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半導體器件的可靠性范文1
【關鍵詞】裸芯片；電老煉；質量控制
1.引言
工程使用大量的元器件，元器件的可靠性已成為工程可靠性的基礎。隨著型號產品輕量化、小型化的發展趨勢，組件、混合電路的應用日益普及[1]。組件、混合電路內部往往使用數量不等的裸芯片，常見的裸芯片類型主要有二、三極管，集成電路，電容等。電老煉是剔除存在早期失效缺陷的元器件的最有效的方法，但由于受到技術、資金等因素的制約，國內外特別是國內半導體生產廠往往缺少對裸芯片進行電老煉的手段。因此裝入工程使用的組件、混合電路的裸芯片未經過電老煉環節，組件、混合電路的電老煉應力又不能滿足剔除裝入其中的存在早期失效缺陷裸芯片的要求。裸芯片的質量與可靠性已成為制約型號產品可靠性的瓶頸，所以有必要對裸芯片的質量控制方法進行研究[2]。
2.國內外裸芯片的質量控制現狀
目前國內外裸芯片的質量控制主要有兩種模式：
（1）KGD芯片的質量控制[3]
KGD（Know Good Die，已知良好芯片）芯片是經過測試、電老煉篩選等質量控制環節的芯片，從理論上說此類芯片在裝入組件、混合電路時已剔除了存在早期失效缺陷的產品，從可靠性角度看已進入相應質量等級的浴盆曲線底部。
KGD芯片進行電老煉采用兩種方法：
①分立芯片電老煉。其特點是使用臨時封裝的載體夾具對劃化片后的單個芯片進行電老煉，使用靈活，適合批量不大的產品。
②晶圓級電老煉。其特點是對整個晶圓進行電老煉，費用教高，適合大批量生產，在有足夠的需求批量條件下采用。
國外有專門對裸芯片進行電老煉的設備，如美國AEHR公司生產的FOX系列產品。
雖然KGD芯片的質量與可靠性具有很大優勢，但KGD芯片的電老煉環節所需要的技術高、費用昂貴，因此受到資金、技術等因素的制約，國內半導體生產廠缺少對裸芯片進行電老煉的手段，很難提供KGD芯片。
（2）測試芯片的質量控制
測試芯片經過晶圓級探針的測試環節，有時輔以晶圓級的高溫貯存和抽樣封裝進行電老煉和壽命試驗等評價考核試驗。對于型號工程，國內半導體器件裸芯片生產廠一般采用此種方法提供裸芯片。但是由于裝入組件、混合電路的芯片未經過電老煉篩選，芯片抽樣封裝進行的評價考核試驗不能完全反映裝機時芯片的可靠性水平，因此此類芯片的質量與可靠性水平具有不確定性。
3.國產裸芯片的質量控制方法
從以上分析可以看出，目前國內半導體器件生產廠缺少對裸芯片進行電老煉的手段，提供的裸芯片往往具有存在早期失效缺陷的產品，而目前對裸芯片質量與可靠性的評價是抽樣性質的（如GJB2438《混合集成電路通用規范》），不能完全反映裝機時芯片的可靠性水平。產品的質量與可靠性是由設計、生產決定的，因此對工程產品使用的裸芯片的質量控制應從設計、生產工藝控制到芯片測試篩選，可靠性評價考核試驗等全過程進行。
（1）設計階段控制
裸芯片的質量控制必須從設計階段抓起。設計階段控制主要通過可靠性設計、模型驗證、設計規則驗證等環節實施，力求最大程度上消除因設計不當造成的質量與可靠性問題。
（2）生產工藝過程階段控制
生產工藝過程控制主要通過以下方面進行：
（a）過程識別文件（PID）的建立；
（b）統計過程控制（SPC）技術的實施；
（c）工序能力指數CPK的提高。非關鍵工序的CPK≥1.33，關鍵工序的CPK≥1.5。
通過以上環節的控制，力求最大程度上消除因生產過程不當造成的質量與可靠性問題。
（3）芯片測試篩選
（a）晶圓級測試篩選按下表規定100%進行。
順序 篩選項目 試驗條件
1 高溫貯存 +（125±2）℃，96小時，N2氣氛
2 溫度循環 -（55±3）℃）～+（125±2）℃，恒溫時間不少于30分鐘，轉換時間不超過1分鐘，10次循環
3 常溫測試 按產品詳細規范，對關鍵參數規定一致性的要求
4 內部鏡檢 集成電路按GJB548內部目檢的條件A的規定；分立器件按GJB128的內部目檢的規定。
注：對PDA規定控制要求。
（b）劃片后的芯片鏡檢
產品按集成電路按GJB548內部目檢的條件A的規定；分立器件按GJB128內部目檢的規定。
（4）可靠性評價考核試驗[4]
每批次晶圓應進行可靠性評價考核試驗。
（a）可靠性評價考核試驗的SEM檢查
從每批次的每一晶圓片中選取5個芯片（每1/4扇面和中心各選取1個），每批次的全部晶圓中取得的芯片進行SEM檢查，按GJB128（適用于半導體分立器件）、GJB548（適用于集成電路）有關規定，檢查一般金屬化層、鈍化層臺階、鈍化層。合格判定數（c）為0。
（b）可靠性評價考核試驗的篩選和質量一致性檢驗
從每批次的每一晶圓片中至少選取5個芯片（每1/4扇面和中心各選取至少1個）進行封裝，應保證可靠性評價考核試驗的篩選合格品的數量滿足可靠性評價考核試驗的質量一致性檢驗的要求。
①產品按下表規定100%進行可靠性評價考核試驗的篩選。
表1 可靠性評價考核試驗的篩選
順序 篩選項目 試驗條件
1 常溫測試 +（25±5）℃
2 高溫貯存 +（125±2）℃，96小時
3 溫度循環 -（55±3）℃～+（125±2）℃，恒溫時間不少于30分鐘，轉換時間不超過1分鐘，10次循環
4 恒定加速度 Y1方向，20000g，至少1分鐘
5 電老煉前電性能測試 +（25±5）℃
6 電老煉 分立器件：常溫；集成電路：+（125±2）℃；240小時
7 電老煉后電性能測試 按產品詳細規范，對關鍵參數規定參數變化量的要求
8 高溫測試 +（125±2）℃，按產品詳細規范，對關鍵參數規定一致性的要求
9 低溫測試 -（55±3）℃，按產品詳細規范，對關鍵參數規定一致性的要求
注：對不合格品應進行失效分析。如內引線在芯片鍵合區失效，該批次晶圓作拒收處理。PDA實行一定的控制要求。
②可靠性評價考核試驗的質量一致性檢驗
按下表規定進行質量一致性檢驗考核，采用零失效方案。
表2 質量一致性檢驗
試驗項目 試驗條件或要求 抽樣標準 備注
穩態壽命 Ta=+（100±3）℃，1000小時，加電，其余按產品詳細規范 45（0） 對關鍵參數規定一致性的要求
4.結束語
對裸芯片進行質量控制是保證工程產品可靠性的一個關鍵環節。針對國內半導體器件生產廠不能對裸芯片進行電老煉的現狀，本文通過對裸芯片的設計階段控制、生產工藝過程控制、芯片測試篩選、可靠性評價考核試驗等環節，對面向工程應用的國產裸芯片的質量控制方法進行了初步探索研究。
參考文獻
[1]張欣.淺析電子產品制造業中的庫存管理[J].電子世界，2013（2）：17-18.
[2]黃云，恩云飛，師謙，等.KGD質量和可靠性保障技術[J].半導體，2005，30（5）：40-43.
[3]思云飛，黃云.KGD技術發展與挑戰[J].電子質量，2003 （9）：2-4.
[4]羅雯，魏建中，陽輝，等.電子元器件可靠性試驗工程[M].北京：電子工業出版社，2005.
作者簡介：
半導體器件的可靠性范文2
美國半導體工業基礎存在的問題
過去5年，在半導體器件價格下調和海外制造商成本優勢增加等壓力下，美國半導體器件生產商面臨著嚴峻挑戰。
集成電路出口價高于進口價，價格差呈擴大趨勢
近年來美國國內的制造能力發展緩慢，給半導體工業基礎帶來不利影響。以200毫米晶圓為例，2007～2012年，北美地區200毫米晶圓月產能的復合年增長率為3.5%，只達到世界平均增長率的一半。
制造能力發展緩慢的原因是許多半導體制造商將制造工廠遷至海外，國內業務轉向發展利潤豐厚的半導體封裝和設計服務。未來若美國半導體工業產能增長率仍保持低位，則美國只從事設計或封裝的半導體生產商將不斷增多，加劇元器件制造在東亞等地區的外包，使美國半導體工業陷入惡性循環。
軍用電子元器件安全遭受威脅
隨著美國制造能力的外遷，美國國防部需對軍用平臺、彈藥和武器系統使用的進口元器件保持警惕，需要重點注意的問題包括：
（1）偽冒元器件問題，這些元器件成本低廉，通常以廢棄或有缺陷的元器件冒充正品；
（2）植入惡意功能的元器件，對武器裝備性能、可靠性和安全產生嚴重影響；
（3）“競爭對手”對元器件上游供應鏈進行控制，可能會對供應源安全造成威脅。
保障美國半導體供應鏈完整性的三項措施
文章給出的關于保障美國半導體供應鏈完整性的措施包括：
（1）美國政府需進一步制定有利于半導體工業發展的政策，并建立更有效的政策實施機制。盡管此前美國政府曾鼓勵國防承包商從可信供應商手中購買電子元器件，但卻未建立切實可行的實施機制，也未解決因使用可信供應服務帶來的成本上升等問題。
半導體器件的可靠性范文3
半導體器件和集成電路的制造過程非常復雜，設備非常昂貴，開發周期長，生產成本大。例如：一個基本熱氧化過程一般需要幾小時或更多的時間，而用軟件模擬一次僅需要幾分鐘。因此現在很多公司在產品研發之初就采用TCAD技術進行設計并仿真。SILVACO-TCAD軟件是由SILVACO公司開發的，公司于1984年成立于美國硅谷。它是一款非常好的EDA工具，現在已經風靡全球。
1 SILVACO-TCAD的功能
SILVACO-TCAD軟件主要包括工藝仿真（ATHENA）和器件仿真（ATLAS）。特別是SPICE 模型的生成，互連寄生參數的的精確描述，基于物理的可靠性建模以及傳統的CAD技術，這些都為工程師進行完整地IC設計提供強大的動力和支持。
工藝仿真模塊（ATHENA）包括半導體器件和集成電路制造工藝中前道工序幾乎所有工藝過程的仿真，例如氧化、擴散、淀積、光刻、刻蝕、離子注入、退火等。當然還必須進行網格結構設計、襯底初始化以及電極引出。特別加入了對各項工藝的優化功能，可以設定目標值，可調參數，使系統自動優化分析。
器件仿真模塊（ATLAS）主要是對特定半導體器件結構的電學特性以及器件工作時相關的內部物理機理進行仿真，預測工藝參數對電路特性的影響。例如：晶體管和MOS管的轉移特性、輸出特性、閾值電壓、擊穿電壓等等。
2 基于SILVACO的VDMOS工藝仿真
在進行VDMOS工藝仿真之前，先要確定基本的工藝流程。本次實驗，我們確定的VDMOS工藝流程如圖1所示。
確定流程之后，根據設計要求對各道工序的參數進行計算分析。例如：本實驗要求達到600V的擊穿電壓，通過理論計算分析得出：至少需要38μm厚度的外延層，摻雜濃度為2.5*1014cm-3。為保證設計的VDMOS擊穿電壓能達到要求，我們設計時采用55μm厚度的外延層，摻雜濃度為2*1014cm-3。
柵氧厚度設計為750?，采用干氧氧化，摻雜HCl。初始設計氧化溫度1050℃，時間為55分鐘，經過仿真提取柵氧厚度約為740?。這時可以采用優化方案，將750?作為目標值，可以調節氧化時間、氧化溫度或者氧化劑壓力來達到預期效果。
離子注入時必須選擇合適的注入雜質、注入的雜質濃度、注入能量以及注入角度。本實驗中溝道注入采用的雜質是硼，摻雜濃度為5*1013cm-3，注入能量為80keV，注入角度為0°。
SILVACO軟件進行仿真時，可隨時輸出文件保存，系統會生成臨時文件。選中文件，輸入TONYPLOT命令顯示，這樣了解每一步工藝的結構。選擇某個區域或者位置可顯示雜質濃度的分布情況，如圖2、3、4、5。
3 基于SILVACO的VDMOS器件仿真
設計的結構是否符合要求，還需要通過器件參數的仿真進行驗證。如果仿真結果達不到預期的效果，就需要重新設計工藝流程、工藝參數或者調整器件仿真參數。本次實驗的主要仿真參數是VDMOS的閾值電壓和輸出特性曲線，如圖7、8。
由圖7可以看出，我們設計的VDMOS單個元胞的閾值電壓大約2.8V，電流值非常小，這是因為VDMOS器件是由若干個元胞并聯構成的，少則幾百，多則幾萬個。若干個元胞一起形成較大的輸出電流。而圖8則是一個不太準確的輸出伏安特性曲線，顯示出來的只有非飽和區部分，如果要將全部區域顯示出來，則需要調整仿真的參數或者工藝結構。
4 注意事項
在VDMOS工藝和器件參數的仿真過程我們遇到了很多問題，需要注意。例如：
（1）工藝結構仿真之前，必須先研究每道工序的工藝參數，并了解這些工藝參數與器件性能之間的關系，工藝參數盡可能詳細，對預期結果有做到心中有數，否則仿真結果容易出現偏差，再來修改就比較麻煩。
（2）仿真過程注意光標所在的位置，工藝次序不能出現錯亂。有時候不經意，鼠標點錯位置，工藝順序錯誤，運行出現故障。
（3）器件參數仿真時，需要確定X方向和Y方向的參數及其范圍。例如VDMOS的轉移特性曲線是VGS-ID之間的關系，輸出特性曲線是VDS-ID之間的關系；前者需要確定VDS的數值，后者需要選擇不同的VGS數值，最后疊加出現曲線，反應出電壓控制器件的特性。VDS或者VGS數值選擇不合適，會直接影響到最后曲線的正確與否。
（4）器件仿真時注意選擇合適的數值計算模型。例如普通的MOS器件，一般選擇CVT和SRH模型，前者是Lombardia的反型層模型，后者是一個復合模型。數值計算時也要選擇合適的迭代方法，MOS器件一般選擇Newton和Gummel迭代法。前者將每一次迭代將非線性的問題線性化處理，后者則每一步都迭代都需要解一系列的子問題，收斂比較慢。
（5）仿真過程中重要文件要在命令中輸出并保存，方便回來查錯，重要的圖片也要技術保存。
5 結束語
本次實驗主要是利用SILVACO TCAD軟件對VDMOS 功率器件進行工藝設計仿真。通過仿真，不僅學會了軟件的使用，掌握了仿真技巧，更學會利用SILVACO TCAD軟件對半導體器件進行設計仿真，也對半導體的工藝參數和性能參數有了更深的理解。
參考文獻
[1]崔豐.基于SILVACO-TCAD的熱氧化工藝實驗教學探討[J].科技視界，2013（36）：268.
半導體器件的可靠性范文4
【關鍵詞】 電力電子;應用;趨勢
一、電力電子技術應用概況
1.用電領域中的電力電子技術。(1)電動機的優化運行。全世界的用電量中約有60%左右是通過電動機來消耗的。采用計算機―電力電子技術結合的智能變頻控制技術,使電動機經常處于高效狀態,可以節約大量電能,具有巨大的效益。(2)高能量密度的電源應用。電化學電源廣泛應用在作為國民經濟的銅、鋁、鋅、鎳等有色金屬以及氯堿等電解產業中;體積小、重量輕、效率高的各種開關電源應用也是十分廣泛;新世紀中,隨著電力電子技術的發展,變頻電源應用也日益廣泛;還有不間斷電源(UPS)、穩壓穩流電源、高精度潔凈電源等特種電源,采用電力電子技術后,各方面指標均大大改善。
2.信息領域中的電力電子技術。電力電子技術為信息技術提供先進的電源和運動控制系統,日益成為信息產品中不可缺少的一部分。在信息產品的主電路中,正在用MOS場效應管取代雙極晶體管來完成各種變換,其用量越來越多。FAX機、計算機、VCD、DVD等許多整機中都裝備著多種電動機。尤其在各種打印機中,離開對電動機運動的高精度控制,其打印效果是不可想象。信息產品和其他產品中用VDMOS、IGBT做無觸點開關的市場更大,程控交換機的每條線都至少用1個VDMOS管。為此,我國目前每年要進口幾千萬只。
3.發電領域中的電力電子技術。(1)發電機的直流勵磁。常規發電機中勵磁的建立已經由傳統的直流磁勵機轉變為由中頻交流勵磁機加電力電子整流的方法,并已取得良好的經濟效益,可靠性較高。(2)水輪發電機的變頻勵磁。發電頻率取決于發電機的轉速,采用了電力電子技術后,將水輪發電機直流勵磁轉變為低頻交流變頻勵磁。當水流量減少時,提高勵磁頻率,可以把發電頻率補償到額定,延長水輪發電機的發電周期,解決了水力發電中發電機工作時間受季節性水流量影響而導致的頻率無法調節、浪費較多水能的問題。這對大型水力發電設施來說,可帶來巨大的經濟效益。(3)環保型能源發電。利用太陽能、風能、潮汐能、地熱能等新能源發電,是解決一次能源危機(煤、石油、天然氣等石化類能源日趨匱乏)的重要途徑,它們是可再生的綠色能源。這些能源轉換的電能,其電壓、頻率難免波動,無法并網應用,只有通過電力電子變換裝置,才能使這些波動的電能以恒壓恒頻方式輸出,實現這些新能源的實用化。
4.儲能領域中的電力電子技術。(1)蓄電池與電容器組儲能。把夜間電網提供的多余交流電整流成直流電,儲存在建筑物地下室內的“蓄電池―電容器組”;白天,再把這些儲存的電能逆變成交流電供給整個建筑物內的用電,已經成為某些地方的時尚。(2)抽水儲能發電。白天,水庫泄水發電;晚間,利用多余的電網電能使發電機轉變成電動機運行,驅動水泵把下游水庫的水抽進上游水庫,增加上游水庫蓄水,使白天可以更多地發電,這種電能量變換過程效率較低。(3)超導線圈的磁場儲能。在超導體線圈中,數十萬安培的直流電流在其中流動是不會損耗的,這種儲能器體積小,轉換效率高。當前還沒有妥善解決如何實現交流電能同該低電壓超大電流的直流電能的互相轉換的問題。
二、電力電子器件發展趨勢
縱觀幾十年的發展歷史,半導體器件起到了推動電子技術發展的作用,晶閘管等電力半導體器件扮演了電力電子發展中的主要角色。進入70年代,半控型晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產品,被稱為第一代電力電子器件,隨著電力電子技術理論研究和半導體制造工藝水平的不斷提高,先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自關斷全控型第二代電力電子器件。近期研制的以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件,開始向大容量高頻率、響應快、低損耗方向發展,這又是一個飛躍。步入90年代后,電力電子器件正朝著復雜化、模塊化、智能化、功率集成的方向發展,以此形成了電力電子技術的理論研究、器件開發研制、應用的高新技術領域等,在國際上形成了新的技術熱門。目前世界上許多大公司已開發出IPM智能化功率模塊,日本三菱、東芝及美國的國際整流器公司已有成熟的產品推出。國產電力半導體器件研發生產能力還落后于世界電力電子器件的發展水平,在新世紀國際電力電子崛起之時,中國電力半導體器件的落后狀態將會影響中國經濟的發展,國產電力半導體器件產業任重而道遠。
電力電子技術是智力、信息、知識密集型技術,也是我國經濟與社會可持續發展項目之一,對促進國民經濟發展,特別是電子工業發展極具價值。從發展前景看,以電力半導體器件及“變頻技術”為核心的電力電子行業,在國家政策的強持下將會走向更加輝煌的明天。
參考文獻
半導體器件的可靠性范文5
1.1可靠性是產品質量的保證
產品質量是指產品能夠實現自身價值、滿足明示要求的特征和品質。產品質量主要包括經濟性、可靠性、安全性及性能等特征。在產品質量的所有特征中，可靠性是具有主導意義的特征。只有提高了產品質量的可靠性，才能確保產品盡可能少地發生故障，才能使產品更穩定，由此可知，隨之而產生的維修費用就會降低，如此一來產品的安全性也會更高。因此，可靠性是保證產品質量的重要特征，是生產者對產品質量的最高追求。
1.2可靠性是增加市場份額的保證
近年來，世界各國的經濟都在快速發展，經濟一體化進程也在日益加快。在這種形勢下，人們對產品的性能和功能要求越來越高，對產品的可靠性有更加嚴格的要求。研究表明，產品的可靠性越產品的競爭力就超強，其在激烈的競爭中就會有更高的獲勝率。隨著科技水平的不斷提高，電氣設備的自動化程度及復雜程度也日益提高，產品設備的可靠性能夠使企業在日益激烈的市場競爭中獲取更多的市場份額。
2電氣控制設備的可靠性現狀
2.1電氣控制設備可靠性降低的原因
電氣設備所處的工作環境各不相同，外界氣候條件、電磁干擾以及機械作用力等因素都會對電氣控制設備的可靠性產生不良影響。
（1）機械作用力的影響。電氣設備處在不同的運載工具中運轉，此時，它會不同程度地受到來自外界的機械作用，如沖擊力、離心加速度以及震動等，這都會或多或少地損壞電氣控制設備的元器件，從而改變元器件參數，嚴重的會導致元器件失效、結構件發生較大變形或斷裂及金屬部件因為疲勞而破損等。
（2）電磁干擾的影響?？刂圃O備在工作時會受到來自其他設備產生的電磁波影響，對其內外部都會產生不同程度的干擾。受電磁干擾影響，會導致設備的噪音變大、運轉不平衡，從而影響其安全性。
（3）氣候條件的影響。氣壓、濕度、溫度、大氣污染、鹽霧等都屬于氣候條件因素，受氣候條件影響電氣控制設備會出現結構損壞、性能下降、溫度過高、運轉不靈等現象，更嚴重者會影響正常的工作。此外，設備使用者也會對設備產生不利影響，比如，操作者沒有理解控制設備的運轉原理，對控制設備不能嫻熟操作，不熟悉設備保養及維護流程，不能及時對機器進行及時維護和保養，從而降低了控制設備的可靠性。
2.2質量較差的元器件對控制設備的可靠性產生影響
目前有許多生產元器件的廠家，各個廠家對產品的定位不同，執行相關標準的要求也有所不同，致使元器件產品質量參差不齊。使用控制設備的企業規模各不相同，有些企業的規模較小，其相應的質量管理體系也不太完善，對產品質量要求不嚴格，會疏于對元器件的質量檢驗，因此會出現漏洞；如果元器件的生產商家發生惡性競爭，那么就會出現以質量為代價來較低產品價格的現象，導致企業就會忽略元器件的質量而選擇價格較低者。這樣會很大程度地降低控制設備的可靠性，從而縮短產品的使用期限。
3提高控制設備可靠性的策略
提高電氣自動化控制設備可靠性的方法有很多，關鍵在于要基于控制設備自身的特點進行改善，實施科學的可靠性改善措施，從影響因素開始，選擇和使用正確的元器件、做好散熱及氣候防護，從而提高電氣自動化控制設備的可靠性。
（1）控制設備的設計。在設計控制設備時，要認真研究、分析產品及零部件的技術條件、使用條件和各項參數，精確制定產品設計方案，以確保產品質量和正常使用；要結合產品需求量確定產品類型及產品結構。生產規模是由產品產量決定的，同時生產規模也會影響生產方式，從而對產品的經濟效益造成影響；同時，運用價值工程理論，前體條件是確保產品性能，利用最具有經濟價值的生產方式對零部件進行設計。前體條件是滿足產品技術要求，利用經濟性最好的元器件和原材料，來是生產成本得到降低?？紤]全面，對產品結構進行周密的設計，賦予產品良好的使用性能和操作維修性能，從而有效降低使用費用和維修費用。
（2）生產角度考慮。應該盡可能減少設備中所用到的元器件和零部件的規格和種類，盡可能購買專業廠家制造的通用產品或零部件。立足應用價格低、來源多和國產材料，設備的精度應該和技術要求相符，不應該毫無依據地追求高精度。以滿足產品的性能為前提，盡可能降低精度等級，并且應該使裝配簡化，省去修配和選配，降低裝配工人體力的耗損，方便自動化生產。
（3）選擇電子元器件。為了使元器件的質量、技術性能和技術條件等水平能夠滿足設備的環境和工作要求，應該依據電路性能的工作環境和要求選取恰當的元器件；盡量減少元器件品種，減少生產廠家，提高產品的復用率；特殊情況除外，全部電子元器件都應該接受嚴格的可靠性篩選，然后再在產品中應用；有效考慮價格合理、供貨及時、技術服務良好的生產廠家提供的元器件。選擇關鍵元器件時要對生產廠家進行質量認證，對相同類型元器件的規格、品種、型號及生產廠商間的差異進行比較，選擇更優者。對元器件在應用過程中所表現出來的可靠性及性能數據進行統計，以備后續選擇時參考。
（4）控制設備散熱防護措施。溫度對電子設備的可靠性影響非常廣泛，電子設備在運行過程中，功率會以熱的形式散發出去，對于那些功率耗損較大的元器件尤為如此，比如，大功率晶體管、電子管、電阻及變壓管等。此外，當電氣控制設備所處的工作環境溫度較高時，設備工作時產生的熱量就不容易散發，致使設備的溫度升高。比如，半導體器件對溫度的變化非常敏感，溫度過高會導致器件工作點增益不穩定、信號失真、發生漂移以及噪音增大，更有甚者會導致熱擊穿。所以半導體器件自身的溫度不能太高，如硅管溫度范圍是150～200℃，鍺管溫度范圍是70～100℃。所以在進行設計時應該考慮半導體的散熱問題。功率低于100mW的晶體管不需要安裝散熱器，功率較大的半導體分立器件需要安裝在散熱器上，應該盡可能減小散熱器和半導體分立器件外殼間的接觸熱阻，盡可能地增加兩者接觸面積，并且要保證接觸面光潔，如有需要可以加熱絕緣硅橡膠片或將導熱膏涂膜在接觸面上，或者為保證緊密接觸施加緊固措施，散熱器的表面需要進行處理，保證有適當的粗糙度并且為黑色，達到增強輻射換熱的功能，此外在安裝時，需要注意將熱敏感強的半導體分立器件與功率較大的元器件分開。
（5）電子設備的氣候防護措施。氣壓、霉菌、污染氣體、鹽霧和潮濕等都會對電子設備產生很大的影響，其中影響最大的是潮濕，尤其是在高濕低溫環境中空氣濕度處于飽和狀態時就會導致機器內印制電路板上、元器件凝露和產色現象，導致故障上升及性能下降。如果電子設備被潮濕空氣侵蝕，其材料或元器件表面會形成水膜，進而滲入材料內部，增加絕緣材料表面的電導率，使體積電阻率降低，介質的損耗也會增加，還會導致零部件電氣短路、擊穿或漏點等損害。潮氣還會導致覆蓋層起泡，嚴重者會脫落，失去應有的保護作用。一般會實施密封、灌封、浸漬等措施。
4結束語
半導體器件的可靠性范文6
摘要：設計了兩種不同散熱方式的半導體制冷器，實驗表明制冷性能良好，為太陽能驅動半導體制冷裝置的優化設計提供依據、奠定基礎。半導體制冷模塊熱端采用汽車發動機散熱系統標準部件、采取水冷卻，能在有限的空間內將高熱流密度熱量散發出去，有利于提高制冷性能。半導體制冷模塊在等功率狀態下工作，制冷量為半導體器件最大制冷量的55%；若傾向于獲得較大制冷系數，制冷量按最大制冷量的40%進行設計，制冷系數ε達1·65。
關鍵詞：汽車；半導體；制冷
1.引言
由于半導體制冷空調器具有抗振、耐壓、無制冷劑泄漏和使用直流電等一系列優點，在多種特殊場合已獲得成功應用。這些場合主要要求設備結構簡單、高可靠性、無污染、無噪音、長壽命、可精確調節，能源的利用率并不是主要參考因素。半導體制冷用于普通民用空調，存在一系列重要技術問題有待研究，其中制冷效率和能源動力是一個非常值得關注的問題。半導體制冷與太陽能配合，有很好的時間匹配性，而且清潔環保、可再生，太陽能作為制冷能源有很大的優勢，本文所要研究的是以太陽能為能源動力的半導體制冷器熱端散熱問題。傳統半導體制冷器有最大制冷系數狀態和最大制冷量兩種狀態。一般這兩種狀態并不統一，除非特殊應用領域的傾向性設計，一般民用領域應兼顧兩者，既應有較好的經濟效益又應有較大的制冷量。
2.半導體制冷的基本原理及其過程
半導體制冷器的基本元件是熱電偶，熱電偶由導體材料制成。一種為電子型（N型）半導體材料，一種為空穴型（P型）半導體材料。兩種材料交替排列并用金屬片相連，P型半導體靠空穴移動導電，N型半導體靠電子移動導電。當直流電源接通后，電子和空穴在外電場的作用下發生移動。由于空穴和電子在半導體中的勢能比它們在金屬中的勢能大，當它們流過節點的時候會引起能量傳遞。當載流子從較高勢能變為較低勢能時，向外界放出熱量。相反則吸收外界熱量 。于是在兩個接頭處就會產生溫差。若干個這樣的熱電偶對在電路上串聯起來，在傳熱方面并聯就構成一個常見的熱電制冷組件（或稱熱電堆）。借助于熱交換器等各種傳熱元件使熱電制冷組件的熱端不斷散熱，并保持一定的溫度，把冷端放到工作環境中去吸熱，從而達到了制冷的目的。
3、半導體制冷的優點和不足
半導體制冷是靠電子和空穴在運動中直接傳遞熱量來實現的。與壓縮機制冷系統相比，沒有旋轉部件，沒有回轉效應，沒有滑動部件，無需制冷劑，可靠性高，無噪聲，無污染，壽命長，安裝容易。
半導體制冷器具有兩種功能，不僅能制冷，也能加熱，制冷效率一般不高，但致熱效率很高，永遠大于1。因此使用一個器件就可以代替分立的加熱系統和制冷系統。半導體制冷器冷卻速度和冷卻溫度可以通過改變工作電流和工作電壓的大小任意調節，啟動快，控制靈活，可實現高精度的溫度控制。再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統。半導體制冷器熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷器就能達到最大溫差。如今技術的發展使半導體制冷的優勢顯現出來。半導體式冷藏車在數十年前還只是一個夢想，現在已完全進入到了實用階 段 。半導體制冷突出的優勢，還在于可實現微小型制冷，功率可做到1 w 以下，且極輕極?。?/p>
4、汽車中半導體制冷的應用
4.1 半導體制冷在汽車空調中的應用
電動汽車因其綠色環保、節約能源日益受到各國學術界的關注。純電動汽車的電能非常寶貴，如果仍然采用燃油車壓縮式的空調，能耗高，對車載電源系統提出了新的挑戰。采用半導體制冷技術設計冷風系統，既滿足了人在車內的舒適性，同時又節能、環保。半導體制冷空調器與壓縮式制冷空調器相比，具有以下優點：（1）結構簡單，沒有機械傳動機構，工作時無噪聲、無磨損、無震動、壽命長、維修方便，可靠性高；（2）不使用制冷劑，故無泄漏、無污染；（3）直流供電，電流方向轉換方便，可冷熱兩用；（4）重量、尺寸較小，便于安裝；（5）熱慣性小，負荷可調性強，調節和控制方便；（6）工作狀態不受重力場的影響。
在最近研究表明，與太陽能動力結合的半導體制冷空調積極推動新能源汽車的發 展 。如果改變半導體制冷裝置的電流方向，可以作為取暖裝置，能夠用做汽車室內的暖空調，或者用于去除前擋風玻璃的霜凍，提高駕駛員的視覺效果。
4.2 在車載冰箱中的應用
半導體冰箱起源于俄羅斯在航天飛行上對飛行器的冷熱需求而做的發明，制冷制熱均可。在普遍情況下半導體冰箱制冷其最多能夠達到零下5℃，但是其制熱溫度卻能夠達到65℃。這個冷熱均制的優勢使得半導體冰箱能夠為長途開車的人帶來極大的便利。用于出門旅游及野餐，可以充分發揮其輕便的優點。
4.3 汽車電子設備的散熱
現代汽車隨著電子技術及各類型車用電子裝置的組裝技術發展，成為了具有高度整合性的電子系統。目前汽車電子設備中所使用的功率元件，在經過一段長時間進行通電，導致設備內部或機殼的溫度有可能會超過100℃，大大地增加車用電子設備的故障概率。因此采用半導體冷卻系統可以使它們維持低溫或恒溫的工作條件。例如：對車內大規模集成電路、光敏器件、功率器件、高頻晶體管等電子元器件的冷卻或恒溫。在現在汽車高精尖科技領域內，常對各種電子元器件的溫度性能要求很高，半導體制冷其溫控精度高的特點正可以滿足其要求。（作者單位：江蘇省精創電氣股份有限公司）
參考文獻
[1]徐勝德.半導體制冷與應用技術[M].上海：上海交通大學出版社.1992