镇流器半桥逆变电路启辉
一、智能功率集成电路概述
SPIC将输出功率器件、低压控制信号处理以及传感、保护、检测、诊断等功能电路集成到同一芯片上,是微电子技术和电力电子技术、控制技术、检测技术相结合的产物，目前被广泛应用于汽车电子、开关电源、电机驱动、工业控制和电源管理等方面。
SPIC电路的基本构成如图所示。SPIC一般包括三个部分:功率控制、检测和保护以及接口电路。
功率控制电路包括功率器件和驱动电路两部分,主要实现终端功率输出处理功能。出于功耗、控制难度等考虑,功率电路一般使用MOS栅功率器件为主。为了保证功率器件正常工作并发挥出功率器件的特点,一般还需要增加栅驱动电路或电平位移电路,来控制功率器件的开启和关断。
检测和保护电路主要针对SPIC高压、大电流特点,增加SPIC或外围电路发生异常情况(过压/欠压、过温、过流和短路/断路等)时进行保护的功能,从而较好地保护SPIC不受损坏,提高SPIC的稳定性和使用寿命。SPIC发生异常情况(如过热、过压等)时,如果在很短时间内不作出反应,SPIC电路(特别是功率器件)就可能损毁,所SPIC的检测和保护功能一般由高速双极型晶体管构成的高性能模拟电路完成。随着CMOS特征尺寸的大幅度减小,标准CMOS器件的截止频率也达到几十GHZ到上百GHZ的范围，目前很多检测和保护电路也采用CMOS电路来替代双极型晶体管电路,因为这有利于简化工艺步骤、降低生产成本和减小芯片面积等。出于这种变化趋势,部分BCD工艺也逐渐向CMOS-DMOS工艺转变。
SPIC接口电路一般由高密度逻辑CMOS实现,主要功能是完成与微机的信息交互,对微机的指令进行简单处理然后控制功率器件作出响应,同时将当前的工作状态、负载信息及其他，检测到的信息传送回给微机系统,为下一步更好地控制SPIC电路提供数据。随着BCD工艺水平的不断提高,SPIC的接口电路已不仅仅是这些功能,它集成ROM器件可以不间断地储存SPIC相关的信息，它集成射频模块电路使它具有无线通信功能等。
日常生活中，电子镇流器是智能功率集成电路的一个重要应用。1938 年问世的荧光灯，是照明光源的一个飞跃。在荧光灯问世后的40 余年间,人们一直采用电感式镇流器并配之启辉器作为稳流和启动附件。电感镇流器的优点是可靠性较高, 使用寿命较长。但由于这种镇流器体积和重量大而且自身功耗大，有噪音，会使荧光灯产生频闪。早有人就针对电感镇流器存在的一些弊端，开始了对其改进的研究，在50年代，提出了采用电了镇流器的设想。1963年,Roddam在《晶体管变流器与换能器》一书中，首次发表了荧光灯交流电子镇流器具体电路，并进行了详细的分析和讨论。只是由于当时没有可供选择的功率开关晶体管,Raddam的设计方案并未得到实施"。半导体开关功率器件的出现，人们终于将这一设想变为现实。在美国等一些发达国家，早在上个世界90年代初就已开始限制生产和使用白炽灯和电感镇流器，这就为直管形荧光灯交流电子镇流器提供了巨大的市场和发为此，像飞利浦、ST、西门子、摩托罗拉和三星等一些半导体巨商，从未停止电子镇流器控制IC的开发与生产。70年代80年代初，飞利浦公司率先推出了由分立元器件组成的电子镇流器,这是自1938年荧光灯问世以来在技术上的一次重大突破。
1997年10月1日,我国“绿色照明工程”正式启动,这是照明技术领域内一项重大决策和举措，必将对我国的能源、电光源和照明技术，甚至环境保护等各个领域产生巨大影响。随着电子镇流器的发展，迫切需要制定国际性标准。于是，IEC928和lEC929应运而生。我国对电子镇流器的研究始于80年代中期，近年来该产品已形成一定生产规模。根据因产电子镇流器的发展情况,我国也先后颁布了ZBK74011-89和ZBK74012-90专业标准。这些产品标准的一个重要特点就是对电子镇流器的性能要求和安全性要求非常苛刻。例如“正常情况下使用时,应使灯启动,但不对灯性能造成损害”，“施加阴极预热电压的最短时间应不少于0.4S”,“开路电压的波峰系数不得超过l.8”，“在最低预热期间，不得产生即使是极窄的、不影响有效值的电压峰值”等规定。目前，电子镇流器!"已经由自激式发展到软启动式，提高了可靠性和使用寿命。
二、电子镇流器原理
（一）电子镇流器电路的基本组成
一个基本的电子镇流器的框图如上所示。它包含防止电磁干扰（EMI）的EMI 滤波电路、整流电路、平滑滤波电路、功率因数校正电路、半桥逆变电路及其自启动电路、灯负载等部分。
（二）半桥逆变电路及其工作原理
1.滤波电路
第一部分L
1、C
1
、C
2
组成型EMI 滤波器，用来滤除半桥逆变电路本身所
产生的EMI信号，使它们不能通过电源线进入其他电气设备，避免引起传导干扰。
二极管VD
1–VD
4
组成全波桥式整流电路，将交流电压(频率为50Hz/60Hz) 整流，
转换为电解电容器C
3上的直流脉动电压，电容C
3
起平滑滤波的作用。当输入交
流电压瞬时值超过电解电容器上的电压时，它便对电解电容器充电，充电电流流
过输入端；而当输入电压低于电解电容器上的电压时，停止充电，由电解电容器C
3
对后面的负载即半桥逆变电路放电。这样一来，电解电容器时而充电，时而放电。只有在对电解电容器充电很短的一段时间内才有电流流过电源的输入端。可见，输入电流是一个持续时间很短的窄脉冲，而不再是正弦波了。由于这个原因，电路的功率因数是很低的，为0.5 左右。
电解电容器的容量愈大，后面的负载愈轻(即半桥逆变电路所支取的电流愈小),则电解电容器上的电压愈平滑，愈接近直流电压，输入电流的窄脉冲的持续时间也愈短，功率因数愈低。在这种情况下，半桥逆变电路的供电电压相对来说是比较稳定的，我们能够把半桥逆变电路中开关三极管的工作状态调整到比较好的状态，镇流器自身损耗很少，三极管工作比较可靠。滤波后的电压可看成是一个近似恒定的直流电压，在输入为220V 交流电压下，其有效值300–310V,并以
V
DC
或E表示之。
反之，电解电容器的容量愈小，后面的负载愈重，则充放电过程进行得愈厉害，而电解电容器上的电压起伏愈大，输入端电流持续时间也愈长，其功率因数愈大。下图所示是电解电容器CZ 上的电压波形及输入端电源电流波形。显而易见，输入电流远不是一个正弦波形,产生了非线性失真，这是因为电源接到非线性的器件（二极管）所造成的。
2.半桥逆变电路的工作原理 图3-4 中，三极管VT 1、VT 2组成有源半桥支路，电容C 7、C 8组成无源半桥支
路，半桥的中点电压为直流电压的一半，即E/2。灯管作为负载与电感L 2相串联，
跨接在两个半桥中点之间。由半桥中点所提供的高频方波电压，代替了50HZ 的低频电压来供给灯管，可以减轻电感的重量和尺寸，也有助于减少损耗。在紧凑型荧光灯中，为节省空间，只用C 7，而省去C 8不用。
VT 1、VT 2是半桥逆变电路中的重要器件，起着功率开关的作用，它们将直流电压
转变为高颊功率信号，驱动灯管发光。在选择三极管时，应考虑其开关参数如存储时间、开关时间以及放大倍数、最大集电极电流、反向耐压等，并根据灯功率的不同，选用不同型号、规格的管子。
电路的工作原理如下：
（1）VT 2的触发导通
加上电源后，由直流电压V DE (E) 提供的电流经R 1、R 2对积分电容C 5充电。一
旦其电压达到并超过触发二极管DB 3(它实际上是两个背对背连接的齐纳二极管)
的转折电压(30~40V) 后，该二极管击穿导通，并有电流注入VT 2的基极，使VT 2导通，此时，电流流通的路径为电源V C3——C 7——灯丝——C 6——灯丝——电感
L 2——磁环变压器Tr 的初级绕组N 3——VT 2的集电极——地。
VT 2集电极电流的增长趋势在磁环变压器的初级绕组N 3 上产生感应电动势，
同时在其次级(N 1、N 2) 也产生感应电动势，其极性是各绕组上用“﹒”表示的同
名端为正，从而使VT 2的基极电位升高，VT 2的基极电流、集电极电流进一步加大，
在电路中产生连锁反应，在这种连锁的正反馈作用下，VT 2导通并很快饱和。在
VT
2导通后，电容C
5
上的电荷通过二极管VD
5
和导通后的管子VT
2
放电，其电压很
快下降，不再能使触发管导通，该支路也不再对VT
2
基极产生影响。所以，由
R 1、R
2
、C
5
及DB
3
所组成的触发电路(或称自启动电路),只在电源接通后对VT
2
的
导通起触发作用; 而在VT
1、VT
2
开关转换后，其开关转换频率很高, VT
2
截止时
间很短，在这样短的时间内C
5来不及得到充分的充电，而在VT
2
导通后，C
5
又能
很快放电。这样，在C
5上面的电压是一个幅度很小的锯齿波,达不到足以使DB
3
导通的电压。因此，一旦电路转换，VT
1、VT
2
轮流导通与截止后，DB
3
将不再导通，
对电路也不起任何作用。
（2）VT2的转换: 如何由导通变为截止
在三极管VT
2
导通后，开始i b2、i c2、v b2均增加，到某一时刻，v B2达到一个最大(峰)值，电流i b2也有一个峰值，以后由于磁环的磁导率下降，v b2开始下降。此时在基区仍存在大量的少数载流子（电子）还没有被拉走，管子仍处于饱和状态。
但随着磁环磁导率的下降，会出现磁环绕组上电压v
N2
低于v b2的情况，使基极电流反向（实际上是存储在基区的少数载流子跨过基射结，返回到发射极)，
i
b2
变为负值，依靠此反向电流，使基区中引起饱和的多余的少数载流子被拉走，
经过一段时间后，VT
2
从饱和状态退出，进入放大状态。一旦进入放大状态，电流i c2下降，通过磁环的正反馈使i b2、i c2进一步减小，出现与上述相反的过程，
VT
2很快变为截止。基极的反向电流是很重要的，它能帮助VT
2
退出饱和状态，是
VT
2
由导通转换为截止的必要条件。
（3）VT1的转换: 如何由截止变为导通
在上述正反馈变化的同时，磁环绕组N
1的电压V
N1
改变极性，上正下负，在
延迟一段时间后，VT
1
有电流i c1产生，在磁环变压器中将产生与i c2增加时相反
极性的电动势,即各绕组中用“﹒”表示的同名端电压为负。这样一来，VT
1
的基极电位上升,集电极电流i c1将增加，电流的流通路径为电源V C3——VT1集电极
——VT
1发射极——电感L
2
——灯丝——C
6
——灯丝——C8——地。
流过电感L
2及磁环的电流与VT
2
导通时的电流方向相反，并出现连锁反应，结果
VT
1迅速由截止变为导通并饱和。以后经过一段时间，VT
1
又会由导通变为截止，
其过程与VT
2
由导通变为截止的过程是一样的。
在VT
1
由截止变为导通的开始且v b1变为足够正时，VT1的基射结及基集结都变为正偏，并有较大的正v be1值，它除产生正向基极电流i b1向基区注入大量电子外，还产生由基极流向集电极的反向电流-i c1，此电流由集电极流出。集电极的反向
电流经C
7流入灯管，同先前的VT
2
流过灯管及电感L
2
的电流方向是一致的，组成
灯管电流。它的流通路线是:由VT
1集电极经C
7
、灯管、电感L
2
、磁环绕组N
3
、
N 1及电阻R
3
(或通过接于VT
1
的基射结的反向二极管) 流回基极。在集电极的反向
电流-i c1流通的时间内，三极管VT1可以看作是两个背对背连接的PN 结，在集射极之间两个PN 结的压降是相互抵消的，因而压降很小。以后，i c1逐渐加大，由负变正，由于基射极之间的压降v be1很大，很大的i b1使三极管VT1处于深饱和，这样i c1≥0 时VT1的集射极之间压降仍然很小。由此可见，在三极管导通的全过程中，它的集射极之间压降一直是很小的，可以视为短路，而不论其集电极电流为正或为负。这时候三极管可视为闭合的开关。上述三极管转换过程周而复始地
重复下去，VT
1、VT
2
轮流地导通与截止。
VT
1
集射极电压v ce就是有源半桥中点的电压，它是方波电压，在转换过程中，先由E下降到零，以后又由零跳变为E。无源半桥中点电压一直为直流电压的一半，即E/2。这样，两个半桥中点之间的电压是一个交变的方波电压，其幅度为
E/2。此交变的方波电压经过启动电容C
6、电感L
2
的串联谐振作用，使流过灯管
的电流接近正弦波，并在C
6两端产生了一个很高的电压(其值由电感L
2
的Q 值及
电容C
6
的值决定) 加到灯管上，将灯管启辉点亮。如将灯丝预热(如加PTC 热敏
电阻，或通过电感上的次级绕组给灯丝预热)，将会使灯管触发启辉所需要的电压降低，灯管更容易点亮。灯被点亮后，灯管可近似视为一个电阻，其值由稳定后的灯管电压与灯管电流之比求得，它对电路的工作频率有影响。
3.电容C4的续流作用
在电路实际搭建时，应当在两个三极管之间插入一段“死区时间”，以避免两个三极管同时导通而烧毁。但是，流过电感以及灯管的电流又必须是连续的交
变电流，因此在实际电路中还会引入电容C
4
，利用电容电流可以突变的特性，在
C
4
上产生正负相间的脉冲，补充在两管都不导通时的电流缺口，保证流过灯管的电流是连续的。
（三）影响镇流器工作频率的一些因素
影响镇流器工作频率的因素很多，主要有磁环变压器的匝数(N
1、N
2
、N
3
)，
它的磁导率μ，电路中三极管的基极电阻、发射极电阻，以及灯管的参数(灯管长度、管压、管流等)。除此以外，环境温度也会对工作频率产生影响。
1.磁环的次级匝数N
1、N
2
愈多，则三极管的驱动电压愈人，三极管的管压低，
进入饱和深，工作频率愈低，，反之结果相反。
2.磁环的磁导率μ愈大，工作频率愈低。
3.加大发射极电阴(R
e
),增加其负反馈作用，三极管不易饱和，工作频率将变高，
加大基极电阻(R
b
),减小驱动电流及三极管饱和程度，工作频率亦将变高。
当环境温度上升时，三极管的基极电压U
be
减小,存储电荷与存储时间变大，工作频率将变低。
4.铁氧体磁环的磁导率、做环的饱和电流I
sat (H
sat
)还会受温度的影响发生变化，
人而使工作频率随工作温度也发生变化。
参考文献
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集成电路使用常识
集成电路使用常识 费仲兴编译 前言 在多年的半导体器件的推广应用中了解到，很多整机厂的技术人员并不太了解集成电路使用的必要常识，即使是对于我公司的技术人员来说，关于这方面知识的掌握也不够全面，因此有必要把有关这方面的材料编译出来，供大家参考。 本材料主要根据日本东芝公司、三洋公司双极集成电路手册中的有关内容编译而成，有些地方加进了一些个人的理解。一共包含了以下三个方面的内容，一是有关集成电路最大额定值的物理意义以及和产品性能的关系；二是整机设计中功率集成电路的热设计方法；三是集成电路使用中的注意事项。其中最大额定值中的各种使用条件和环境温度的相互关系、关系集成电路功耗等的考虑方法还是值得参考的。 一、最大额定值 1、最大额定值的必要性和意义 根据半导体物理理论，半导体器件中载流子密度和温度成指数关系，因此温度对集成电路性能影响很大。 如果在集成电路内部器件的PN结上施加上足够的电压，载流子就会得到附加的能量，引起雪崩倍增，反向电流迅速增大，这时往往会发生击穿现象。 电流所引起的变化不像电压所引起的变化那样剧烈，但它会使半导体元件的性能缓慢地劣化，逐步地失去功能。此外，流过PN结的电流和施加电压的乘积变为功耗，引起温升，如果温度过高，也会引起热破坏。因此，温度、电压、电流和功耗就成为限制集成电路工作的四大因素。 据于上述理由，集成电路制造厂家往往对施加在集成电路上的电压、电流、功耗和温度规定最大容许值，要求用户遵照执行，这就是通常所说的最大额定值。 究竟什么是最大额定值，日本JIS7030（日本工业标准晶体管试验方法）中是这样定义的： 关于集成电路的最大额定值，JIS中没有明确定义过，但只要把上述定义中的晶体管换成集成电路的话，就成为集成电路最大额定值的定义。 集成电路最大额定值，就是为了保证集成电路的寿命和可靠性不可超越的额定值。这些额定值受结构材料、设计和生产条件等限制，因集成电路的种类不同其数值也不同。如果采用绝对最大额定值的概念，可以作如下表述。 所谓绝对最大额定值，就是在工作中即使瞬间也不能超过的值，如果定有两个以上项目的最大额定值时，其中的任何一个项目也不容许超过。 此外，最大额定值的大小不仅决定于半导体芯片内部的特征，同时还要考虑芯片以外的结构材料，如封装树指、芯片焊料等材料的特征。 超过最大额定值使用时，有时会不回复其特性。此外，应在设计时考虑电压的变化、零件特性的元件误差、环境温度的变化及输入信号的变化等，避免超过最大额定值中的任何一项。 2、电压的最大额定值 集成电路内部有许多PN结，当PN结上施加的电压一高，PN结空间电荷区内形成高电场强度，由于载流子的倍增作用，会引起电子雪崩，如果没有足够大的限流电阻，就会引起PN结的损坏。
智能功率集成电路发展概述
微电子技术学科前沿（三） ——智能功率集成电路发展技术前沿调研 指导老师：罗萍 学生：叶庆国 学号：2011032030018 SPIC：智能功率集成电路。随着微电子技术和功率MOS器件的发展，目前又新兴出一个领域：SPIC，Smart Power IC 。将输出功率集成器件与低压控制的信号处理以及传感、保护、检测、诊断等功能电路集成到同一芯片，是微电子技术和电力电子技术、控制技术、检测技术相结合的产物。SPIC自问世以来已经有了巨大的进步，汽车电子、平板显示、开关电源，电机驱动，工业控制，电源管理各方面应用广泛。 现就从SPIC（智能功率集成电路）的电路层面的技术实现，新型功率器件，封装技术，应用领域等多方面调研来了解智能集成电路的前沿动态。 1、Spic电路 SPIC 将所有的高压器件与低压电路集成在同一芯片上，消除了原来电力电子装置中各模块之间多余的连接[6]。这样既提高了电路的稳定性，也可以明显降低原来在高频工作时各模块之间引线对电路造成的破坏性影响，甚至可将过温、过流、过压和欠压等保护电路都集成进芯片去增强对功率器件的保护。因此，不仅显著地提高集成度、降低成本，更可令芯片整体的可靠性获得提升。 SPIC 共分为三个功能模块，分别是功率控制、传感保护和智能接口，如图1-3所示。其中，功率控制主要包括用作开关的各种功率半导体器件以及它们的驱动电路，在常见的率器件图腾柱式应用中，由于高侧器件的驱动电路与低侧器件的驱动电路分别参考不同的基准电位，驱动电路部分通常还要包含一个高压电平位移电路用以顺利从低侧向高侧传递控制信号。传感保护模块通过模拟电路采集芯片内各种电压、电流、温度信息并反馈给保护电路，在适当之时对芯片进行有效防护。另外，电力电子装置除了要与源和负载对接之外，还常常要与外部的计算机对接以实现编码控制。因此智能接口模块也非常重要，它使得SPIC 外界信息沟通及各种高级指令得以实现。 单片式 单片式智能功率集成电路具有成本低、体积小、工作稳定等诸多优点，自20世纪90 年代中期问世以来已得到广泛应用。功率半导体器件是单片式智能功率集成电路发展的关键所在，如何提高功率半导体器件的耐压、降低其导通电阻以及解决其工艺兼容性直接关系着单片式智能功率集成电路的发展。RESURF（REduced SURface Field）技术是设计横向功率半导体器件的关键技术之一，它能够在保证横向功率半导体器件击穿电压不变的同时，降低横向功率半导体器件的导通电阻。 开关电源，即是电路中的功率器件通过开关两种状态切换来控制电源向负载 输出稳定功率的一种电力电子装置。传统的开关电源，由于生产工艺技术水平不 足的原因，除其功率管和控制电路之外，还另有若干个分立器件，使得开关电源 在成本、体积以及可靠性等方面都受到不小的限制。因此，开关电源一直沿着以 下两个方向不断发展。 第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化[27]，1977 年国外率先推出PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制器集成电路，如美国SiliconGeneral 公司的SG3524、美国Uuitrode 公司（已被美国Texas Instruments公司收购）的UC3842。
集成电路工艺原理(期末复习资料)
第一章 1、何为集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、 电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如Si、GaAs）上，封装在一个内，执行特定电路或系统功能。 关键尺寸：集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。 2、它是衡量集成电路设计和制造水平的重要尺度，越小，芯片的集成度越高，速度越 快，性能越好 3、摩尔定律：、芯片上所集成的晶体管的数目，每隔18个月就翻一番。 4、High-K材料：高介电常数，取代SiO2作栅介质，降低漏电。 Low-K 材料：低介电常数，减少铜互连导线间的电容，提高信号速度 5、功能多样化的“More Than Moore”指的是用各种方法给最终用户提供附加价值，不 一定要缩小特征尺寸，如从系统组件级向3D集成或精确的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。 6、IC企业的分类：通用电路生产厂；集成器件制造；Foundry厂；Fabless：IC 设计公 司；Chipless；Fablite 第二章：硅和硅片的制备 7、单晶硅结构：晶胞重复的单晶结构能够制作工艺和器件特性所要求的电学和机械性 能 8、CZ法生长单晶硅把熔化的半导体级硅液体变成有正确晶向并且被掺杂成n或p型 的固体硅锭； 9、直拉法目的：实现均匀掺杂和复制籽晶结构，得到合适的硅锭直径，限制杂质引入； 关键参数：拉伸速率和晶体旋转速度 10、CMOS （100）电阻率：10~50Ω?cm BJT（111）原因是什么？ 11、区熔法？纯度高，含氧低；晶圆直径小。 第三章集成电路制造工艺概况 12、亚微米CMOS IC 制造厂典型的硅片流程模型 第四章氧化；氧化物 12、热生长：在高温环境里，通过外部供给高纯氧气使之与硅衬底反应，得到一层热生长的SiO2 。 13、淀积：通过外部供给的氧气和硅源，使它们在腔体中方应，从而在硅片表面形成一层薄膜。 14、干氧：Si（固）＋O2（气）－> SiO2(固)：氧化速度慢，氧化层干燥、致密，均匀性、重复性好，与光刻胶的粘附性好. 水汽氧化：Si （固）＋H2O （水汽）－>SiO2（固）+ H2 （气）：氧化速度快，氧化层疏松，均匀性差，与光刻胶的粘附性差。 湿氧：氧气携带水汽，故既有Si与氧气反应，又有与水汽反应。氧化速度氧化质量介于以上两种方法之间。
功率半导体应用提速 电源管理芯片一马当先
科学技术的飞速发展，使半导体技术形成两大分支：一个是以大规模集成电路为核心的微电子技术，实现对信息的处理、存储与转换;另一个则是以功率半导体器件为主，实现对电能的处理与变换。功率半导体器件与大规模集成电路一样具有重要价值，在国民经济和社会生活中具有不可替代的关键作用。 电力、电子两大领域并行发展 功率半导体器件在其发展的初期(上世纪60年代-80年代)主要应用于工业和电力系统，近二十年来，随着4C产业(通信、计算机、消费电子、汽车)的蓬勃发展，功率半导体器件的应用范围有了大幅度的扩展，已渗透到国民经济与国防建设的各个领域，其技术已成为航空、航天、火车、汽车、通讯、计算机、消费类电子、工业自动化和其他科学与工业部门的至关重要的基础。 过去，通常把大规模集成电路和功率半导体器件的关系比喻为大脑和四肢，因为大规模集成电路的作用是接受和处理信息，而功率器件则根据这些信息指令产生控制功率，去驱动相关电机进行所需的工作。上世纪80年代以后，随着新型功率半导体器件如VDMOS、IGBT及功率集成电路的兴起，功率半导体器件步入一个新的领域，除了驱动电机之外，其为信息系统提供电源|稳压器的功能也越来越引人注目。因此，功率半导体器件在系统中的地位已不仅限于“四肢”，而是为整个系统“供血”的“心脏”。 概括而言，功率半导体器件的技术领域主要分为两大门类，即以发电、变电、输电为代表的电力领域和以电源管理应用为代表的电子领域。随着技术的进步，这两大领域的功率半导体器件正沿着不同的路径发展。在电力领域，功率半导体器件以超大功率晶闸管、IG CT技术为代表，继续向高电压、大电流的方向发展;而在电子领域，电源管理器件则倾向于集成化、智能化以及更高的频率和精度。北京工业大学电子信息与控制工程学院亢宝位教授在接受记者采访时表示：“功率半导体器件的这两大技术领域由于用途各异，不存在谁替代谁的问题，两个领域的技术发展是并行不悖的。”不过，亢宝位同时也指出，由于历史的原因，按照很早以前的管理体制，电力领域归原机械部系统管理，而电子领域归原电子工业部门管理，原有挂靠在两个管理系统的企业、学会、协会等社会网络需要加强合作、加速融合，以促进我国的功率半导体产业快速发展。 促进节能及产业升级 使用功率半导体器件的最根本的目的，一是为了将电压、电流、频率转换到负载所需要的数值，二是为了更有效地利用电能。 功率半导体器件的广泛应用可以实现对电能的传输转换及最佳控制，大幅度提高工业生产效率、产品质量和产品性能，大幅度节约电能、降低原材料消耗，因此，它已经愈加明显地成为加速实现我国能源、通信、交通等量大面广基础产业的技术改造和技术进步的支柱。例如在绿色照明工程中，在节能灯中使用VDMOS产品将提高节能灯的性能及寿命，彻底纠正节能灯在人们头脑中留下的寿命短、节电不省钱的印象，使节能灯应用到千家万户。I GBT的出现及在空调、UPS电源等中的广泛应用，使效率得到大幅提高，同时体积也大幅缩小。如逆变焊机原来要两个人才能拿动，采用了IGBT器件之后，体积只有书包大小，重量仅为几公斤，同时其性能、效率及可靠性等也得到质的改进。 功率半导体器件的应用对于节约能源具有深远影响。在人类所消耗的电能中有75%需经功率半导体器件转换成一定的形式后才可供最终设备使用。新型功率半导体器件能较大
集成电路的发展与应用
粉体（1）班学号：1003011020 集成电路技术的发展与应用 摘要: 集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”（也有用文字符号“N”等）表示。 关键词：集成电路模拟集成电路电子元件晶体管发展应用集成电路对一般人来说也许会有陌生感，但其实我们和它打交道的机会很多。计算机、电视机、手机、网站、取款机等等，数不胜数。除此之外在航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输、武器装备等许多领域，几乎都离不开集成电路的应用，当今世界，说它无孔不入并不过分。 在当今这信息化的社会中,集成电路已成为各行各业实现信息化、智能化的基础。无论是在军事还是民用上,它已起着不可替代的作用。 一、集成电路的定义、特点及分类介绍 1、什么是集成电路：所谓集成电路（IC），就是在一块极小的硅单晶片上，利用半导体 工艺制作上许多晶体二极管、三极管及电阻、电容等元件，并连接成完成特定电子技术功能的电子电路。从外观上看，它已成为一个不可分割的完整器件，集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管元件组成的电路，目前为止已广泛应用于电子设备、仪器仪表及电视机、录像机等电子设备中。[1] 2、集成电路的特点：集成电路或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、 芯片（chip）在电子学中是一种把电路（主要包括半导体装置，也包括被动元件等）小型化的方式，并通常制造在半导体晶圆表面上。前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜（thin-film）集成电路。另有一种厚膜（thick-film）混成集成电路（hybrid integrated circuit）是由独立半导体设备和被动元件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。 3、集成电路的分类： （1）按功能结构分类：集成电路，又称为IC，按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大系。
集成电路制造工艺流程
集成电路制造工艺流程 1.晶圆制造( 晶体生长-切片-边缘研磨-抛光-包裹-运输 ) 晶体生长(Crystal Growth) 晶体生长需要高精度的自动化拉晶系统。 将石英矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达0.。 采用精炼石英矿而获得的多晶硅，加入少量的电活性“掺杂剂”，如砷、硼、磷或锑，一同放入位于高温炉中融解。 多晶硅块及掺杂剂融化以后，用一根长晶线缆作为籽晶，插入到融化的多晶硅中直至底部。然后，旋转线缆并慢慢拉出，最后，再将其冷却结晶，就形成圆柱状的单晶硅晶棒，即硅棒。 此过程称为“长晶”。 硅棒一般长3英尺，直径有6英寸、8英寸、12英寸等不同尺寸。 硅晶棒再经过研磨、抛光和切片后，即成为制造集成电路的基本原料——晶圆。 切片(Slicing) /边缘研磨(Edge Grinding)/抛光(Surface Polishing) 切片是利用特殊的内圆刀片，将硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶圆。 然后，对晶圆表面和边缘进行抛光、研磨并清洗，将刚切割的晶圆的锐利边缘整成圆弧形，去除粗糙的划痕和杂质，就获得近乎完美的硅晶圆。 包裹(Wrapping)/运输(Shipping) 晶圆制造完成以后，还需要专业的设备对这些近乎完美的硅晶圆进行包裹和运输。 晶圆输送载体可为半导体制造商提供快速一致和可靠的晶圆取放，并提高生产力。 2.沉积 外延沉积 Epitaxial Deposition 在晶圆使用过程中，外延层是在半导体晶圆上沉积的第一层。 现代大多数外延生长沉积是在硅底层上利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法生长硅薄膜。外延层由超纯硅形成，是作为缓冲层阻止有害杂质进入硅衬底的。 过去一般是双极工艺需要使用外延层，CMOS技术不使用。 由于外延层可能会使有少量缺陷的晶圆能够被使用，所以今后可能会在300mm晶圆上更多
功率放大集成电路原理及应用解读
家电检修技术<资料版>2007第7期总页(?? 初 学者天地 压从0V 逐渐升高,刚开始可看到两个万用表的数 值都上升,当电压增高到某一值时,可以看到表1的电压值在增大,而表2的电流值却在减小,当电压继续增大到另一个值时,这时又可以看到两个表的电压、电流值都开始增大。如果测试过程与上述的一样,说明该管是好的。如果不一样或变化很不明显,表明该管是坏的。 (完 TD 表1 5V 表2 10mA 20k 图11(b 判断隧道二极管测试电路 功率放大集成电路原理及应用 !丁朋 要点提示: ▲功率放大集成电路的功能是对音频信号进行功率放大,其最大特点是具有较大的输出功率,能够推动扬声器等负载。
▲功率放大集成电路的主要参数有:电源电压、静态电流、输出功率、电压增益、频响范围和谐波失真等。▲O TL 电路的优点是可以使用单电源,缺点是由于输出电容的存在,低频响应较差。 一、功能与参数 1.功能与特点 功率放大集成电路的功能是对音频信号进行功率放大。其最大特点是:具有较大的输出功率,能够推动扬声器等负载。 功率放大集成电路品种规格众多。按声道数可分为单声道音频功放和双声道音频功放;按电路形式可分为O TL 功率放大器、O CL 功率放大器和BTL 功率放大器等。其输出功率从数十毫瓦到数百瓦,具有很多规格,并具有多种封装形式。许多功率放大集成电路自带散热板,但由于自带的散热板一般较小,因此功率较大的功率放大集成电路在应用时仍应按要求安装散热器。功率放大集成电路自带的散热板有的与内部电路绝缘,有的与内部电路的接地点连通,有的与内部输出功放管集电极连通,安装散热器时应区别对待。对于自带散热板与内部电路不绝缘的功率放大集成电路,应在集成电路与散热器之间放置耐热绝缘垫片,如图1所示。 2.参数 功率放大集成电路的主要参数有:电源电压V CC 、静态电流I O 、输出功率P O 、电压增益、频响范围和谐波失真THD 等。 (1电源电压V CC ,包括最高电源电压和额定电源 电压,对于O TL 功率放大器一般为单电源(+V CC ,对于 O CL 功率放大器一般为双电源(±V CC 。最高电源电压是极限参数,使用中不得超过,推荐使用额定电源电压。
集成电路制造工艺_百度文库(精)
从电路设计到芯片完成离不开集成电路的制备工艺，本章主要介绍硅衬底上的CMOS 集成电路制造的工艺过程。有些CMOS 集成电路涉及到高压MOS 器件（例如平板显示驱动芯片、智能功率CMOS 集成电路等），因此高低压电路的兼容性就显得十分重要，在本章最后将重点说明高低压兼 容的CMOS 工艺流程。 1.1 基本的制备工艺过程 CMOS 集成电路的制备工艺是一个非常复杂而又精密的过程，它由若干单项制备工艺组合而成。下面将分别简要介绍这些单项制备工艺。 1.1.1 衬底材料的制备 任何集成电路的制造都离不开衬底材料——单晶硅。制备单晶硅有两种方法：悬浮区熔法和直拉法，这两种方法制成的单晶硅具有不同的性质和不同的集成电路用途。 1 悬浮区熔法 悬浮区熔法是在20世纪50年代提出并很快被应用到晶体制备技术中。在悬浮区熔法中，使圆柱形硅棒固定于垂直方向，用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使棒的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，这两个棒朝相反方向旋转。然后将在多晶棒与籽晶间只靠表面张力形成的熔区沿棒长逐步向上移动，将其转换成单晶。 悬浮区熔法制备的单晶硅氧含量和杂质含量很低，经过多次区熔提炼，可得到低氧高阻的单晶硅。如果把这种单晶硅放入核反应堆，由中子嬗变掺杂法对这种单晶硅进行掺杂，那么杂质将分布得非常均匀。这种方法制备的单晶硅的电阻率非常高，特别适合制作电力电子器件。目前悬浮区熔法制备的单晶硅仅占有很小市场份额。 2 直拉法
随着超大规模集成电路的不断发展，不但要求单晶硅的尺寸不断增加，而且要求所有的杂质浓度能得到精密控制，而悬浮区熔法无法满足这些要求，因此直拉法制备的单晶越来越多地被人们所采用，目前市场上的单晶硅绝大部分采用直拉法制备得到的。 拉晶过程：首先将预处理好的多晶硅装入炉内石英坩埚中，抽真空或通入惰性气体后进行熔硅处理。熔硅阶段坩埚位置的调节很重要。开始阶段，坩埚位置很高，待下部多晶硅熔化后，坩埚逐渐下降至正常拉晶位置。熔硅时间不宜过长，否则掺入熔融硅中的会挥发，而且坩埚容易被熔蚀。待熔硅稳定后即可拉制单晶。所用掺杂剂可在拉制前一次性加入，也可在拉制过程中分批加入。拉制气氛由所要求的单晶性质及掺杂剂性质等因素确定。拉晶时，籽晶轴以一定速度绕轴旋转，同时坩埚反方向旋转，大直径单晶的收颈是为了抑制位错大量地从籽晶向颈部以下单晶延伸。收颈是靠增大提拉速度来实现的。在单晶生长过程中应保持熔硅液面在温度场中的位置不变，因此，坩埚必须自动跟踪熔硅液面下降而上升。同时，拉晶速度也应自动调节以保持等直生长。所有自动调节过程均由计算机控制系统或电子系统自动完成。 1.1.2 光刻 光刻是集成电路制造过程中最复杂和关键的工艺之一。光刻工艺利用光敏的抗蚀涂层（光刻胶）发生光化学反应，结合刻蚀的方法把掩模版图形复制到圆硅片上，为后序的掺杂、薄膜等工艺做好准备。在芯片的制造过程中，会多次反复使用光刻工艺。现在，为了制造电子器件要采用多达24次光刻和多于250次的单独工艺步骤，使得芯片生产时间长达一个月之久。目前光刻已占到总的制造成本的1/3以上，并且还在继续提高。 光刻的主要工艺步骤包括：光刻胶的涂覆，掩模与曝光，光刻胶显影，腐蚀和胶剥离。下面分别进行简要的介绍： 1 光刻胶涂覆
CMOS集成电路制造工艺流程
C M O S集成电路制造工艺 流程 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
陕西国防工业职业技术学院 课程报告 课程微电子产品开发与应用 论文题目CMOS集成电路制造工艺流程 班级电子3141 姓名及学号王京（24#） 任课教师张喜凤 目录
CMOS集成电路制造工艺流程 摘要：本文介绍了CMOS集成电路的制造工艺流程，主要制造工艺及各工艺步骤中的核心要素，及CMOS器件的应用。 引言：集成电路的设计与测试是当代计算机技术研究的主要问题之一。硅双极工艺面世后约3年时间，于1962年又开发出硅平面MOS工艺技术，并制成了MOS集成电路。与双极集成电路相比，MOS集成电路的功耗低、结构简单、集成度和成品率高，但工作速度较慢。由于它们各具优劣势，且各自有适合的应用场合，双极集成工艺和MOS集成工艺便齐头平行发展。 关键词：工艺技术，CMOS制造工艺流程 1.CMOS器件 CMOS器件，是NMOS和PMOS晶体管形成的互补结构，电流小，功耗低，早期的CMOS电路速度较慢，后来不断得到改进，现已大大提高了速度。 分类 CMOS器件也有不同的结构，如铝栅和硅栅CMOS、以及p阱、n阱和双阱CMOS。铝栅CMOS和硅栅CMOS的主要差别，是器件的栅极结构所用材料的不同。P阱CMOS，则是在n型硅衬底上制造p沟管，在p阱中制造n沟管，其阱可采用外延法、扩散法或离子注入方法形成。该工艺应用得最早，也是应用得最广的工艺，适用于标准CMOS电路及CMOS与双极npn兼容的电路。N阱CMOS，是在p型硅衬底上制造n沟晶体管，在n阱中制造p沟晶体管，其阱一般采用离子注入方法形成。该工艺可使NMOS晶体管的性能最优化，适用于制造以NMOS为主的CMOS以及E/D－NMOS和p沟MOS兼容的CMOS电路。双阱CMOS，是在低阻n＋衬底上再外延一层中高阻n――硅层，然后在外延层中制造n阱和p阱，并分别在n、p阱中制造p沟和n沟晶体管，从而使PMOS和NMOS晶体管都在高阻、低浓度的阱中形成，有利于降低寄生电容，增加跨导，增强p沟和n沟晶体管的平衡性，适用于高性能电路的制造。 集成技术发展
音频功率集成电路及功率器件的现代研究
音频功率集成电路及功率器件的现代研究 摘要在科技水平不断提升的情况下，功率集成电路出现了高速的发展态势。在功率集成电路中，音频功率放大器属于重要的构成部分，在消费类电子产品领域中具有广泛的应用。作为全球最大的消费类电子商品市场以及生产的基地，对于音频功率放大器的需求在不断的增多，而且要求标准越来越多。本文对于音频功率集成电路和功率器件展开研究，为实践工作提供有价值的参考。 关键词音频功率集成电路；功率器件；消费类电子 功率集成电路为高压功率器件与信号处理系统和接口电路、外围驱动电路以及检测电路、保护电路等等在相同的芯片上面进行集聚的集成电路。音频功率放大器在功率集成电路中占据着重要的地位，属于不可或缺的构成。当前，研究音频功率放大器、分析音频功率集成电路和功率器件已经是重点探索的方面。 1 音频功率集成电路概况 功率半导体器件在发展期间经历了很多的阶段，在二十一世纪前后，功率半导体器件的发展到了密切的结合集成电路的阶段。在功率半导体器件和集成电路充分联系结合期间，使得功率和微电子器件在芯片制造工艺慢慢趋同，MOS型器件的封装技术靠近着集成电路，而且在器件结构方面将功率MOS型器件以及集成电路在相同芯片或者包装进行设置已经是趋势。音频功率放大芯片的对象就是指各种形式的音箱以及喇叭，采取功率这一途径让微弱的声音信号进行放大，进而获得到足够的驱动负载功能。音频放大器的主要参数很多，包括电源纹波抑制比、总谐波失真加噪声、信噪比、增益、最大输出功率、关断电流以及输出偏移电压。TDA7294為DMOS大功率音频功放集成电路，特点和性能包括作电压高达±40伏、出功率大，音乐功率可达IOOW、失真和低噪音、音和STAND-BY 待机功能等[1]。 2 LS7294电路的分析和仿真 TDA7294的内部等效电路主要包含有四个部分，即分别是双极晶体管组成的输入级、运放和大功率MOS管组成的电流输出级、MOS管构成的第二级放大及电平移位电路、短路保护及过热保护电路。于输出级和第二级电压放大级的密勒电容增添进交流负反馈，可以良好的减轻TDA7294输出级失真问题。同时能够实现分开供电电压放大级和电流放大级的形式，做到将通过电流相互影响降低，属于理想的保真举措。因实施参考输入端的静音功能，所以予以LS7294两个差分PNP对管输入的方式。而且参考输入端涵盖阻尼回路，将静音控制进行优化。关键的环节包括输入级及控制开关、基准源和待机/静音窗口比较器、静音控制单元和待机控制单元、输出功率管下管保护电路、输出功率管上管保护电路及自举电路以及中间MOS增益级及功率输出级电路。仿真时外围电路闭环增益经反馈，可以控制在30dB，在静态的工作期间电流大概是在16.5mA。
智能功率器件的原理
智能功率器件的原理与应用 1 智能功率器件的特点及产品分类 1.1 智能功率器件的特点 所谓智能功率器件，确实是把功率器件与传感器、检测和操纵电路、爱护电路及故障自诊断电路等集成为一体并具有功率输出能力的新型器件。由于这类器件可代替人工来完成复杂的功率操纵，因此它被给予智能的特征。例如，在智能功率器件中，常见的爱护功能有欠电压爱护、过电压爱护、过电流及短路爱护、过热爱护。此外，某些智能功率器件还具有输出电压过冲爱护、瞬态电流限制、软启动和最大输入功率限制等爱护电路，从而大大提高了系统的稳定性与可靠性。 智能功率器件具有体积小、重量轻、性能好、抗骚扰能力强、使用寿命长等显著优点，可广泛用于单片机测控系统、变频调速器、电力电子设备、家用电器等领域。
1.2 智能功率器件的产品分类 智能功率器件可分成两大类，即智能功率集成电路与智能功率模块。 1）智能功率集成电路 智能功率集成电路的种类专门多，下面仅列出几种典型产品。 ——高压功率开关调节器（High Voltage Power Switching Regulator）。例如，美国摩托罗拉公司研制的MC33370系列产品。 ——智能功率开关（IntelligentP ower Switch）。例如，德国西门子（Siemens）公司生产的Smart SIPMOS智能功率开关，产品型号有BTS412B、BTS611等。 2）智能功率模块 智能功率模块是采纳微电子技术和先进的制造工艺，把智能功率集成电路与微电子器件及外围功率器件组装成一体，能实现智能功率操纵的商品化部件。模块大多采纳密封式结构，以保证良好的电气绝缘和抗震性能。用户只须了解模块的外特性，即可使用。因此，它能简化
CMOS集成电路制造工艺
CMOS集成电路制造工艺 从电路设计到芯片完成离不开集成电路的制备工艺，本章主要介绍硅衬底上的CMOS 集成电路制造的工艺过程。有些CMOS集成电路涉及到高压MOS器件（例如平板显示驱动芯片、智能功率CMOS集成电路等），因此高低压电路的兼容性就显得十分重要，在本章最后将重点说明高低压兼容的CMOS工艺流程。 1.1基本的制备工艺过程 CMOS集成电路的制备工艺是一个非常复杂而又精密的过程，它由若干单项制备工艺组合而成。下面将分别简要介绍这些单项制备工艺。 1.1.1 衬底材料的制备 任何集成电路的制造都离不开衬底材料——单晶硅。制备单晶硅有两种方法：悬浮区熔法和直拉法，这两种方法制成的单晶硅具有不同的性质和不同的集成电路用途。 1悬浮区熔法 悬浮区熔法是在20世纪50年代提出并很快被应用到晶体制备技术中。在悬浮区熔法中，使圆柱形硅棒固定于垂直方向，用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使棒的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，这两个棒朝相反方向旋转。然后将在多晶棒与籽晶间只靠表面张力形成的熔区沿棒长逐步向上移动，将其转换成单晶。 悬浮区熔法制备的单晶硅氧含量和杂质含量很低，经过多次区熔提炼，可得到低氧高阻的单晶硅。如果把这种单晶硅放入核反应堆，由中子嬗变掺杂法对这种单晶硅进行掺杂，那么杂质将分布得非常均匀。这种方法制备的单晶硅的电阻率非常高，特别适合制作电力电子器件。目前悬浮区熔法制备的单晶硅仅占有很小市场份额。 2直拉法 随着超大规模集成电路的不断发展，不但要求单晶硅的尺寸不断增加，而且要求所有的杂质浓度能得到精密控制，而悬浮区熔法无法满足这些要求，因此直拉法制备的单晶越来越多地被人们所采用，目前市场上的单晶硅绝大部分采用直拉法制备得到的。 拉晶过程：首先将预处理好的多晶硅装入炉内石英坩埚中，抽真空或通入惰性气体后进行熔硅处理。熔硅阶段坩埚位置的调节很重要。开始阶段，坩埚位置很高，待下部多晶硅熔化后，坩埚逐渐下降至正常拉晶位置。熔硅时间不宜过长，否则掺入熔融硅中的会挥发，而且坩埚容易被熔蚀。待熔硅稳定后即可拉制单晶。所用掺杂剂可在拉制前一次性加入，也可在拉制过程中分批加入。拉制气氛由所要求的单晶性质及掺杂剂性质等因素确定。拉晶时，籽晶轴以一定速度绕轴旋转，同时坩埚反方向旋转，大直径单晶的收颈是为了抑制位错大量地从籽晶向颈部以下单晶延伸。收颈是靠增大提拉速度来实现的。在单晶生长过程中应保持熔硅液面在温度场中的位置不变，因此，坩埚必须自动跟踪熔硅液面下降而上升。同时，拉晶速度也应自动调节以保持等直生长。所有自动调节过程均由计算机控制系统或电子系统自动完成。 1.1.2 光刻 光刻是集成电路制造过程中最复杂和关键的工艺之一。光刻工艺利用光敏的抗蚀涂层（光刻胶）发生光化学反应，结合刻蚀的方法把掩模版图形复制到圆硅片上，为后序的掺杂、薄膜等工艺做好准备。在芯片的制造过程中，会多次反复使用光刻工艺。现在，为了制造电
关于集成电路功耗的研究,数电
关于集成电路功耗的研究 随着技术的进步，数字集成电路以指数幂的级数飞速发展，集成电路系统的复杂度、集成度随之进一步提高，尤其是便携及移动设备的广泛应用，功耗已经成为集成电路日趋重要的问题。功耗分析、优化及低功耗系统设计在集成电路的设计、工艺制造等层次发挥重要作用。 一直以来，在设计超大规模集成电路时，人们对芯片的性能、成本和可靠性往往更加关注，对于电路的功耗却不大在意，最典型的产品就是Intel的P4处理器。以往的集成电路设计过程中，集成电路集成度不高，功耗还没有不是突出问题。随着集成电路集成度的提高，尤其是互补金属氧化物半导体电路发展到深亚微米工艺和纳米工艺之后，功耗加剧增加（尤其是静态功耗，它已成为能与动态功耗相较的电路功耗的重要组成部分），导致封装、散热、信号完整性分析等一系列问题的出现。随着CMOS工艺水平的提高，使得MOS器件的沟道长度相应变小，这就要求芯片设计时采用更低的电源电压。芯片集成度和工作时钟频率的提高，直接导致芯片功耗的增加。功耗增加使芯片面临着高温工作的危险，降低芯片乃至系统的工作稳定性。为了提高工作稳定性，需要采用更加复杂的芯片封装技术和冷却技术，从而增加了整个系统的成本。所以在目前技术条件下，功耗问题已经是当前电路设计中需要着重考虑的地方。 首先，我们需要对集成电路的功耗来源和组成进行分析。而对功耗的分析，都是从功耗来源入手，这主要是建立在CMOS电路基础上。根据工作状态的不同，CMOS电路的功耗可分为两大部分：动态功耗（包括开关功耗、短路功耗）、静态功耗（也称漏电功耗）。因此，CMOS电路的功耗为开关功耗、短路功耗和漏电功耗三者之和，亦即P total=P switch+P short+P leak。 开关功（P switch）：也称为跳变功耗，指电路在开关过程中对每个门的输出端形成的负载电容充放电所消耗的功耗。计算公式为：P switch=ACf ck V dd2，其中，A表示跳变因子系数，C表示节点的负载电容，f ck表示时钟频率，V dd表示电源供电电压。可以看出开关功耗P switch与电路的跳变因子、负载电容、时钟频率、供电电压的平方成正比关系，因此减少开关功耗可从减小跳变因子、降低器件工作电压、降低器件负载电容、降低工作频率等几个方面入手。
(工艺技术)集成电路的基本制造工艺
第1章 集成电路的基本制造工艺 1.6 一般TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么? 答：集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般TTL 集成电路的外延层电阻率高。 第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应 复 习 思 考 题 2.2 利用截锥体电阻公式，计算TTL “与非”门输出管的CS r ，其图形如图题2.2 所示。 提示：先求截锥体的高度 up BL epi mc jc epi T x x T T -----= 然后利用公式： b a a b WL T r c -? = /ln 1ρ ， 2 1 2?? =--BL C E BL S C W L R r b a a b WL T r c -? = /ln 3ρ 321C C C CS r r r r ++= 注意：在计算W 、L 时, 应考虑横向扩散。 2.3 伴随一个横向PNP 器件产生两个寄生的PNP 晶体管，试问当横向PNP 器件在4种可能的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大? 答：当横向PNP 管处于饱和状态时，会使得寄生晶体管的影响最大。 2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管，要求其在20mA 的电流负载下 ，OL V ≤0.4V ，请在坐标纸上放大500倍画出其版图。给出设计条件如下： 答： 解题思路 ⑴由0I 、α求有效发射区周长Eeff L ； ⑵由设计条件画图 ①先画发射区引线孔； ②由孔四边各距A D 画出发射区扩散孔； ③由A D 先画出基区扩散孔的三边； ④由B E D -画出基区引线孔； ⑤由A D 画出基区扩散孔的另一边；
电子元件基础认识第三章：各种集成电路简介
电子元件基础认识第三章：各种集成电路简介 电子元件基础认识(三) ［作者：华益转贴自：本站原创点击数：7832 更新时间：2005-3-27 文章录入：华益］ 第三章：各种集成电路简介 第一节三端稳压IC ? ? 电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。 ? ? 用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，790 9表示输出电压为负9V。 ? ? 78/79系列三端稳压IC有很多电子厂家生产，80年代就有了，通常前缀为生产厂家的代号，如TA7805是东芝的产品，AN7909是松下的产品。（点击这里，查看有关看前缀识别集成电路的知识） ? ? 有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24，用来区别输出电流和封装形式等，其中78L调系列的最大输出电流为10 0mA， 78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1．5A。它的封装也有多种，详见图。塑料封装的稳压电路具有安装容易、价格低廉等优点，因此用得比较多。 79系列除了输出电压为负。引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均与78系列的相同。 ? ? 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，可以用来改装分立元件的稳压电源，也经常用作电子设备的工作电源。电路图如图所示。 ? ? 注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。 ? ? 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，
(整理)功率半导体强化设计能力寻求中高端突破.
功率半导体包括功率二极管、功率开关器件与功率集成电路。近年来，随着功率MOS（金属氧化物半导体）技术的迅速发展，功率半导体的应用范围已从传统的工业控制领域扩展到4C领域(计算机、通信、消费类电子产品和汽车电子)，渗透到国民经济与国防建设的各个方面。我国拥有国际上最大的功率半导体市场，拥有迅速发展的半导体代工线及国际上最大规模的人才培养体系，但中国功率半导体产业的发展必须改变目前封装强于芯片、芯片强于设计的局面。功率半导体行业应加强技术力量的引进和消化吸收，大力发展设计技术，以市场带动设计，以设计促进芯片，以芯片壮大产业。 发展功率半导体符合中国国情 功率半导体器件是进行电能处理的半导体产品。在可预见的将来，电能将是人类消耗的最重要能源，无论是水电、核电、火电还是风电，甚至各种电池提供的化学电能，大部分均无法直接使用，75%以上的电能应用需由功率半导体进行变换以后才能供设备使用。每个电子产品均离不开功率半导体器件。功率半导体的作用是使电能更高效、更节能、更环保并给使用者提供更多的方便。如通过变频来调速，使变频空调在节能70%的同时更安静并让人更舒适；手机的功能越来越多，同时更加轻巧，很大程度上也得益于超大规模集成电路的发展和功率半导体研发的进步；同时，人们希望一次充电后有更长的使用时间，在电池技术没有革命性进步以前，需要更高性能的功率半导体器件进行高效的电源管理。正是由于功率半导体技术能将“粗电”变为“精电”，因此它是节能减排的基础技术和核心技术。 随着绿色环保理念在国际上的确立与推进，功率半导体的发展应用前景更加广阔。消费电子、工业控制、照明等传统市场需求的稳定增长以及汽车电子市场的逐渐扩大，加上通信和电子玩具市场的火爆，都使功率半导体市场继续保持稳步的增长态势。同时，高效节能、环境保护已成为当今全世界的共识，提高效率与减少待机功耗已成为消费电子与家电产品的两个非常关键的指标。中国目前已经开始针对某些产品提出能效要求，对冰箱、空调、洗衣机等产品实施了能效标识政策，这些提高能效的要求又成为功率半导体迅速发展的另一个重要驱动力。 据国际权威机构预测，2011年功率半导体在中国市场的销售量将占全球的50%，年销售额接近200亿美元。与微处理器、存储器等数字集成半导体相比，功率半导体不追求尺寸的快速缩小，它的产品寿命周期可为几年甚至十几年。同时，功率半导体也不要求最先进的生产工艺，其生产线成本远低于“摩尔定律”制约下的超大规模集成电路的发展成本。因此，功率半导体非常适合我国的产业现状以及我国能源紧张和构建和谐社会的国情。 精品文档
集成电路功耗百科
定义 功率的损耗，指设备、器件等输入功率和输出功率的差额。功率的损耗。电路中通常指元、器件上耗散的热能。有时也指整机或设备所需的电源功率。 功耗同样是所有的电器设备都有的一个指标，指的是在单位时间中所消耗的能源的数量，单位为W。不过复印机和电灯不同，是不会始终在工作的，在不工作时则处于待机状态，同样也会消耗一定的能量（除非切断电源才会不消耗能量）。因此复印机的功耗一般会有两个，一个是工作时的功耗，另一个则是待机时的功耗。 待机功耗 2001年，欧盟要求额定输出功率0.3W~70W的无负载功率损耗均为1W；2005年，欧盟将该标准变为额定输出功率0.3W~50W的无负载功率损耗为0.3W、额定输出功率15W~70W的无负载功率损耗为0.75W。由此可以看出，大家对电器产品功耗方面的要求正日益严格。 为了符合欧盟等组织针对产品功耗而制定的种种规范，很多新技术应运而生，主要思想是让开关电源在负载很小或空载处于待机状态时能够以较低开关频率操作。 TI公司提供的UCC28600电源方案，在30%~100%输出功率段，采用准谐振零电压和固定频率不连续模式相结合的电源控制方式，以及高达1A的驱动能力，使得反激式电源的开关损耗大为降低，整机工作效率达到85%以上；在10%~30%输出功率段，采用固定峰值电流的关断时间调制模式的电源控制方式，使得电源的动态负载响应和低功率段的转换效率都得到极大的改善；同时在大约10%输出功率段采用跳脉冲的待机控制模式，使得待机功耗低至150毫瓦特。 UCC28600能直接驱动高达200瓦特的反激式电源，同时UCC28600自身携 带的引脚功能能在待机模式下自动关断PFC功能，使得用户的设计更为简洁，费用更低廉。 TDP功耗 TDP的英文全称是“Thermal Design Power”，中文翻译为“热设计功耗”，是反应一颗处理器热量释放的指标，它的含义是当处理器达到负荷最大的时候，释放出的热量，单位为瓦（W）。 CPU的TDP功耗并不是CPU的真正功耗。功耗（功率）是CPU的重要物理 参数，根据电路的基本原理，功率（P）＝电流（A）×电压（V）。所以，CPU 的功耗（功率）等于流经处理器核心的电流值与该处理器上的核心电压值的乘积。而TDP是指CPU电流热效应以及其他形式产生的热能，他们均以热的形式释放。显然CPU的TDP小于CPU功耗。换句话说，CPU的功耗很大程度上是对主板提出的要求，要求主板能够提供相应的电压和电流；而TDP是对散热系统提出要求，
超大规模集成电路及其生产工艺流程
超大规模集成电路及其生产工艺流程 现今世界上超大规模集成电路厂（Integrated Circuit, 简称IC，台湾称之为晶圆厂）主要集中分布于美国、日本、西欧、新加坡及台湾等少数发达国家和地区，其中台湾地区占有举足轻重的地位。但由于近年来台湾地区历经地震、金融危机、政府更迭等一系列事件影响，使得本来就存在资源匮乏、市场狭小、人心浮动的台湾岛更加动荡不安，于是就引发了一场晶圆厂外迁的风潮。而具有幅员辽阔、资源充足、巨大潜在市场、充沛的人力资源供给等方面优势的祖国大陆当然顺理成章地成为了其首选的迁往地。 晶圆厂所生产的产品实际上包括两大部分：晶圆切片（也简称为晶圆）和超大规模集成电路芯片（可简称为芯片）。前者只是一片像镜子一样的光滑圆形薄片，从严格的意义上来讲，并没有什么实际应用价值，只不过是供其后芯片生产工序深加工的原材料。而后者才是直接应用在应在计算机、电子、通讯等许多行业上的最终产品，它可以包括CPU、内存单元和其它各种专业应用芯片。 一、晶圆 所谓晶圆实际上就是我国以往习惯上所称的单晶硅，在六、七十年代我国就已研制出了单晶硅，并被列为当年的十天新闻之一。但由于其后续的集成电路制造工序繁多（从原料开始融炼到最终产品包装大约需400多道工序）、工艺复杂且技术难度非常高，以后多年我国一直末能完全掌握其一系列关键技术。所以至今仅能很小规模地生产其部分产品，不能形成规模经济生产，在质量和数量上与一些已形成完整晶圆制造业的发达国家和地区相比存在着巨大的差距。 二、晶圆的生产工艺流程： 从大的方面来讲，晶圆生产包括晶棒制造和晶片制造两面大步骤，它又可细分为以下几道主要工序（其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部属晶片制造，所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序）： 多晶硅——单晶硅——晶棒成长——晶棒裁切与检测——外径研磨——切片——圆边——表层研磨——蚀刻——去疵——抛光—（外延——蚀刻——去疵）—清洗——检验——包装 1、晶棒成长工序：它又可细分为： 1）、融化（Melt Down）：将块状的高纯度多晶硅置石英坩锅内，加热到其熔点1420℃以上，使其完全融化。2）、颈部成长（Neck Growth）：待硅融浆的温度稳定之后，将，〈1.0.0〉方向的晶种慢慢插入其中，接着将晶种慢慢往上提升，使其直径缩小到一定尺寸（一般约6mm左右），维持此真径并拉长100---200mm，以消除晶种内的晶粒排列取向差异。 3）、晶冠成长（Crown Growth）：颈部成长完成后，慢慢降低提升速度和温度，使颈直径逐渐加响应到所需尺寸（如5、6、8、12时等）。 4）、晶体成长（Body Growth）：不断调整提升速度和融炼温度，维持固定的晶棒直径，只到晶棒长度达到预定值。 5、）尾部成长（Tail Growth）：当晶棒长度达到预定值后再逐渐加快提升速度并提高融炼温度，使晶棒直径逐渐变小，以避免因热应力造成排差和滑移等现象产生，最终使晶棒与液面完全分离。到此即得到一根完整的晶棒。 2、晶棒裁切与检测（Cutting & Inspection）：将长成的晶棒去掉直径偏小的头、尾部分，并对尺寸进行检测，以决定下步加工的工艺参数。 3、外径研磨（Surface Grinding & Shaping）：由于在晶棒成长过程中，其外径尺寸和圆度均有一定偏差，其外园柱面也凹凸不平，所以必须对外径进行修整、研磨，使其尺寸、形状误差均小于允许偏差。 4、切片（Wire Saw Slicing）：由于硅的硬度非常大，所以在本序里，采用环状、其内径边缘嵌有钻石颗粒的薄锯片将晶棒切割成一片片薄片。 5、圆边（Edge profiling）：由于刚切下来的晶片外边缘很锋利，单晶硅又是脆性材料，为避免边角崩裂影响晶片强度、破坏晶片表面光洁和对后工序带来污染颗粒，必须用专用的电脑控制设备自动修整晶片边缘形状和外径尺寸。 6、研磨（Lapping）：研磨的目的在于去掉切割时在晶片表面产生的锯痕和破损，使晶片表面达到所要求的光洁度。