超大规模集成电路精选(九篇)

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第1篇：超大规模集成电路范文

关键词：功能特性；固定0-1故障；桥接故障；标准输入矩阵

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）12-2866-05

超大规模集成电路的高速发展导致了单个芯片的组成元素个数的指数增长。然而，由于每个芯片的基本输入输出是有限的，这导致了测试芯片工作更加困难。此外，集成电路制造商们因为知识产权的问题不乐意公开电路板内部实现的详细细节。另外，为了确保一个系统操作的可靠性，用户需要在在芯片提供给系统前对其进行测试。尽管如此，用户通常可以从集成电路制造商的数据书中找到一些该芯片的功能属性和芯片的部分体系结构。因此，两个问题出来了：1）只是基于一个芯片的功能特性而不知道其内部的实现细节，对其进行测试可能吗？2）进一步，用和上一步同样的信息，不仅测试这个芯片的固定故障而且测试其桥接故障可能吗？事实是，对这两个问题的回答都是积极的。

在这篇文章中，我们根据芯片的功能特性提出了一些系统的测试方法。不管怎样，基于对被测电路板的有限信息，我们的测试也会受限。因此，我们在此只考虑电路板的基本输入输出上的故障。换句话说，我们将要测试的故障仅限于下边几种：

1） 基本输入输出上的固定故障；

2） 输入线间的非反馈桥接故障；

3） 输出线间的非反馈桥接故障；

4） 输入和输出间的反馈桥接故障。

尽管我们的测试仅仅是根据电路板的外部特性提供的有限信息，我们得到了很好的效果，可以很方便的检测电路板的功能特性。对于大多数的用户来说，这个方案可以直接实现而不用复杂设备，软件和其他复杂工作。

1 基本定理

下边的定理，已经在前几篇论文中提出并证明，在这里再次列出但不予证明。方便起见，不失一般性，在这片文章中，我们提到桥接故障时就是这与-桥接故障模型。此外，我们把桥接故障划分为反馈型桥接故障和非反馈型桥接故障。

定理1：让我们来考虑一个电路板，其实现的F（n，m）这个功能函数，该功能函数有n个输入x1，...xn和m个输出F1，...Fm，我们在此提出一个输入矩阵T，其格式如下：

我们称T为输入矩阵T。

T可以检测出输入线x1，...，xm中的任何一个固定故障，当且仅当（a）T既不包含全0列也不包含全1列。（b）对每一个i（1≦i≤n），这里总存在一个j（1≤j≤N）和一个k（1≤k≤m）使得Fk（t1j，...ti-1j，0，ti+1j，...，tnj）≠Fk（t1j，...ti-1j，1，ti+1j，...tnj）.

定理2：定理1中提到的输入矩阵T检测所有的输出线上的固定故障当且仅当对应定理1中的输入矩阵，输出矩阵。

既不包含全0列也不包含全1列。

定理3：功能函数F（n，m），有n个输入x1，...xm，m个输出F1，...Fm，在这个电路板中非反馈桥接故障可以被检测当且仅当至少存在一个输入结合（a1，...as，xs+1，...，xn），（a1，...as）不是全0也不是全1，且有一个k（1≦k≦m）满足

Fk（a1，...as，xs+1，...，xn）≠Fk（0，...，0， xs+1，...，xn）

定义1：X=（x1，...，xn），xi={0，1}。对于有n个变量的布尔功能函数F来说，当X中含有的1的个数最少且使F=1时，X成为F的最轻最小项。

定理4：实现布尔功能函数F的输入输出间的任何反馈桥接故障都可被检测出来通过一个一步测试方案0或者一个两步测试（0，LM），这里LM是F的一个最轻最小项。

因为对于所有的反馈桥接故障来说，只有上边所提的一步或两步测试被需要。不管怎样，在两步测试中，LM必须提供给电路板，测试将第二步尾随第一步进行。

2 测试固定故障和桥接故障的案例应遵循的规则

基于上面所描述的理论，我们发现一些测试一个电路板的外部输入输出的固定故障和桥接故障应遵循的规则。

让我们考虑一个实现功能函数F（n，m）的电路板。T和F（T）是我们以上提到的输入输出矩阵。然后，我们可以发现如果T检测错误，那么输入矩阵T和输入矩阵F（T）必须满足如下规则：

规则1：为了检测固定故障，T和F（T）都既不包含全0列也不包含全1列。因为，如果不这样，一个固定型故障不能与非固定性故障但是有全0或全1列的区分开来。

规则2：为了检测输入线上的固定故障，对于每一个输入线Xi，必须存在一个j和一个k，使得Fk（t1j，...ti-1j，0，ti+1j，...，tnj）≠Fk（t1j，...ti-1j，1，ti+1j，...，tnj）。

规则3：为了检测输入和输出线上的非反馈桥接故障，T和F（T）都不能含有两列相同列，这样任意的非反馈桥接故障都可以被检测到。因为这个原因，这里必须

规则4：为了检测一个电路板的输入输出间的反馈桥接故障，输入矩阵中必须包括上边所提到的一步和两步阵列。

基于上述的规则，固定故障和桥接故障的测试矩阵可以很容易的产生且不用去了解被测芯片的内部详细实现。

作为一个例子，我们来考虑一个8-bit RAM，其有8个输入（x1，x2...x8），4个地址线（a1，a2，a3，a4）和一个读写控制线C.当C=0时是写模式，当C=1时是读模式。此RAM的8个输入线可以被描述为：

失一般性，我们假定所有的存储单元在测试前置0，这样下边的输入输出矩阵可以用来检测所有以上提到的故障。我们首先按顺序依次写5个8-bit数据，然后是读操作把数据倒序读出来。

可以看出我们上边提到的固定故障和桥接故障用这对输入输出矩阵都可以被检测出来。为了进一步的阐述输入输出矩阵的用途，我们简单的看几个例子：

1） 检测输入线上的固定故障：一个控制线C上的固定故障，任何一个地址线ai或任何一个数据输入线xj上的固定故障都可以用T和F（T）检测到。例如，在a1上有一个固定0故障，这样第五行的输入变成（0011111110000），使得地址单元（0111）重新写入（11110000），而地址单元（1111）并没有数据写入。因此，在输出矩阵中，输出的第六行变成（00000000）而且输出的第七行变成（11110000）.因此，a1上的固定0故障可以被检测到。

2） 检测输出线上的固定故障：对于人一个输出线zi上的固定故障可以简单的被输出矩阵检测到。任何输出线上的固定故障将会形成输出矩阵上的全0或全1列。

3） 检测输入线上的非反馈桥接故障：地址线间的任何非反馈桥接故障可以检测到通过观察到两行相同的输出。例如，两个地址线a1和a3连接到了一起，那么数据输入矩阵的第三行（01010101）将被重新写到地址单元（0001）。结果是，输出矩阵的第8和第9行有相同的值（01010101）。用类似的方法，一旦地址线和输入线间有连接在一起的，这样在输出矩阵中将有多余一行的数据会被改变，因此这个故障可以轻易的检测到。

4） 检测基本处出现上的非反馈桥接故障：这个故障可以被直接检测到仅仅通过检查在输出矩阵里是否有至少两个形同的列即可。因为任何输出线上的非反馈桥接故障都会导致在输出矩阵中至少有一对相同的列。

3 固定故障和桥接故障的确定

通过上述讨论的规则，我们现在发明一个系统的方法可以确定一个电路板的固定故障和桥接故障的位置，而不用知道电路板的详细实现。

方便起见，我们来考虑一个4位快速全加法器。这个加法器有9个输入线：包括4个数据输入线（A1，A2，A3，A4），（B1，B2，B3，B4）和一个低位向高位的进位C0，五个输出线：4个输出线（∑1，∑2，∑3，∑4）和一个向高位的进位线C5.然后让我们来考虑如下的输入-输出矩阵。用来检测和确定可能的固定故障和桥接故障。

从上面可以看出，4位全加器实现的布尔功能函数F（9，5），它有9个输入5个输出。为了测试和定位故障，矩阵可以称为标准输入矩阵（standard input matrix ， SIM）， 它生成的矩阵称为符合输出矩阵（corresponding output matrix， COM）。在COM中的每一行都是根据运算法则对输入产生的。现在我们考虑为什么这个选择好的SIM和COM可以用来测试和定位所有可能的固定型故障和桥接故障。

1） 如果在输入线上有任何固定型故障，那么至少会有两个相等的形式出现在SIM中。因此，也会有两个相等的形式出现在COM。

2） 如果在输出线上有任何固定型故障，那么在COM中会有全0或全1的列出现。

3） 如果在任何两个输入线之间有NFBF故障，那么至少有两个相等的形式出现在SIM中，因些也会有两个相等的形式出现在COM中。

4） 如果在任何两个输出线上有NFBF故障，那么至少有两个相等的列现在COM中。

5） 如果在任何输入线和输出线之间有FBF故障，然后根据一步或两步测试序列，至少错误列上会有一个0。

从上面的例子，可以和很容易看到，不仅固定型故障和桥故障可以被测试出来，而且它们的位置也可以根据他们在输出矩阵中的错误形式找出来。根据上面的讨论，可以得到下面的结果。在一个电路的合适SIM中，可以找出在主输入和输出上的各种错误，只要它的相应COM符合下面的条件：

1） 在输出矩阵中不多于两个相等且相邻的行。

2） 在输出矩阵中不多于两个相等的列。

3） 在输出矩阵中没有任何的0（1）列。

进一步，如果输入形式SIM也满足在III中的规则4，那么它也可以测试在输入线和输出线上的FBF故障。

为了定位故障，我们重新考虑下面SIM和它COM的通用例子。SIM中根据函数有个n条输入，我们的（n+1 x n）输入矩阵中每行ti有（i-1）0s，第（tn+1）th行是全（1，1，. . . ，1）向量。图1（a）展示了SIM的初始化状态。对于M列的输出矩阵，我们称是SIM按照F函数对应生成的。

根据上面的呈现的三个可测试条件，我们现在可以用下面的几个原则去定位固定型故障和桥故障。

1）如果在输入线xi（1≤i≤n）上有一个故障s-a-0，那么SIM中的输入形式t（n-i+2）将要变成t（n-i+1），这让SIM中的两个相邻行t（n-i+2） 和t（n-i+1）相等。同样，在输出矩阵中，F（n-i+2）也将变成F（n-i+1），标记为：F（n-i+2） F（n-i+1）.

2）如果在两行以上输入线上有NFBF错误，就是xi和xj，（1≤i≤j≤n ）那么，根据上面相同的原因，可以很容易地知道在输出形式COM中将发生F（n-i+2） F（n-i+1）的变化。

3）接下来可能会琐碎些，对于输出线上的固定型故障或NFBF故障，可以直接观察输出矩阵就可以看出来。因此，上面的规则使用（n+1 x n）SIM和（n+1 x m）COM可以应用来去确定固定型故障和桥故障。

对于输入线和输出线间的FBF故障，可以使用测试序列（0，LM）在加在SIM的前面就测试任何在输入线和输出线间的FBF故障。

事实上，在图1上描述的SIM不一定能保证产生一个有效的COM去满足上面的三个测试条件。因此，现在的测试生成算法如果生成一个错误的SIM，就交换SIM中的列再生成合适的COM，可以有效地适应初始SIM。这里讲一种列交换算法，它将修饰输出形式COM以满足合适的测试条件。

列交换算法的任务是进行列交换，描述如下。

列交换规则：

第一步：对于给定的函数F（n ， m），形成初始化的a （n+1） x n SIM，可如图3所示。

第二步：根据给定的函数和SIM，运算生成它相应的COM。

第三步：检查新生成的COM是否符合三个条件。 符合条件就停止运行。不符合条件进行第四步。

第四步：完成当前SIM中所有列的交换以生成一个新SIM，转回第二步。

为了举例说了列交换算法中的列交换，我们考虑了一个熟知的电路上的应用。如图4，它是一个4位的ALU，带着14条输入线和5条输出线，首先从它初始的SIM通过函数得到相应的COM。

然而很明显可以看到，从初始SIM计算出来的COM并不满足上面三个可测试条件。因为一些COM中相邻的行是相等的。如F4 =F5 ，F6 =F7 ，F10 = …=F14。经过重复执行2-4步，我们通过交换SIM中列的位置可以改变的输入形式，因此再次计算所得的COM也会改变它的值，此时再次重新检查新的COM是否满足三个输出条件。经过几次重复列交换算法后，初始的SIM和COM已经改变了他们的形式产生出新的COM，新计算的COM也可满足可以可测试条件，这样我们就可以根据原则进行测试。变成图5所示。

4 加速寻找速度和实验结果

交换算法可以生成有效的SIM和它的COM，事实上，最坏的情况下，交换算法的时间复杂度可以达O（n），n为被测试电话的输入线数。这是因为它需要所有可能的输入排列去找到一个合适的SIM。当N增加时，算法的时间复杂度也就增加。因此，一个随机的交换算法可以很好地提高查找速度以生成符合条件的COM。使用随机交换算法，我们每次交换的SIM的n个输入数列是随机产生的，而不是以前算法中的相邻地一个接一下产生的。理论上，最坏的情况下，随机交接算法和原始算法有相同的时间复杂度，但在实际操作中，前者却是更高效的。下面的表中，列出了以四项基准比较这两种算法的实验运行时间。

参考文献：

[1] S.Xu and S.Y. H. Su， “Detecting I/O and Internal Feedback Bridging Faults”， IEEE Trans. On Computers Vol.34， No.6， pp.553-557， 1985 ；Also re-printed in IEEE Computer Society Press， 1992， pp.9 –13.

[2] S.Xu and S.Y. H. Su， “Testing Feedback Bridging Faults Among internal， Input and Output Lines by two patterns”， Proc. ICCC 82， 1982， pp.214-217

[3] S. M. Thatte and J. A. Abraham， “Test Generation for Microprocessors”， IEEE Trans. on Computers C29， 1980， pp.429-441.

[4] S. Y. H. Su and Y. I. Hsieh， “Testing Functional Faults in Digital Systems Described by Register Transfer Language”， J. Digital Systems. Vol. 6， 1982， pp.161-183.

[5] M. Karpovshy and S. Y. H. Su， “Detecting Bridging and Stuck-at Faults at Input and Output Pins of Standard Digital Components”， IEEE Proc. 17th Design Automation Conf. pp. 494-505

第2篇：超大规模集成电路范文

摘　要：航天器件在空间环境中存在着单粒子效应,根据研究可知高温会提升单粒子效应的敏感性,因此为了更好地评估器件的抗辐射性能,有必要建立一套高温单粒子效应测试系统.通过建立高温单粒子效应测试系统,选择ASIC和SRAM进行高温测试实验,完成了电路高温下的单粒子效应检测,证明了温度提升单粒子效应敏感性的事实.

关键词：单粒子效应； 线性能量传输； 可编程逻辑； 大规模集成电路；

随着半导体技术的迅猛发展,航天器用微电子器件的集成度不断提高,超大规模集成电路(VLSI)越来越多地应用在航天器中.航天器在空间中飞行,一直处在带电粒子构成的辐射环境中,空间辐射环境中的高能粒子可能导致航天器电子系统中的半导体器件发生单粒子效应.由于器件的特征尺

第3篇：超大规模集成电路范文

如果是8051系列的单片机，下载一个stc-isp软件，将编译生成的.hex文件下载单片机中就好了，但有一点注意的是，这个软件是需要驱动程序的，否则是不能运行的。

单片机(Microcontrollers)是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

（来源：文章屋网 ）

第4篇：超大规模集成电路范文

硅微粉是由纯净石英粉经先进的超细研磨工艺加工而成，是用途极为广泛的无机非金属材料。具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数高、悬浮性能好等优点。因其具有优良的物理性能、极高的化学稳定性、独特的光学性质及合理、可控的粒度分布，从而被广泛应用于光学玻璃、电子封装、电气绝缘、高档陶瓷、油漆涂料、精密铸造、硅橡胶、医药、化装品、电子元器件以及超大规模集成电路、移动通讯、手提电脑、航空航天等生产领域。

硅微粉还是生产多晶硅的重要原料。硅微粉用无水氯化氢(hcl)与之反应在一个流化床反应器中，生成三氯氢硅(sihcl3)，sihcl3进一步提纯后在氢气中还原沉积成多晶硅。而多晶硅则是光伏产业太阳能电池的主要原材料。近年来，全球能源的持续紧张，使大力发展太阳能成为了世界各国能源战略的重点，随着光伏产业的风起云涌，太阳能电池原材料多晶硅价格暴涨，又促使硅微粉的市场需求迅猛增长。

据调查，目前国内生产硅微粉的能力约50万吨，主要是普通硅微粉，而高纯超细硅微粉大量依靠进口。初步预测XX年我国对超细硅微粉的需求量将达20万吨以上。其中，橡胶行业是最大的用户，涂料行业是重要有巨大潜力的应用领域，电子塑封料、硅基板材料和电子电器浇注料对高纯超细硅微粉原料全部依靠进口，仅普通球形硅微粉的价格2—3万元/吨，而高纯超细硅微粉的价格则高达几十万元/吨以上。

硅微粉是由纯净石英粉经先进的超细研磨工艺加工而成，是用途极为广泛的无机非金属材料。具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数高、悬浮性能好等优点。因其具有优良的物理性能、极高的化学稳定性、独特的光学性质及合理、可控的粒度分布，从而被广泛应用于光学玻璃、电子封装、电气绝缘、高档陶瓷、油漆涂料、精密铸造、硅橡胶、医药、化装品、电子元器件以及超大规模集成电路、移动通讯、手提电脑、航空航天等生产领域。 硅微粉还是生产多晶硅的重要原料。硅微粉用无水氯化氢(hcl)与之反应在一个流化床反应器中，生成三氯氢硅(sihcl3)，sihcl3进一步提纯后在氢气中还原沉积成多晶硅。而多晶硅则是光伏产业太阳能电池的主要原材料。近年来，全球能源的持续紧张，使大力发展太阳能成为了世界各国能源战略的重点，随着光伏产业的风起云涌，太阳能电池原材料多晶硅价格暴涨，又促使硅微粉的市场需求迅猛增长，硅微粉呈现出供不应求的局面，更使硅资源拥有者尽享惊人的暴利。

超细硅微粉具有粒度小、比表面积大、化学纯度高、分散性能好等特点。以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、造纸、日化等诸多领域得到广泛应用，并为其相关工业领域的发展提供了新材料的基础和技术保证，享有“工业味精”“材料科学的原点”之美誉。自问世以来，已成为当今时间材料科学中最能适应时代要求和发展最快的品种之一，发达国家已经把高性能、高附加植的精细无机材料作为本世纪新材料的重点加以发展。

近年来，计算机市场、网络信息技术市场发展迅猛，cpu集程度愈来愈大，运算速度越来越快，家庭电脑和上网用户越来越多，对计算机技术和网络技术的要求也越来越高，作为技术依托的微电子工业也获得了飞速的发展，pⅲ 、pⅳ 处理器，宽带大容量传输网络，都离不开大规模、超大规模集成电路的硬件支持。

随着微电子工业的迅猛发展，大规模、超大规模集成电路对封装材料的要求也越来越高，不仅要求对其超细，而且要求其有高纯度、低放射性元素含量，特别是对于颗粒形状提出了球形化要求。高纯超细熔融球形石英粉(简称球形硅微粉)由于其有高介电、高耐热、高耐湿、高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦系数等优越性能，在大规模、超大规模集成电路的基板和封装料中，成了不可缺少的优质材料。

至于硅微粉的行业前景，我们从以下几个方面展望一下： 市场空间 国际方面，目前全世界年需求硅微粉150万吨左右。日本是当今世界生产环氧塑封料产量最大的国家，年需求硅微粉60万吨，全部依靠进口;美国年需求硅微粉 30万吨;韩国年需求硅微粉20万吨以上。 国内方面，据有关部门统计，高纯300目—1000目普通硅微粉和超细结晶硅微粉每年国内外用量保持在20%—35%的增长幅度，随着应用范围的扩大需求量增长将会不断加大。 XX年我国熔融类总用量18.5万吨，其中10万吨进口，XX年总用量16万吨，其中进口7万吨，预计今年总用量将突破20万吨，高科技领域硅微粉的年需求量为10万吨以上。

据推测，国内对熔融型硅微粉的需求量，XX年可达到40-60万吨;在电子产品方面，对结晶型硅微粉的需求，预计年需求量将超过80万吨;在熔融石英陶瓷方面，国内对硅微粉的年需求量将达10万吨，市场前景广阔。 据了解，我国硅微粉高档产品主要依靠进口。随着中国加入了wto市场，以及中国it产业的迅猛发展，电子封装这一产业将逐渐移向中国。

项目建设必要性

1.有利于增加地方税收，带动某县经济发展

项目总投资*万元。建成投产后可实现年产值*万元，实现税收约*万元。因此，该项目为某县增加了税收收入的同时，也为某县经济发展目标的快速实现做出贡献。

2.有利于促进区域内劳动就业，实现社会稳定

本项目通过增加投资，新增项目，扩大就业外，最重要的是将合理安排劳动力，扩大就业门路，减少把人员推向社会而加大就业压力。

本项目通过增加投资，新增项目，扩大就业外，最重要的是将合理安排劳动力，项目的建设将给当地提供更多的直接和间接就业机会。首先，在项目建设施工期间，除建设单位自有的专业施工人员外，将有相当数量的当地劳动力经过培训后，承担建筑施工上的任务;其二，在项目运行期间需要较多的人员进行生产;其三，促进其他行业的发展，间接地提供了就业机会。项目建成后可以安排直接就业人数50人，间接就业人数200人左右，人均收入每年增加2.4万元以上，增加了居民收入，提高了居民生活水平。同时可以吸引一批闲置劳动力，为政府和社会解决就业难问题做出了应有的贡献，有利于当地社会的稳定和发展。

3.顺应制造业 “大而强”的发展趋势

过去XX年中国制造行业发展十分迅速。XX-XX年，中国制造行业规模从480亿元，一跃突破3100亿元，9年间增长了5.46倍。XX年，受金融危机影响，中国推出了4万亿经济刺激计划，使得XX年固定资产投资规模同比强劲增长超过30%，为应对国际金融危机，XX年初国家从缓解企业困难和增强发展后劲入手，相继制定出台了汽车、钢铁、电子信息、物流、纺织、装备制造、有色金属、轻工、石化、船舶等十大重点产业调整和振兴规划。根据对“xx”期间全社会固定资产投资增长率平均应该控制在20%上下这一基本判断分析得出，XX年，中国对制造业的市场需求仍将是主体。

有国家相关政策和产业发展的强劲势头做保证，制造业将会有良好的市场前景。

4.项目建设是提升企业竞争力的必然之路

近年来，太阳能光伏行业发展速度较快，市场对硅微粉的产品质量和产量的要求越来越高，公司必须适应市场发展趋势，提高产品的质量，提高售后服务水平，以适应激烈的市场竞争。

随着激烈的国内外同行竞争状况，公司积极创新，迎接挑战，现在生产的产品畅销全国各地，通过本项目的实施，公司可加速开发迎合市场需求的新产品，并促其产业化。项目的建设不仅可以提高公司的竞争力，也是公司在业内取得更大发展的必由之路，为公司不断生存、发展、壮大提供有力的支撑和推动。

5.项目建设有利于进一步拓展国内市场

第5篇：超大规模集成电路范文

关键词： 大规模集成电路 集成电路制造工艺 教学内容

21世纪以来，信息产业已成为我国国民经济发展的支柱产业之一，同时也是衡量一个国家科技发展水平和综合国力的重要指标。超大规模集成电路技术是信息产业的重要基础，而集成电路制造工艺又是超大规模集成电路的核心技术。因此，对集成电路工艺的优化和创新就成为提高信息产业综合实力，增强国家科技竞争力的关键所在。近年来，尽管我国微电子技术不断进步，但与微电子技术发达的国家相比，仍存在着相当大的差距。因此，要实现由集成电路生产制造大国向集成电路研发强国的转变，就迫切需要培养一批高质量的超大规模集成电路工艺技术人才[1]，这也正是《集成电路工艺原理》这门课程所要实现的目标。

然而，目前《集成电路工艺原理》课程的教学效果并不理想[2]，[3]，究其根本原因在于该课程存在内容陈旧、知识点离散、概念抽象、目标不明确等不足[4]。同时，由于大部分普通高校没有足够的实验设备和模拟仿真实验平台，无法使学生熟悉和掌握工艺仪器的操作，导致学生所学知识与实际应用严重脱钩，甚至失去学习积极性，产生厌学情绪。为此，依据我院微电子专业本科生的教学情况，我详细分析了教学过程中存在的问题，提出了改革方案。

一、目前教学中存在的问题

1.学习目标不明确。现有的教学内容往往采用先分别独立讲授单项加工工艺，待所有工艺全部讲授完毕，再综合利用所有工艺演示制作CMOS集成电路芯片的流程。这种教学模式会造成学生在前期的理论学习过程中目标不明确，无法掌握单项工艺在芯片加工中的作用，不能与实际器件加工进行对应，造成所学知识与实际应用严重错位，降低了学生的学习积极性和主动性。

2.知识衔接性差。本课程的重点内容是集成电路工艺的物理基础和基本原理，它涉及热学、原子物理学、半导体物理等离子体物理、化学、流体力学等基础学科，然而，大部分学生并未系统地学习过譬如等离子体物理、流体力学等课程，这就不可避免地造成了教学内容跨越性大的问题，无法实现知识的正常衔接，致使学生对基本概念和基本物理过程难以理解，从而影响学生的学习兴趣。

3.课程内容抽象，不易理解。由于该课程的基本概念、物理原理和物理过程多而繁杂，再加上各种不同工艺之间的配合与衔接，导致内容抽象难懂。教师在课堂上按照常规讲法，费时费力，学生对所讲内容仍无法彻底理解，难以完成知识的迁移。

4.教学资源匮乏。现有教材中严重缺乏集成电路加工方法的可视化资料，大量使用文字叙述描述物理过程和工艺流程，致使课程讲授枯燥乏味，学生无法真正理解教学内容，很难产生学习兴趣。

综上所述，在现有集成电路工艺原理的教学过程中还存在一些严重影响教学质量的因素。为了响应国家“十二五”规划中明确提出的建设创新型国家的任务，培养创新型大学生的要求，我们必须逐步改革和完善现有的教学内容及教学模式[5]，提高教学质量，为培养开创未来的全面发展型人才奠定基础。

二、教学内容的整体规划

为了让学生明确教学目标，突出教学重点，需要摒弃传统的教学思路[6]，构建“先整体、后部分；先目标、后工艺”的教学思路，对教学内容进行重新设计，使其更加符合学生的认知规律。我们抛弃了传统的教学内容编排方式，提出了整个课程主要围绕一个通用、典型的集成电路芯片的加工和制备展开，使学生明确本课程的教学目标。首先给出典型器件的模型，分析其各部分的材料和结构，明确器件的不同组成部分并进行归类，依据器件加工的先后顺序，然后模块化讲授器件每部分的加工方法、工艺原理和加工流程，逐步完成集成电路的全部制作，进而完成整个课程内容的讲授。这样就能用一条主线串起每块学习内容，使学生明确每种工艺的原理、流程和用途，做到有的放矢，并能与实际应用较好地融合在一起，进而提高学生的学习主动性，增强课堂教学效果。

三、教学内容的选取与组织

1.教材的选择

集成电路工艺的发展遵循摩尔定律，随着理论的深入和技术的革新，现有的大部分《集成电路工艺原理》教材显得陈旧、落后，无法适应现代工艺技术的发展和教学的需求。

为此，本课程的教材最好采用现有经典教材和前沿科学研究成果相结合的方式，现有经典教材有美国明尼苏达大学的《微电子制造科学原理与工程技术》[3]和北京大学的《硅集成电路工艺基础》[7]等，这些教材内容全面，几乎覆盖了所有的集成电路加工方法，而且原理讲解深入透彻，具有较强的理论性。这些教材知识结构基本上是按照传统的教学思路编排，所以要打破这种思维的束缚，设计出一个具有代表性器件的加工过程，然后把教材中的工艺原理、工艺流程融入器件的加工过程中。这就要求我们不能照搬书本上的知识内容，需要根据课程的新设计方案重新整合讲义。同时还应该注意，为了扩充学生的知识面，还应该摘取一些具有代表性的最新前沿成果，不仅使学生的知识体系具有完整性，而且能进一步调动他们的创造性。

2.教学内容的选取

依据课程“先整体、后部分；先目标、后工艺”的教学思路，采用“范例”教学模式，教学内容可以划分为九大知识模块：典型CMOS器件、外延、氧化、扩散、离子注入、物理气相淀积、化学气相淀积、光刻与刻蚀、隔离与互联。首先，通过一个典型CMOS器件的结构分析，获得制作一个芯片所需的材料与结构，然后简要给出不同材料和结构的加工方法，让学生对课程整体内容有宏观把握，初步了解每种工艺的基本功能。其次按照器件加工的顺序，对不同工艺分别从发展历史、工艺原理、工艺流程、工艺特点等方面进行详细阐述，使学生对工艺原理深入理解，工艺流程熟练掌握，最后完成整个器件的制作。

3.教学内容的组织

对每部分教学内容要坚持“基础知识衔接、主流工艺突出、淘汰工艺删减、最新工艺提及”的原则。由于本课程以工艺的物理基础和基本原理为重点内容，这是本课程的教学难点，为了让学生更加清晰地理解和掌握其工艺原理，需要适当地补充一些课程必备的物理基础知识。主流工艺是本课程的主要内容，要求学生对原理、流程、性能、使用范围等深入理解，熟练掌握。因此，这部分内容要进行详细讲解。淘汰工艺是本课程的了解内容，目前淘汰工艺在现有教材中占据的篇幅和课时还比较多，且有喧宾夺主之势，为了让学生了解和熟悉集成电路工艺的发展历史，需要进行适当的概括压缩或删减处理。最新工艺是本学科的前沿研究内容，为了扩充学生的知识，开阔学生的视野，应该适当地补充一些新型工艺技术，为学生将来进一步研究深造奠定基础。

四、结语

《集成电路工艺原理》是微电子学专业本科生的一门重要的专业基础课程，本课程的目的是使学生掌握集成电路制造工艺流程和基本原理。只有通过精心选择优秀教材，合理设计教学内容，使理论与实践紧密结合，才能激发学生的学习兴趣和创新思维，进而有效地提高课堂教学质量，为培养科技创新型人才奠定基础。

参考文献：

[1]彭英才.兼谈《集成电路工艺原理》课的教学体会与实践[J]，高等理科教育，2003（50）.

[2]李尊朝.集成电路工艺课程教学改革探析[J].实验科学与技术，2010（8）.

[3]李琦，赵秋明，段吉海.工程教育背景下“集成电路工艺”的教学探索[J].中国电力教育，2011.

[4]邵春声.浅谈《集成电路制造工艺》的课程建设和教学实践[J].常州工学院学报，2010（23）.

[5]汤乃云.“集成电路工艺原理”课程建设与教学改革探讨[J].中国电力教育，2012.

第6篇：超大规模集成电路范文

关键词：集成电路工艺原理；教学内容；教学方法

作者简介：汤乃云（1976-），女，江苏盐城人，上海电力学院电子科学与技术系，副教授。（上海?200090）

基金项目：本文系上海自然科学基金（B10ZR1412400）、上海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目（10110502200）资助的研究成果。

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0046-01

微电子产业的快速发展急需大量的高质量集成电路人才。优秀的集成电路设计工程师需要具备一定工艺基础，集成电路工艺设计和操作人员更需要熟悉工艺原理及技术，以便获得性能优越、良率高的集成电路芯片。因此“集成电路工艺原理”是微电子专业、电子科学与技术专业和其他相关专业一门重要的专业课程，其主要内容是介绍VLSI制造的主要工艺方法与原理，培养学生掌握半导体关键工艺方法及其原理，熟悉集成电路芯片制作的工艺流程，并具有一定工艺设计及分析、解决工艺问题的能力。课程的实践性、技术性很强，需要大量的实践课程作为补充。但是超大规模集成电路的制造设备价格昂贵，环境条件要求苛刻，运转与维护费用很大，国内仅有几所大学拥有供科研、教学用的集成电路工艺线或工艺试验线，很多高校开设的实验课程仅为最基本的半导体平面工艺实验，仅可以实现氧化、扩散、光刻和淀积等单步工艺，而部分学校仅能开设工艺原理理论课程。所以，如何在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，通过课程建设和教学改革，改善集成电路工艺原理课程的教学效果是必要的。如何利用多种可能的方法开展工艺实验的教学、加强对本专业学生科学实验能力和实际工作能力以及专业素质的培养、提高微电子工艺课程的教学质量，是教师所面临的紧迫问题。

一、循序渐进，有增有减，科学安排教学内容

1.选择优秀教材

集成电路的复杂性一直以指数增长的速度不断增加，同时国内的集成电路工艺技术与发达国家和地区差距较大，故首先考虑选用引进的优秀国外教材。本课程首选教材是国外电子与通信教材系列中美国James D.Plummer著的《硅超大规模集成电路工艺技术—理论、实践与模型》中文翻译本。这本教材的内容丰富、全面介绍了集成电路制造过程中的各工艺步骤；同时技术先进，该书包含了集成电路工艺中一些前沿技术，如用于亚0.125μm工艺的最新技术、浅槽隔离以及双大马士革等工艺。另外，该书与其他硅集成电路工艺技术的教科书相比，具有显著的两个优点：其一是在书中第一章就介绍了一个完整的工艺过程。在教学过程中，一开始就对整个芯片的全部制造过程进行全面的介绍，有且与学生正确建立有关后续章节中将要讨论的各个不同的特定工艺步骤之间的相互联系；其二是贯穿全书的从实际工艺中提取的“活性”成分及工艺设计模拟实例。这些模拟实例有助于清楚地显示如氧化层的生长过程、掺杂剂的浓度分布情况或薄膜淀积的厚度等工艺参数随着时间推进的发展变化，有助于学生真正认识和理解各种不同工艺步骤之间极其复杂的相互作用和影响。同时通过对这些模拟工具的学习和使用，有助于理论联系实际，提高实践教学效果。因而本教材是一本全面、先进和可读性强的专业书籍。

2.科学安排教学内容

如前所述，本课程的目的是使学生掌握半导体芯片制造的工艺和基本原理，并具有一定的工艺设计和分析能力。本课程仅32学时，而教材分11章，共602页，所以课堂授课内容需要精心选择。一方面，选择性地使用教材内容。对非关键工艺，如第1章的半导体器件，如PN二极管、双极型晶体管等知识已经在前续基础课程“半导体物理2”和“半导体器件3”中详细介绍，所以在课堂上不进行讲授。另一方面，合理安排教材内容的讲授次序。教材在讲授晶片清洗后即进入光刻内容，考虑工艺流程的顺序进行教学更有利于学生理解，没有按照教条的章节顺序，教学内容改变为按照清洗、氧化、扩散、离子注入、光刻、薄膜淀积、刻蚀、后端工艺、工艺集成等顺序进行。

另一方面，关注集成电路工艺的最新进展，及时将目前先进、主流的工艺技术融入课程教学中，如在课堂教学中介绍INTEL公司即将投产的采用了22nm工艺的代号为“Ivy Bridge”的处理器等。同时，积极邀请企业工程师或专家开展专题报告，将课程教学和行业工艺技术紧密结合，提高学生的积极性及主动性，提高教学效果。

3.引导自主学习

半导体产业正飞速发展，需要随时跟踪集成电路制造工艺的发展动态、技术前沿以及遇到的挑战，给学生布置若干集成电路工艺发展前沿与技术动态相关的专题，让学生自行查阅、整理资料，每一专题选派同学在课堂上给大家讲解。例如，在第一章讲解集成电路工艺发展历史时，要求同学前往国际半导体产业规划网站，阅读最新年份的国际半导体技术发展路线图，完成如最小特征指标、工作电压等相关技术指数的整理并作图说明发展趋势等。这样一方面激发了学生的求知欲，另一方面培养学生自我学习提高专业知识的能力。

二、丰富教学手段，进行多样化、形象化教学

第7篇：超大规模集成电路范文

无线电液控制技术的基本工作原理：首先，无线电液控制系统将操作者或机器的控制指令进行数字化处理（包括对信号的滤波，A/D转化等处理），变为易于处理的数字信号；其次，对数字指令信号进行编码处理；再次，指令信号在经发射系统进行数字调制后，通过发射天线以无线电波的方式传递给远处的接收系统。最后，接收系统通过接收天线把带控制指令的无线电波接收下来，经过解调和解码，转换为控制指令，实现对各种类型阀的进行控制。

由于无线电液控制技术在工程机械领域占有重要地位，它也越来越受到各国的重视，都投入了很多的技术力量和资金进行研究开发。虽然红外遥控也可以实现电液控制技术的远程遥控，但是由于红外遥控存在对工作背景要求高、能耗高、传输距离短（一般不会超过10米），且必需在同一直线上，中间不能有任何障碍物以及易受工业热辐射影响等缺点，使得无线电液控制技术成为当前研究的主要方向。

二、无线电液控制技术的研究现状及趋势

（一）无线电液控制技术的研究现状

最初，遥控电液控制系统都是采用有线遥控方式进行的。早在60年代初期，人们就能利用拖缆遥控装置来控制液压机械上的手动、电液多路阀，操作时通过拖缆遥控装置上的双向单轴摇杆输出线性比例信号来控制电液比例多路阀，线控盒摇杆的信号完全能模拟液压多路阀上手动拉杆的动作。虽然这种方式也可以使操作人员在作业区外对机械设备进行操作控制，但是由于控制信号在电缆线中的衰减，使得遥控的距离有限，同时由于电缆线的存在，影响了操作的灵活性，而且数米长的电缆经常是生产事故中的主要根源。[2]

随着无线电技术的成熟，把无线电技术引入电液控制系统成为了可能。由于无线电液控制技术是通过无线电波来传递控制指令，完全消除了拖缆式遥控装置所带来的故障隐患。但是一开始的无线电液控制系统都只能发射简单的指令，如：打开/关闭等指令。进入70年代后，随着大规模集成电路及专用微处理器的出现，开发出了可靠性更高的手持式无线遥控系统。后来，随着数字处理技术的快速发展，无线数字通信技术的日趋成熟，利用数字通信技术的抗干扰能力强、易于对数字信号进行各种处理等等的优点，使得遥控系统的抗干扰性能逐步提高，安全性能大大改善；与此同时，模拟集成电路设计的迅速发展，各种高精度的模拟/数字转换器（A/D）和数字/模拟转换器（D/A）的研制成功，并把他们应用到无线电液控制系统中，使得无线电液控制系统不但能够传输开关信号，也能够传输模拟控制量并且对控制指令有较高分辨能力，也就是说，无线电液控制系统不但能够控制普通的电磁开关阀，而且能够控制比例阀。

由于无线电液控制技术既有电液控制技术的优点，又有无线技术的优点，因此它有着很广泛的应用，特别是在工程机械领域中。无线电液控制系统的典型应用场合如工业行车、汽车吊、随车吊、混凝土泵(臂架)车、盾构掘进机的管片拼装机等。

80年代初，美国KraftTeleRobtics和约翰·迪尔等公司，相继开发出无线遥控系统，并应用于挖掘机中，成功推出遥控挖掘机。其中，比较典型的是约翰·迪尔公司的690CR型遥控挖掘机。

1983年，日本小松制作所研究开发了各种工作装置的微动控制和复合动作的无线电操纵，并成功改装PC200－2型液压挖掘机。

1987年，德国HBC公司研制成功应用于工程机械领域的工业无线电遥控装置。这种遥控装置采用了先进的数字化通信技术，传输的比例控制信号安全、可靠和实用，并对发射的指令有很高的分辨率；在接收端使用模拟技术可以使执行机构的加速、减速动作与无线电遥控装置发射器上的动作完全成比例，从而实现对执行机构的无级控制。利用它，结合电液比例伺服驱动机构、液压比例多路阀和电液比例减压阀及普通电磁控制开关阀，就可以实现工程机械的无线遥控。德国HBC无线电遥控系统采用的比例输出信号（0－5V/10V、4－20mA、PWM0－2A）可与多个厂家电液多路阀信号匹配，可模拟手动操作方式达到与液压控制系统互相间的协调。

与国外对无线电液控制技术的研究应用相比较，国内则相对比较晚，技术相对也落后一些。上海宝山钢铁公司于1997年引入HBC无线遥控系统、意大利FABERCOM的比例液压伺服模块，对黄河工程机械厂生产的ZY65型履带式装载机进行了遥控改造，使其成为一台遥控装载机。

（二）无线电液控制技术研究趋势

随着数字通信技术和超大规模集成电路的高速发展，把数字通信技术和高性能、高集成度的集成电路应用到无线电液控制技术中，使得无线电液控制器的性能更加完善，可靠性更加高。它们都推动着无线电液控制技术的发展，具体表现在以下几个方面：（1）超大规模集成电路的飞速发展使无线电液控制器硬件电路的可靠性提高，同时为实现更强大的（下转第152页）（上接第193页）功能提供了可能性；（2）数字通信技术提高了无线电液控制器的性能；（3）纠错编码技术提高了无线电液控制器的抗干扰能力。

三、无线电液控制技术在盾构管片拼装机中的应用

盾构管片拼装机是一六自由度机械手，由电液比例多路阀控制各个方向执行器动作，实现管片的拼装。利用无线遥控系统控制电液比例多路阀的先导级就可以控制进入多路阀的流量。采用电液比例技术能提高管片机的拼装速度，有效地降低工程造价。

四、结语

由于无线电液比例技术具有多方面的优点，在工程机械领域得到了广泛的应用。将无线遥控技术应用于盾构管片拼装机系统，将具有重要的工程应用意义。

【参考文献】

[1]郑贵源.无线遥控装置在工业控制中的应用[J].机械与电子，1997，(2).

[2]李水平.工业遥控器在起重机上的应用[J].设备管理与维修，1997，(9).

[3]马宏远.钢铁工业中的无线遥控和计算机无线数据通信[J].钢铁技术，1999，(6).

第8篇：超大规模集成电路范文

关键词：电子科学与技术；课程建设；实践创新能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）25-0103-02

电子科学与技术作为信息技术发展的基石，伴随着计算机技术、数字技术、移动通信技术、多媒体技术和W络技术的出现得到了迅猛的发展，从初期的小规模集成电路（SSI）发展到今天的巨大规模集成电路（GSI），成为使人类社会进入了信息化时代的先导技术。电子科学与技术专业是国家重点扶植的学科，本专业作为信息领域的核心学科，培养国家急需的电子科学与技术专业高级人才。

在新的历史条件下，开展电子科学与技术专业课程建设的改革与实践研究是非常必要的，这对于培养出具有知识、能力、素质协调发展的微电子技术应用型创新创业人才具有重要的指导意义和战略意义。本文依据电子科学与技术专业本科生课程建设的实际情况，详细分析了本专业在课程建设过程中存在的问题，提出了关于电子科学与技术专业课程建设的几点改革方案，并进行了一定的探索性实践。

一、目前课程建设中存在的一些问题

1.在课程设置方面，与行业发展结合不紧密，缺乏专业特色和课程群的建设，课程之间缺少有效地衔接，难以满足当前人才培养的需求。本专业的课程设置应当以培养具有扎实的微电子技术领域理论基础和工程实践能力，能从事超大规模集成电路设计、半导体器件和集成电路工艺制造以及相关电子信息技术应用工作的高级工程技术人才和创新创业人才为培养目标来进行课程建设。

2.在创新实践教学方面，存在重理论教学和课堂教学，缺乏必要的实践环节，尤其是创新实践环节的教学，相关实践和实验教学手段和教学方法过于单一，仅在教师课堂教学讲授范例和实验过程的基础上，指导学生进行课程实验，学生按照课程实验手册上的具体步骤逐一进行操作，完成课程所要求的实验。单一的实验和实践教学方式难以提升学生的创新实践和动手能力，更难以实现对所学知识的实践和灵活运用，难以满足当前强调以实践为主，培养实践型创新人才的要求。

二、课程建设改革的目的与任务

结合集成电路行业未来的发展趋势以及电子科学与技术专业总体就业前景和对人才的需求结构。根据我国电子科学与技术产业的现状和发展需求，通过对电子科学与技术专业的课程建设进行改革，重点强调工程实训与创新实践，在课程教学中体现“激发兴趣、夯实基础、引导创新、全面培养”的教学方针。重新规划专业培养方案和课程设置，以集成电路工艺与设计为重点，设置课程群，构建新的科学的课程体系，突出特色，强化能力培养。

三、课程建设改革的具体内容

人才培养目标以厚基础、宽口径、重实践、偏工程为宗旨，培养具有扎实的微电子技术领域理论基础和工程实践能力，能从事超大规模集成电路设计、半导体器件和集成电路工艺制造以及相关电子信息技术应用工作的高级工程技术人才和创新创业人才。以大规模集成电路设计、制造和工艺、电子器件和半导体材料、光电子技术应用等方面为专业特色进行课程建设改革，具体的改革内容如下。

1.课程设置。首先，根据本专业人才培养目标要求按需设课，明确设课目的，并注意专业通识课、专业基础课、专业限选课和专业任选课之间的衔接与学时比例，加强集成电路设计与集成电路工艺方面的课程设置，突出微电子技术方向的特色，明确专业的发展目标和方向，将相关课程设置为课程群，通过相关课程的有效衔接，突出能力培养。其次，随着电子科学与技术的不断发展，注重本专业课程设置的不断更新和调整。

2.教学方式。首先，加强对青年教师的培养和训练，注重讲课、实验、考试及课下各个环节的相互结合，即课堂与课下相结合，讲课与实验相结合，平时与考试相结合。其次，讲课中注重讲解和启发相结合，板书和多媒体相结合；实验中注重方法和原理相结合，知识和能力相结合；考试中注重面上与重点相结合，概念与计算相结合，开卷与闭卷相结合，重点开展课程的网络化建设，将相关实验课程的教学录像上网，通过网络教学加强学生的实验实践能力培养和提高。第三，注重双语课程的开设与优秀经典教材的使用相结合，双语课程与国际该课程接轨。

四、结语

科学与技术专业课程建设应当围绕电子科学与技术专业应用型人才的培养和专业特色，通过制订适用集成电路人才培养目标的培养方案、课程设置、实验体系和教学计划，突出集成电路工艺与设计实践环节，进而有效地提高实验和实践教学质量，为培养具有实践创新能力的科技创新型人才奠定了基础。

参考文献：

[1]刘一婷，李新，关艳霞，等.突出专业特色的电子科学与技术专业人才培养方案构建[J].高教学刊，2016，（7）：74-75.

[2]李新，刘一婷，揣荣岩，等.集成电路产业人才培养的课程体系建设[J].教育教学论坛，2016，（1）：63-64.

[3]潘宇恒.电子科学与技术专业的课程优化[J].科研，2016，（3）：00209.

[4]韩益锋，姚文卿，董良威.电子科学与技术专业课程体系建设与实践[J].考试周刊，2014，（45）：148-149.

[5]陶建平.电子科学与技术专业本科教育质量探索与实践[J].公安海警学院学报，2014，（2）：34-37.

[6]谢海情，唐立军，唐俊龙，等.集成电路设计专业课程体系改革与实践[J].教育教学论坛，2015，（34）：76-77.

[7]全国高等学校教学研究中心.电子科学与技术专业发展战略研究报告[EB/OL].http：///link？rl=fsRthBj31TQQh1FCB740v-yPMYbTKEDaxrKs_caajUeYpVorqPMpcpzfV9wyz-vx3Vd7-hKL37B5rClIwE37dIk5CqZU2M-quD7BTAE_tSMwq，2007-06-18.

[8]刘继春，毛剑波，杨明武.“电子科学与技术专业”学科建设的探索与实践[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2008，（06）：138-141.

[9]王敏杰，朱连轩，袁超.电子信息科学与技术本科人才培养探索[J].科技信息，2009，（30）：20.

[10]李俊杰.浅谈电子信息科学技术发展[J].魅力中国，2010，（10）：237.

[11]陈力颖.《大规模可编程逻辑器件设计》课程实验考试改革的探索[J].教育教学论坛，2013，（52）：255-257.

[12]何伟明.高等学校电子科学与技术本科专业发展战略研究报告2006-2010年教育部高等W校电子科学与技术专业教学指导分委员会[J].电气电子教学学报，2009，（S1）：1-13.

Reform and Exploration of Course Construction of Electronic Science and Technology

CHEN Li-ying

（School of Electronics and Information Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

第9篇：超大规模集成电路范文

大功率器件、模块或超大规模集成电路在工作过程中有较大的损耗，产生大量的热量使器件或模块的温度升高，若不采取冷却措施，器件的管芯的温度会超过硅片的结温温度(150℃左右)，管芯会因过热而烧毁。因此，大功率器件、模块、超大规模集成电路要根据其发热的情况采取各种不同的冷却措施以保证其安全工作。

近年来，不少大功率器件在封装上由穿孔式改成贴片式，这使传统的散热、冷却的结构发生变化，从而开发出不少新型冷却装置及新型温度检测及风扇控制集成电路。这使电路工作更安全、减少噪声及更节能。

本文介绍一些散热器、冷却风扇及风扇控制器集成电路的应用。

器件的热量产生

集成电路是由许多三极管、二极管及电阻等小元器件组成的。每一个小元器件在工作时都有一些损耗。例如，三极管在线性范围工作时，其损耗为Vce×Ic；二极管在工作时，其损耗为VF×IF。这些损耗都转化成热量，是热量产生的原因。

集成度低的IC，损耗小，发热量不大。所产生的热量还可以通过封装材料或金属引脚传到空气中和印制板的敷铜走线上，温升不大，无须采用任何冷却措施。

如果是超大规模集成电路，并且工作在很高频率时，其损耗是很大的。如现代的高速台式计算机或服务器的核心器件CPU，它在工作时会产生大量的热量，使管芯温度很快升到150℃以上，往往需要用带有风扇的专用散热器来冷却。如果在CPU上拿掉带风扇的专用散热器，则CPU会在数分钟内冒烟、烧毁。

有一些大功率器件或模块(如大功率运算放大器、固态继电器)，虽然其集成度不高，但若工作于高电压、大电流状态，其自身的功耗也是很大的，即使是大功率三极管、功率MOSFET或IGBT一类分立器件，如果在高频率、高电压、大电流工作条件下，也会产生较高的温度而需要采取合适的冷却措施。

发热与冷却是一对矛盾。在产品设计中尽量选用功耗低的器件，但不可避免地还有不少会产生大量热量的器件，则要进行热计算、设计散热结构。这往往会影响到产品的结构、外形尺寸大小，其设计的好坏还会影响产品的质量及生产成本。

常用的冷却措施

常用的冷却措施有加散热器、冷却风扇、热电冷却器、水冷却器。它们的特点及应用如表1所示。

在台式电子设备中，应用最广的冷却措施是散热器和散热器加冷却风扇。

散热器及其应用实例

这里将介绍一些散热器及其应用实例。

1．多个散热器的应用实例

在电子设备中往往有多个功率器件，其发热量不同，往往采用不同尺寸、结构的散热器。图1是一个台式计算机中的开关电源(输入功率770W)的内部结构。它有3个散热器(1～3)。1上安装了一个功率器件，而2、3上各安装了3个功率器件。散热器2的功率器件安装情况如图2所示。

由于该电源仅用散热器尚不足达到散热目的，还需采用冷却风扇产生的强气流来加强散热，如图1上部所示(主要冷却散热器2)。

2．大型型材散热器大型型材散热器如图3所示。上图为输出100W的AC／DC变换器，下图为50W的AC／DC变换器。

3．小尺寸功率器件及小型功率模块的散热器

贴片式封装尺寸要比同型号DIP封装的尺寸小得多，不能像CPU一样在顶部加一个小型散热器(其散热效果也不佳)。但不少贴片式功率器件在器件底部有的散热垫(如图4所示)，它与PCB的大面积地

线连接可达到散热效果。有的器件用增加引脚的方式使热量从引脚传到印制板达到散热的目的。为了更进一步散热，往往在PCB的底部加一块铝板或散热器实现冷却、散热，如图5所示。

冷却风扇

冷却风扇产生强气流将散热器的热量排出机箱以达到冷却的目的。冷却风扇有交流或直流供电(交流为市电)，直流供电时有不同的工作电压(如5V、9V、12V、24V等)，根据不同的气流量其外型尺寸不同、耗电也不问。

一般常用的是直流轴流型无刷电机组成的冷却风扇，其形状为正方形，尺寸为16mm×16mm～120mm×120mm，其转速从几千个rpm到上万rpm(小型磁悬浮轴承风扇)，气流量从零点几个CFM到几十个CFM。选择风扇时还要注意噪声大小及工作寿命。

当电子设备要求较大的气流量时，则要选一台大尺寸的风扇，往往采用2-3台小尺寸的风扇来代替大尺寸风扇，这样可以减小机箱的高度尺寸。

近年来，冷却风扇也不断地改进。例如，为增加转速、减小噪声、提高寿命(风扇损坏往往是轴承损坏开始)，开发了磁悬浮轴承的冷却风扇，小尺寸的冷却风扇转速可达17000rpm。为适用于便携式设备的冷却，开发出低功耗、超小型冷却风扇。如型号为F16EA的直流无刷冷却风扇，其尺寸为16mm×16mm×4mm，重1．3g，工作电压3．3V，电流0．02A，气流量为0．43CFM，其噪声甚小，仅4dBa。适合于电池供电的便携式设备用，其外形如图6所示。

一种尺寸较大的San Acc 120直流冷却风扇，其工作电压有12V、24V及48V三种，尺寸为120mm×120mm×38mm，在60℃温度下平均寿命为40000小时，并有转速信号输出，可输入PWM信号对风扇实现调速。这可减小噪声、功耗，并可延长风扇寿命。其风扇外形如图7所示。

温度检测与风扇控制IC

早期的冷却风扇是没有控制的，设备的电源一打开，风扇则全速运行，不管功率器件是否是轻载还是重载或是空载，直到设备的电源关断时，冷却风扇才停止工作。这样电路是简单了，但风扇的噪声大、耗电大，并且风扇的寿命短。

如果能测量功率器件的温度，若其温度不高，则风扇可不工作；若温度超过设定的阈值时，风扇工作；若能根据器件的温度高低用PWM信号来控制转速(调节气流量)，使达到温度高时转速高，温度低时转速低，这是最佳的控制方式。另外，能检测风扇的转速，如风扇有故障(如转速下降或转子卡死)，则需要系统断电以防止功率器件过热而损坏，这样可更加安全。

近年来，开发出很多温度检测及风扇控制IC。这里仅举一个简单的双温度开关MAX6685，它可以检测CPU或FPGA一类内部有温度传感器的管芯温度，并可由用户设定风扇运行时的低阈值温度(超过低阈值温度时，风扇运行)；另外，还有工厂设定的高阈值温度(120℃或125℃)，若风扇有故障停转或减速，使管芯温度超过高阈值温度，给出信号可切断系统电源以保证系统的安全。

图8是MAX6685的应用电路图，功率器件可以是CPU、FPGA(现场可编程门阵列)或专用IC(内部的三极管，利用发射极及基极组成一个PN结的二极管测温传感器，检测管芯的温度)。内部的测温二极管接在DXP及DXN端。S1、S2端为低阈值温度设定端，现S1、S2接地(GND)，低阈值温度为75℃。当超过75℃时，TLOW端输出高电平，外接N-MOSEFT导通，风扇运转对器件实行冷却。若风扇有故障，器件温度升高到超过120℃或125℃时，THIGH输出低电平，此信号使系统电源切断，以保证系统的安全(THIGH内部为开漏结构)。

该器件型号后缀中有L时，其高阈值温度为120℃；后缀后中有H时，其高阈值温度为125℃。另外，型号的后缀中有40时，其低阈值温度范围为+40℃～+80℃；后缀中有75时，其低阈值温度范围为+75℃～+115℃。低阈值温度由用户设定，S1、S2的接法与设置的低阈值温度值如表2所示。