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半导体器件的可靠性范文1
【关键词】裸芯片；电老炼；质量控制
1.引言
工程使用大量的元器件，元器件的可靠性已成为工程可靠性的基础。随着型号产品轻量化、小型化的发展趋势，组件、混合电路的应用日益普及[1]。组件、混合电路内部往往使用数量不等的裸芯片，常见的裸芯片类型主要有二、三极管，集成电路，电容等。电老炼是剔除存在早期失效缺陷的元器件的最有效的方法，但由于受到技术、资金等因素的制约，国内外特别是国内半导体生产厂往往缺少对裸芯片进行电老炼的手段。因此装入工程使用的组件、混合电路的裸芯片未经过电老炼环节，组件、混合电路的电老炼应力又不能满足剔除装入其中的存在早期失效缺陷裸芯片的要求。裸芯片的质量与可靠性已成为制约型号产品可靠性的瓶颈，所以有必要对裸芯片的质量控制方法进行研究[2]。
2.国内外裸芯片的质量控制现状
目前国内外裸芯片的质量控制主要有两种模式：
（1）KGD芯片的质量控制[3]
KGD（Know Good Die，已知良好芯片）芯片是经过测试、电老炼筛选等质量控制环节的芯片，从理论上说此类芯片在装入组件、混合电路时已剔除了存在早期失效缺陷的产品，从可靠性角度看已进入相应质量等级的浴盆曲线底部。
KGD芯片进行电老炼采用两种方法：
①分立芯片电老炼。其特点是使用临时封装的载体夹具对划化片后的单个芯片进行电老炼，使用灵活，适合批量不大的产品。
②晶圆级电老炼。其特点是对整个晶圆进行电老炼，费用教高，适合大批量生产，在有足够的需求批量条件下采用。
国外有专门对裸芯片进行电老炼的设备，如美国AEHR公司生产的FOX系列产品。
虽然KGD芯片的质量与可靠性具有很大优势，但KGD芯片的电老炼环节所需要的技术高、费用昂贵，因此受到资金、技术等因素的制约，国内半导体生产厂缺少对裸芯片进行电老炼的手段，很难提供KGD芯片。
（2）测试芯片的质量控制
测试芯片经过晶圆级探针的测试环节，有时辅以晶圆级的高温贮存和抽样封装进行电老炼和寿命试验等评价考核试验。对于型号工程，国内半导体器件裸芯片生产厂一般采用此种方法提供裸芯片。但是由于装入组件、混合电路的芯片未经过电老炼筛选，芯片抽样封装进行的评价考核试验不能完全反映装机时芯片的可靠性水平，因此此类芯片的质量与可靠性水平具有不确定性。
3.国产裸芯片的质量控制方法
从以上分析可以看出，目前国内半导体器件生产厂缺少对裸芯片进行电老炼的手段，提供的裸芯片往往具有存在早期失效缺陷的产品，而目前对裸芯片质量与可靠性的评价是抽样性质的（如GJB2438《混合集成电路通用规范》），不能完全反映装机时芯片的可靠性水平。产品的质量与可靠性是由设计、生产决定的，因此对工程产品使用的裸芯片的质量控制应从设计、生产工艺控制到芯片测试筛选，可靠性评价考核试验等全过程进行。
（1）设计阶段控制
裸芯片的质量控制必须从设计阶段抓起。设计阶段控制主要通过可靠性设计、模型验证、设计规则验证等环节实施，力求最大程度上消除因设计不当造成的质量与可靠性问题。
（2）生产工艺过程阶段控制
生产工艺过程控制主要通过以下方面进行：
（a）过程识别文件（PID）的建立；
（b）统计过程控制（SPC）技术的实施；
（c）工序能力指数CPK的提高。非关键工序的CPK≥1.33，关键工序的CPK≥1.5。
通过以上环节的控制，力求最大程度上消除因生产过程不当造成的质量与可靠性问题。
（3）芯片测试筛选
（a）晶圆级测试筛选按下表规定100%进行。
顺序 筛选项目 试验条件
1 高温贮存 +（125±2）℃，96小时，N2气氛
2 温度循环 -（55±3）℃）～+（125±2）℃，恒温时间不少于30分钟，转换时间不超过1分钟，10次循环
3 常温测试 按产品详细规范，对关键参数规定一致性的要求
4 内部镜检 集成电路按GJB548内部目检的条件A的规定；分立器件按GJB128的内部目检的规定。
注：对PDA规定控制要求。
（b）划片后的芯片镜检
产品按集成电路按GJB548内部目检的条件A的规定；分立器件按GJB128内部目检的规定。
（4）可靠性评价考核试验[4]
每批次晶圆应进行可靠性评价考核试验。
（a）可靠性评价考核试验的SEM检查
从每批次的每一晶圆片中选取5个芯片（每1/4扇面和中心各选取1个），每批次的全部晶圆中取得的芯片进行SEM检查，按GJB128（适用于半导体分立器件）、GJB548（适用于集成电路）有关规定，检查一般金属化层、钝化层台阶、钝化层。合格判定数（c）为0。
（b）可靠性评价考核试验的筛选和质量一致性检验
从每批次的每一晶圆片中至少选取5个芯片（每1/4扇面和中心各选取至少1个）进行封装，应保证可靠性评价考核试验的筛选合格品的数量满足可靠性评价考核试验的质量一致性检验的要求。
①产品按下表规定100%进行可靠性评价考核试验的筛选。
表1 可靠性评价考核试验的筛选
顺序 筛选项目 试验条件
1 常温测试 +（25±5）℃
2 高温贮存 +（125±2）℃，96小时
3 温度循环 -（55±3）℃～+（125±2）℃，恒温时间不少于30分钟，转换时间不超过1分钟，10次循环
4 恒定加速度 Y1方向，20000g，至少1分钟
5 电老炼前电性能测试 +（25±5）℃
6 电老炼 分立器件：常温；集成电路：+（125±2）℃；240小时
7 电老炼后电性能测试 按产品详细规范，对关键参数规定参数变化量的要求
8 高温测试 +（125±2）℃，按产品详细规范，对关键参数规定一致性的要求
9 低温测试 -（55±3）℃，按产品详细规范，对关键参数规定一致性的要求
注：对不合格品应进行失效分析。如内引线在芯片键合区失效，该批次晶圆作拒收处理。PDA实行一定的控制要求。
②可靠性评价考核试验的质量一致性检验
按下表规定进行质量一致性检验考核，采用零失效方案。
表2 质量一致性检验
试验项目 试验条件或要求 抽样标准 备注
稳态寿命 Ta=+（100±3）℃，1000小时，加电，其余按产品详细规范 45（0） 对关键参数规定一致性的要求
4.结束语
对裸芯片进行质量控制是保证工程产品可靠性的一个关键环节。针对国内半导体器件生产厂不能对裸芯片进行电老炼的现状，本文通过对裸芯片的设计阶段控制、生产工艺过程控制、芯片测试筛选、可靠性评价考核试验等环节，对面向工程应用的国产裸芯片的质量控制方法进行了初步探索研究。
参考文献
[1]张欣.浅析电子产品制造业中的库存管理[J].电子世界，2013（2）：17-18.
[2]黄云，恩云飞，师谦，等.KGD质量和可靠性保障技术[J].半导体，2005，30（5）：40-43.
[3]思云飞，黄云.KGD技术发展与挑战[J].电子质量，2003 （9）：2-4.
[4]罗雯，魏建中，阳辉，等.电子元器件可靠性试验工程[M].北京：电子工业出版社，2005.
作者简介：
半导体器件的可靠性范文2
美国半导体工业基础存在的问题
过去5年，在半导体器件价格下调和海外制造商成本优势增加等压力下，美国半导体器件生产商面临着严峻挑战。
集成电路出口价高于进口价，价格差呈扩大趋势
近年来美国国内的制造能力发展缓慢，给半导体工业基础带来不利影响。以200毫米晶圆为例，2007～2012年，北美地区200毫米晶圆月产能的复合年增长率为3.5%，只达到世界平均增长率的一半。
制造能力发展缓慢的原因是许多半导体制造商将制造工厂迁至海外，国内业务转向发展利润丰厚的半导体封装和设计服务。未来若美国半导体工业产能增长率仍保持低位，则美国只从事设计或封装的半导体生产商将不断增多，加剧元器件制造在东亚等地区的外包，使美国半导体工业陷入恶性循环。
军用电子元器件安全遭受威胁
随着美国制造能力的外迁，美国国防部需对军用平台、弹药和武器系统使用的进口元器件保持警惕，需要重点注意的问题包括：
（1）伪冒元器件问题，这些元器件成本低廉，通常以废弃或有缺陷的元器件冒充正品；
（2）植入恶意功能的元器件，对武器装备性能、可靠性和安全产生严重影响；
（3）“竞争对手”对元器件上游供应链进行控制，可能会对供应源安全造成威胁。
保障美国半导体供应链完整性的三项措施
文章给出的关于保障美国半导体供应链完整性的措施包括：
（1）美国政府需进一步制定有利于半导体工业发展的政策，并建立更有效的政策实施机制。尽管此前美国政府曾鼓励国防承包商从可信供应商手中购买电子元器件，但却未建立切实可行的实施机制，也未解决因使用可信供应服务带来的成本上升等问题。
半导体器件的可靠性范文3
半导体器件和集成电路的制造过程非常复杂，设备非常昂贵，开发周期长，生产成本大。例如：一个基本热氧化过程一般需要几小时或更多的时间，而用软件模拟一次仅需要几分钟。因此现在很多公司在产品研发之初就采用TCAD技术进行设计并仿真。SILVACO-TCAD软件是由SILVACO公司开发的，公司于1984年成立于美国硅谷。它是一款非常好的EDA工具，现在已经风靡全球。
1 SILVACO-TCAD的功能
SILVACO-TCAD软件主要包括工艺仿真（ATHENA）和器件仿真（ATLAS）。特别是SPICE 模型的生成，互连寄生参数的的精确描述，基于物理的可靠性建模以及传统的CAD技术，这些都为工程师进行完整地IC设计提供强大的动力和支持。
工艺仿真模块（ATHENA）包括半导体器件和集成电路制造工艺中前道工序几乎所有工艺过程的仿真，例如氧化、扩散、淀积、光刻、刻蚀、离子注入、退火等。当然还必须进行网格结构设计、衬底初始化以及电极引出。特别加入了对各项工艺的优化功能，可以设定目标值，可调参数，使系统自动优化分析。
器件仿真模块（ATLAS）主要是对特定半导体器件结构的电学特性以及器件工作时相关的内部物理机理进行仿真，预测工艺参数对电路特性的影响。例如：晶体管和MOS管的转移特性、输出特性、阈值电压、击穿电压等等。
2 基于SILVACO的VDMOS工艺仿真
在进行VDMOS工艺仿真之前，先要确定基本的工艺流程。本次实验，我们确定的VDMOS工艺流程如图1所示。
确定流程之后，根据设计要求对各道工序的参数进行计算分析。例如：本实验要求达到600V的击穿电压，通过理论计算分析得出：至少需要38μm厚度的外延层，掺杂浓度为2.5*1014cm-3。为保证设计的VDMOS击穿电压能达到要求，我们设计时采用55μm厚度的外延层，掺杂浓度为2*1014cm-3。
栅氧厚度设计为750?，采用干氧氧化，掺杂HCl。初始设计氧化温度1050℃，时间为55分钟，经过仿真提取栅氧厚度约为740?。这时可以采用优化方案，将750?作为目标值，可以调节氧化时间、氧化温度或者氧化剂压力来达到预期效果。
离子注入时必须选择合适的注入杂质、注入的杂质浓度、注入能量以及注入角度。本实验中沟道注入采用的杂质是硼，掺杂浓度为5*1013cm-3，注入能量为80keV，注入角度为0°。
SILVACO软件进行仿真时，可随时输出文件保存，系统会生成临时文件。选中文件，输入TONYPLOT命令显示，这样了解每一步工艺的结构。选择某个区域或者位置可显示杂质浓度的分布情况，如图2、3、4、5。
3 基于SILVACO的VDMOS器件仿真
设计的结构是否符合要求，还需要通过器件参数的仿真进行验证。如果仿真结果达不到预期的效果，就需要重新设计工艺流程、工艺参数或者调整器件仿真参数。本次实验的主要仿真参数是VDMOS的阈值电压和输出特性曲线，如图7、8。
由图7可以看出，我们设计的VDMOS单个元胞的阈值电压大约2.8V，电流值非常小，这是因为VDMOS器件是由若干个元胞并联构成的，少则几百，多则几万个。若干个元胞一起形成较大的输出电流。而图8则是一个不太准确的输出伏安特性曲线，显示出来的只有非饱和区部分，如果要将全部区域显示出来，则需要调整仿真的参数或者工艺结构。
4 注意事项
在VDMOS工艺和器件参数的仿真过程我们遇到了很多问题，需要注意。例如：
（1）工艺结构仿真之前，必须先研究每道工序的工艺参数，并了解这些工艺参数与器件性能之间的关系，工艺参数尽可能详细，对预期结果有做到心中有数，否则仿真结果容易出现偏差，再来修改就比较麻烦。
（2）仿真过程注意光标所在的位置，工艺次序不能出现错乱。有时候不经意，鼠标点错位置，工艺顺序错误，运行出现故障。
（3）器件参数仿真时，需要确定X方向和Y方向的参数及其范围。例如VDMOS的转移特性曲线是VGS-ID之间的关系，输出特性曲线是VDS-ID之间的关系；前者需要确定VDS的数值，后者需要选择不同的VGS数值，最后叠加出现曲线，反应出电压控制器件的特性。VDS或者VGS数值选择不合适，会直接影响到最后曲线的正确与否。
（4）器件仿真时注意选择合适的数值计算模型。例如普通的MOS器件，一般选择CVT和SRH模型，前者是Lombardia的反型层模型，后者是一个复合模型。数值计算时也要选择合适的迭代方法，MOS器件一般选择Newton和Gummel迭代法。前者将每一次迭代将非线性的问题线性化处理，后者则每一步都迭代都需要解一系列的子问题，收敛比较慢。
（5）仿真过程中重要文件要在命令中输出并保存，方便回来查错，重要的图片也要技术保存。
5 结束语
本次实验主要是利用SILVACO TCAD软件对VDMOS 功率器件进行工艺设计仿真。通过仿真，不仅学会了软件的使用，掌握了仿真技巧，更学会利用SILVACO TCAD软件对半导体器件进行设计仿真，也对半导体的工艺参数和性能参数有了更深的理解。
参考文献
[1]崔丰.基于SILVACO-TCAD的热氧化工艺实验教学探讨[J].科技视界，2013（36）：268.
半导体器件的可靠性范文4
【关键词】 电力电子;应用;趋势
一、电力电子技术应用概况
1.用电领域中的电力电子技术。(1)电动机的优化运行。全世界的用电量中约有60%左右是通过电动机来消耗的。采用计算机―电力电子技术结合的智能变频控制技术,使电动机经常处于高效状态,可以节约大量电能,具有巨大的效益。(2)高能量密度的电源应用。电化学电源广泛应用在作为国民经济的铜、铝、锌、镍等有色金属以及氯碱等电解产业中;体积小、重量轻、效率高的各种开关电源应用也是十分广泛;新世纪中,随着电力电子技术的发展,变频电源应用也日益广泛;还有不间断电源(UPS)、稳压稳流电源、高精度洁净电源等特种电源,采用电力电子技术后,各方面指标均大大改善。
2.信息领域中的电力电子技术。电力电子技术为信息技术提供先进的电源和运动控制系统,日益成为信息产品中不可缺少的一部分。在信息产品的主电路中,正在用MOS场效应管取代双极晶体管来完成各种变换,其用量越来越多。FAX机、计算机、VCD、DVD等许多整机中都装备着多种电动机。尤其在各种打印机中,离开对电动机运动的高精度控制,其打印效果是不可想象。信息产品和其他产品中用VDMOS、IGBT做无触点开关的市场更大,程控交换机的每条线都至少用1个VDMOS管。为此,我国目前每年要进口几千万只。
3.发电领域中的电力电子技术。(1)发电机的直流励磁。常规发电机中励磁的建立已经由传统的直流磁励机转变为由中频交流励磁机加电力电子整流的方法,并已取得良好的经济效益,可靠性较高。(2)水轮发电机的变频励磁。发电频率取决于发电机的转速,采用了电力电子技术后,将水轮发电机直流励磁转变为低频交流变频励磁。当水流量减少时,提高励磁频率,可以把发电频率补偿到额定,延长水轮发电机的发电周期,解决了水力发电中发电机工作时间受季节性水流量影响而导致的频率无法调节、浪费较多水能的问题。这对大型水力发电设施来说,可带来巨大的经济效益。(3)环保型能源发电。利用太阳能、风能、潮汐能、地热能等新能源发电,是解决一次能源危机(煤、石油、天然气等石化类能源日趋匮乏)的重要途径,它们是可再生的绿色能源。这些能源转换的电能,其电压、频率难免波动,无法并网应用,只有通过电力电子变换装置,才能使这些波动的电能以恒压恒频方式输出,实现这些新能源的实用化。
4.储能领域中的电力电子技术。(1)蓄电池与电容器组储能。把夜间电网提供的多余交流电整流成直流电,储存在建筑物地下室内的“蓄电池―电容器组”;白天,再把这些储存的电能逆变成交流电供给整个建筑物内的用电,已经成为某些地方的时尚。(2)抽水储能发电。白天,水库泄水发电;晚间,利用多余的电网电能使发电机转变成电动机运行,驱动水泵把下游水库的水抽进上游水库,增加上游水库蓄水,使白天可以更多地发电,这种电能量变换过程效率较低。(3)超导线圈的磁场储能。在超导体线圈中,数十万安培的直流电流在其中流动是不会损耗的,这种储能器体积小,转换效率高。当前还没有妥善解决如何实现交流电能同该低电压超大电流的直流电能的互相转换的问题。
二、电力电子器件发展趋势
纵观几十年的发展历史,半导体器件起到了推动电子技术发展的作用,晶闸管等电力半导体器件扮演了电力电子发展中的主要角色。进入70年代,半控型晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品,被称为第一代电力电子器件,随着电力电子技术理论研究和半导体制造工艺水平的不断提高,先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。近期研制的以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件,开始向大容量高频率、响应快、低损耗方向发展,这又是一个飞跃。步入90年代后,电力电子器件正朝着复杂化、模块化、智能化、功率集成的方向发展,以此形成了电力电子技术的理论研究、器件开发研制、应用的高新技术领域等,在国际上形成了新的技术热门。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块,日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。国产电力半导体器件研发生产能力还落后于世界电力电子器件的发展水平,在新世纪国际电力电子崛起之时,中国电力半导体器件的落后状态将会影响中国经济的发展,国产电力半导体器件产业任重而道远。
电力电子技术是智力、信息、知识密集型技术,也是我国经济与社会可持续发展项目之一,对促进国民经济发展,特别是电子工业发展极具价值。从发展前景看,以电力半导体器件及“变频技术”为核心的电力电子行业,在国家政策的强持下将会走向更加辉煌的明天。
参考文献
半导体器件的可靠性范文5
1.1可靠性是产品质量的保证
产品质量是指产品能够实现自身价值、满足明示要求的特征和品质。产品质量主要包括经济性、可靠性、安全性及性能等特征。在产品质量的所有特征中，可靠性是具有主导意义的特征。只有提高了产品质量的可靠性，才能确保产品尽可能少地发生故障，才能使产品更稳定，由此可知，随之而产生的维修费用就会降低，如此一来产品的安全性也会更高。因此，可靠性是保证产品质量的重要特征，是生产者对产品质量的最高追求。
1.2可靠性是增加市场份额的保证
近年来，世界各国的经济都在快速发展，经济一体化进程也在日益加快。在这种形势下，人们对产品的性能和功能要求越来越高，对产品的可靠性有更加严格的要求。研究表明，产品的可靠性越产品的竞争力就超强，其在激烈的竞争中就会有更高的获胜率。随着科技水平的不断提高，电气设备的自动化程度及复杂程度也日益提高，产品设备的可靠性能够使企业在日益激烈的市场竞争中获取更多的市场份额。
2电气控制设备的可靠性现状
2.1电气控制设备可靠性降低的原因
电气设备所处的工作环境各不相同，外界气候条件、电磁干扰以及机械作用力等因素都会对电气控制设备的可靠性产生不良影响。
（1）机械作用力的影响。电气设备处在不同的运载工具中运转，此时，它会不同程度地受到来自外界的机械作用，如冲击力、离心加速度以及震动等，这都会或多或少地损坏电气控制设备的元器件，从而改变元器件参数，严重的会导致元器件失效、结构件发生较大变形或断裂及金属部件因为疲劳而破损等。
（2）电磁干扰的影响。控制设备在工作时会受到来自其他设备产生的电磁波影响，对其内外部都会产生不同程度的干扰。受电磁干扰影响，会导致设备的噪音变大、运转不平衡，从而影响其安全性。
（3）气候条件的影响。气压、湿度、温度、大气污染、盐雾等都属于气候条件因素，受气候条件影响电气控制设备会出现结构损坏、性能下降、温度过高、运转不灵等现象，更严重者会影响正常的工作。此外，设备使用者也会对设备产生不利影响，比如，操作者没有理解控制设备的运转原理，对控制设备不能娴熟操作，不熟悉设备保养及维护流程，不能及时对机器进行及时维护和保养，从而降低了控制设备的可靠性。
2.2质量较差的元器件对控制设备的可靠性产生影响
目前有许多生产元器件的厂家，各个厂家对产品的定位不同，执行相关标准的要求也有所不同，致使元器件产品质量参差不齐。使用控制设备的企业规模各不相同，有些企业的规模较小，其相应的质量管理体系也不太完善，对产品质量要求不严格，会疏于对元器件的质量检验，因此会出现漏洞；如果元器件的生产商家发生恶性竞争，那么就会出现以质量为代价来较低产品价格的现象，导致企业就会忽略元器件的质量而选择价格较低者。这样会很大程度地降低控制设备的可靠性，从而缩短产品的使用期限。
3提高控制设备可靠性的策略
提高电气自动化控制设备可靠性的方法有很多，关键在于要基于控制设备自身的特点进行改善，实施科学的可靠性改善措施，从影响因素开始，选择和使用正确的元器件、做好散热及气候防护，从而提高电气自动化控制设备的可靠性。
（1）控制设备的设计。在设计控制设备时，要认真研究、分析产品及零部件的技术条件、使用条件和各项参数，精确制定产品设计方案，以确保产品质量和正常使用；要结合产品需求量确定产品类型及产品结构。生产规模是由产品产量决定的，同时生产规模也会影响生产方式，从而对产品的经济效益造成影响；同时，运用价值工程理论，前体条件是确保产品性能，利用最具有经济价值的生产方式对零部件进行设计。前体条件是满足产品技术要求，利用经济性最好的元器件和原材料，来是生产成本得到降低。考虑全面，对产品结构进行周密的设计，赋予产品良好的使用性能和操作维修性能，从而有效降低使用费用和维修费用。
（2）生产角度考虑。应该尽可能减少设备中所用到的元器件和零部件的规格和种类，尽可能购买专业厂家制造的通用产品或零部件。立足应用价格低、来源多和国产材料，设备的精度应该和技术要求相符，不应该毫无依据地追求高精度。以满足产品的性能为前提，尽可能降低精度等级，并且应该使装配简化，省去修配和选配，降低装配工人体力的耗损，方便自动化生产。
（3）选择电子元器件。为了使元器件的质量、技术性能和技术条件等水平能够满足设备的环境和工作要求，应该依据电路性能的工作环境和要求选取恰当的元器件；尽量减少元器件品种，减少生产厂家，提高产品的复用率；特殊情况除外，全部电子元器件都应该接受严格的可靠性筛选，然后再在产品中应用；有效考虑价格合理、供货及时、技术服务良好的生产厂家提供的元器件。选择关键元器件时要对生产厂家进行质量认证，对相同类型元器件的规格、品种、型号及生产厂商间的差异进行比较，选择更优者。对元器件在应用过程中所表现出来的可靠性及性能数据进行统计，以备后续选择时参考。
（4）控制设备散热防护措施。温度对电子设备的可靠性影响非常广泛，电子设备在运行过程中，功率会以热的形式散发出去，对于那些功率耗损较大的元器件尤为如此，比如，大功率晶体管、电子管、电阻及变压管等。此外，当电气控制设备所处的工作环境温度较高时，设备工作时产生的热量就不容易散发，致使设备的温度升高。比如，半导体器件对温度的变化非常敏感，温度过高会导致器件工作点增益不稳定、信号失真、发生漂移以及噪音增大，更有甚者会导致热击穿。所以半导体器件自身的温度不能太高，如硅管温度范围是150～200℃，锗管温度范围是70～100℃。所以在进行设计时应该考虑半导体的散热问题。功率低于100mW的晶体管不需要安装散热器，功率较大的半导体分立器件需要安装在散热器上，应该尽可能减小散热器和半导体分立器件外壳间的接触热阻，尽可能地增加两者接触面积，并且要保证接触面光洁，如有需要可以加热绝缘硅橡胶片或将导热膏涂膜在接触面上，或者为保证紧密接触施加紧固措施，散热器的表面需要进行处理，保证有适当的粗糙度并且为黑色，达到增强辐射换热的功能，此外在安装时，需要注意将热敏感强的半导体分立器件与功率较大的元器件分开。
（5）电子设备的气候防护措施。气压、霉菌、污染气体、盐雾和潮湿等都会对电子设备产生很大的影响，其中影响最大的是潮湿，尤其是在高湿低温环境中空气湿度处于饱和状态时就会导致机器内印制电路板上、元器件凝露和产色现象，导致故障上升及性能下降。如果电子设备被潮湿空气侵蚀，其材料或元器件表面会形成水膜，进而渗入材料内部，增加绝缘材料表面的电导率，使体积电阻率降低，介质的损耗也会增加，还会导致零部件电气短路、击穿或漏点等损害。潮气还会导致覆盖层起泡，严重者会脱落，失去应有的保护作用。一般会实施密封、灌封、浸渍等措施。
4结束语
半导体器件的可靠性范文6
摘要：设计了两种不同散热方式的半导体制冷器，实验表明制冷性能良好，为太阳能驱动半导体制冷装置的优化设计提供依据、奠定基础。半导体制冷模块热端采用汽车发动机散热系统标准部件、采取水冷却，能在有限的空间内将高热流密度热量散发出去，有利于提高制冷性能。半导体制冷模块在等功率状态下工作，制冷量为半导体器件最大制冷量的55%；若倾向于获得较大制冷系数，制冷量按最大制冷量的40%进行设计，制冷系数ε达1·65。
关键词：汽车；半导体；制冷
1.引言
由于半导体制冷空调器具有抗振、耐压、无制冷剂泄漏和使用直流电等一系列优点，在多种特殊场合已获得成功应用。这些场合主要要求设备结构简单、高可靠性、无污染、无噪音、长寿命、可精确调节，能源的利用率并不是主要参考因素。半导体制冷用于普通民用空调，存在一系列重要技术问题有待研究，其中制冷效率和能源动力是一个非常值得关注的问题。半导体制冷与太阳能配合，有很好的时间匹配性，而且清洁环保、可再生，太阳能作为制冷能源有很大的优势，本文所要研究的是以太阳能为能源动力的半导体制冷器热端散热问题。传统半导体制冷器有最大制冷系数状态和最大制冷量两种状态。一般这两种状态并不统一，除非特殊应用领域的倾向性设计，一般民用领域应兼顾两者，既应有较好的经济效益又应有较大的制冷量。
2.半导体制冷的基本原理及其过程
半导体制冷器的基本元件是热电偶，热电偶由导体材料制成。一种为电子型（N型）半导体材料，一种为空穴型（P型）半导体材料。两种材料交替排列并用金属片相连，P型半导体靠空穴移动导电，N型半导体靠电子移动导电。当直流电源接通后，电子和空穴在外电场的作用下发生移动。由于空穴和电子在半导体中的势能比它们在金属中的势能大，当它们流过节点的时候会引起能量传递。当载流子从较高势能变为较低势能时，向外界放出热量。相反则吸收外界热量 。于是在两个接头处就会产生温差。若干个这样的热电偶对在电路上串联起来，在传热方面并联就构成一个常见的热电制冷组件（或称热电堆）。借助于热交换器等各种传热元件使热电制冷组件的热端不断散热，并保持一定的温度，把冷端放到工作环境中去吸热，从而达到了制冷的目的。
3、半导体制冷的优点和不足
半导体制冷是靠电子和空穴在运动中直接传递热量来实现的。与压缩机制冷系统相比，没有旋转部件，没有回转效应，没有滑动部件，无需制冷剂，可靠性高，无噪声，无污染，寿命长，安装容易。
半导体制冷器具有两种功能，不仅能制冷，也能加热，制冷效率一般不高，但致热效率很高，永远大于1。因此使用一个器件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。半导体制冷器冷却速度和冷却温度可以通过改变工作电流和工作电压的大小任意调节，启动快，控制灵活，可实现高精度的温度控制。再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。半导体制冷器热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷器就能达到最大温差。如今技术的发展使半导体制冷的优势显现出来。半导体式冷藏车在数十年前还只是一个梦想，现在已完全进入到了实用阶 段 。半导体制冷突出的优势，还在于可实现微小型制冷，功率可做到1 w 以下，且极轻极小（
4、汽车中半导体制冷的应用
4.1 半导体制冷在汽车空调中的应用
电动汽车因其绿色环保、节约能源日益受到各国学术界的关注。纯电动汽车的电能非常宝贵，如果仍然采用燃油车压缩式的空调，能耗高，对车载电源系统提出了新的挑战。采用半导体制冷技术设计冷风系统，既满足了人在车内的舒适性，同时又节能、环保。半导体制冷空调器与压缩式制冷空调器相比，具有以下优点：（1）结构简单，没有机械传动机构，工作时无噪声、无磨损、无震动、寿命长、维修方便，可靠性高；（2）不使用制冷剂，故无泄漏、无污染；（3）直流供电，电流方向转换方便，可冷热两用；（4）重量、尺寸较小，便于安装；（5）热惯性小，负荷可调性强，调节和控制方便；（6）工作状态不受重力场的影响。
在最近研究表明，与太阳能动力结合的半导体制冷空调积极推动新能源汽车的发 展 。如果改变半导体制冷装置的电流方向，可以作为取暖装置，能够用做汽车室内的暖空调，或者用于去除前挡风玻璃的霜冻，提高驾驶员的视觉效果。
4.2 在车载冰箱中的应用
半导体冰箱起源于俄罗斯在航天飞行上对飞行器的冷热需求而做的发明，制冷制热均可。在普遍情况下半导体冰箱制冷其最多能够达到零下5℃，但是其制热温度却能够达到65℃。这个冷热均制的优势使得半导体冰箱能够为长途开车的人带来极大的便利。用于出门旅游及野餐，可以充分发挥其轻便的优点。
4.3 汽车电子设备的散热
现代汽车随着电子技术及各类型车用电子装置的组装技术发展，成为了具有高度整合性的电子系统。目前汽车电子设备中所使用的功率元件，在经过一段长时间进行通电，导致设备内部或机壳的温度有可能会超过100℃，大大地增加车用电子设备的故障概率。因此采用半导体冷却系统可以使它们维持低温或恒温的工作条件。例如：对车内大规模集成电路、光敏器件、功率器件、高频晶体管等电子元器件的冷却或恒温。在现在汽车高精尖科技领域内，常对各种电子元器件的温度性能要求很高，半导体制冷其温控精度高的特点正可以满足其要求。（作者单位：江苏省精创电气股份有限公司）
参考文献
[1]徐胜德.半导体制冷与应用技术[M].上海：上海交通大学出版社.1992