半導(dǎo)體芯片原理精選(九篇)

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第1篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

關(guān)鍵詞:鉑電阻;溫度控制;高精度;自適應(yīng)PID

中圖分類(lèi)號(hào):TP368文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)05-101-03

Small High Precision Constant Temperature System

ZHU Yue,XU Xiaohui,SONG Tao,ZHAO Lijun,WANG Meng

(Hebei University of Technology,Tianjin,300401,China)

Abstract:The small high precision constant temperature control system which consists of MCU AT89C51 as controlling core,bridge detecting input and filter amplifier circuit.For the temperature-resistance characteristic curve a Platinum resistor is nonlinear,special current type temperature detect circuit,software side is used to compensate the nonlinear measurement error of the the platinum resistor Pt100 in order to guarantee the temperature measurement precision.Meanwhile the self-adaptive PID control algorithm is adopted to improve the temperature control precision.Heating cooling using device of semiconductor refrigeration.and A-Pt100 temperature sensor,debugging the system repeatedly,measuring a large number of experimental data.The aspects of theory and experiment are reliable.Experimental results show that not only the measurement and control method are feasible but also the precision of this system has achieved a higher requirement.

Keywords:Platinum resistance;temperature control;high-precision;adaptive PID

0 引 言

溫度是工業(yè)生產(chǎn)中相當(dāng)重要的參數(shù)之一,溫度檢測(cè)和控制的準(zhǔn)確性直接影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性[1]。因此,在很多工業(yè)儀器儀表中,對(duì)溫度要求嚴(yán)格。如在生化儀器中,檢測(cè)的是化學(xué)和生物方面的物品,溫度對(duì)其影響非常大,沒(méi)有一個(gè)恒定的溫度會(huì)使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差[2]。較高精度的恒溫系統(tǒng)是一個(gè)儀表儀器的有力保證。而且現(xiàn)在的儀器都是趨于小型化,便攜化的方向發(fā)展,所以研制小型化恒溫系統(tǒng)意義明顯。

針對(duì)這一情況,以單片機(jī)為控制器核心,對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行校正和補(bǔ)償,對(duì)溫度控制采用相關(guān)優(yōu)秀算法,并且在實(shí)驗(yàn)中反復(fù)調(diào)試控制參數(shù),控制器件采用半導(dǎo)體致冷器,它具有小巧,而且同時(shí)滿足加熱和制冷功能。使小型恒溫系統(tǒng)達(dá)到較高的要求,為解決溫度恒定控制提供了良好的基礎(chǔ)。

1 硬件設(shè)計(jì)

因?yàn)殂K熱電阻化學(xué)性能穩(wěn)定且具有較高的測(cè)量精度,所以測(cè)溫器件選用A級(jí)精度薄膜鉑熱電阻Pt100作為溫度傳感器。電橋采集溫度信號(hào)穩(wěn)定精確,所以采用其作為信號(hào)測(cè)量電路。采用分辨精度高的16位I2C總線型串行A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX1119[6]。采用INA118儀表式放大芯片,它的性能穩(wěn)定,放大后數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。以AT89C51芯片作為核心控制器件,芯片具有價(jià)格便宜,芯片具有高靜電保護(hù),不怕電源抖動(dòng)。半導(dǎo)體制冷片采用TEC12706。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 恒溫系統(tǒng)原理框圖

實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象空間是一個(gè)0.16 L空間的區(qū)域。用精密鉑熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),通過(guò)放大后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器,然后輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī),通過(guò)軟件進(jìn)行非線性校正得出溫度數(shù)據(jù)。同時(shí)將所測(cè)溫度在LCD上進(jìn)行顯示,將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)PID運(yùn)算轉(zhuǎn)化為可調(diào)的脈沖寬帶調(diào)制波。通過(guò)調(diào)節(jié)PWM波的占空比來(lái)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷片的功率,以達(dá)到恒定溫度的目的。

1.1 測(cè)溫電路部分

電橋選用A級(jí)精度的鉑熱電阻Pt100作為溫度傳感器,其他三個(gè)電阻選用0.1%的100 Ω的電阻。電位器功能是調(diào)節(jié)平衡。如圖2所示。

圖2 鉑電阻測(cè)溫電橋

儀表放大芯片有很高的輸入阻抗,且其選擇了同相端作為輸入端,則它們的共模輸出電壓和溫度漂移電壓也相等,可以互相抵消,故它有很強(qiáng)的共模抑制比和較小的輸出漂移電壓。為了使放大芯片工作在最佳狀態(tài)下,芯片的供電電壓最好要比輸入共模電壓高1.25 V。采用單端供電方式時(shí),選取參考電壓源約為供電電壓的1/2。通過(guò)改變電阻Rg的阻值來(lái)改變?cè)鲆妗=50/Rg+1。如圖3所示。

圖3 電壓放大電路

這樣就保證了放大信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)信號(hào)有很好的穩(wěn)定性、精確性,為能更好控制溫度打下良好基礎(chǔ)。

1.2 控溫電路部分

電橋經(jīng)過(guò)放大電路輸出電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入到單片機(jī),單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行自校正PID控制,由單片機(jī)端口輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)。PID控制脈沖寬帶調(diào)制PWM波的占空比,通過(guò)控制光耦的通斷來(lái)控制半導(dǎo)體制冷片的加熱功率。為保證半導(dǎo)體制冷器件正常工作,要求輸入的電源電壓紋波小于10%,且在5 min內(nèi)不能改變電源的極性[8],因此本系統(tǒng)采取濾波電路,采用兩個(gè)分立的控制電路,使得制冷單元和加熱單元完全分開(kāi),既能使電壓的紋波達(dá)到了要求,又不會(huì)突然改變半導(dǎo)體制冷器件電源的極性,使制冷器件的壽命延長(zhǎng)。由于光藕輸出電流達(dá)不到要求,所以系統(tǒng)加入了場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體致冷器。如圖4所示。

圖4 控溫電路

第2篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

摘要：

評(píng)估了使用深反應(yīng)離子刻蝕工藝來(lái)進(jìn)行晶圓的切割，用于替代傳統(tǒng)的刀片機(jī)械切割方式。結(jié)果表明，使用深反應(yīng)離子刻蝕工藝，晶圓劃片道內(nèi)的硅通過(guò)等離子化學(xué)反應(yīng)生成氣態(tài)副產(chǎn)物被去除，從而避免了芯片側(cè)面的機(jī)械損傷。切割后整個(gè)晶圓沒(méi)有出現(xiàn)顆粒沾污，芯片邊緣沒(méi)有崩角以及開(kāi)裂等損傷。該工藝還可以適用于更窄的劃片道切割要求。

關(guān)鍵詞：

深反應(yīng)離子刻蝕；刀片機(jī)械切割；崩角；開(kāi)裂

1引言

半導(dǎo)體行業(yè)一直使用刀片機(jī)械切割晶圓的方式，將芯片分離成單獨(dú)的顆粒，這是目前業(yè)界的主流工藝。刀片切割過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生碎屑，芯片側(cè)壁受機(jī)械損傷會(huì)出現(xiàn)崩角以及開(kāi)裂，影響到芯片的有效區(qū)域，造成電性能失效。硅的裂紋會(huì)出現(xiàn)延伸或傳播，影響芯片的可靠性以及使用壽命。伴隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，晶圓劃片道寬度越來(lái)越窄。通常劃片道寬度在60μm以下時(shí)，刀片機(jī)械切割將出現(xiàn)工藝瓶頸，主要受限于刀片本身寬度。腐蝕技術(shù)分為干法腐蝕和濕法腐蝕。腐蝕具有各向同性腐蝕與各向異性腐蝕之分，還有選擇性腐蝕與非選擇性腐蝕之分。濕法腐蝕工藝技術(shù)是化合物半導(dǎo)體器件制作中一種重要的工藝技術(shù)；它是在具有高選擇比掩蔽膜的保護(hù)下對(duì)介質(zhì)膜或半導(dǎo)體材料進(jìn)行腐蝕而得到所需圖案的一種技術(shù)。濕法腐蝕是一種化學(xué)腐蝕方法，主要針對(duì)InP、GaAs基化合物半導(dǎo)體材料及SiO2的腐蝕。從圖1可以看出，濕法腐蝕各向同性，其腐蝕偏差較大，腐蝕圖形不可控，無(wú)法滿足半導(dǎo)體芯片切割的要求。在濕法腐蝕中,抗蝕劑與襯底交界面有腐蝕劑滲入的問(wèn)題。為了抑制腐蝕液的滲入，顯影后需要烙烘進(jìn)行堅(jiān)膜，由此常常引起抗蝕劑圖形的變形，不利于微細(xì)加工[1]。干法刻蝕是在真空狀態(tài)下通入一定量的反應(yīng)氣體，在射頻電場(chǎng)作用下輝光放電，形成等離子體。等離子體中含有離子、電子及游離基等，可與被刻蝕晶圓表面的原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)性物質(zhì)，達(dá)到刻蝕樣品表層的目的。同時(shí)，高能離子在一定的工作壓力下，射向樣品表面，進(jìn)行物理轟擊和刻蝕，使得反應(yīng)離子刻蝕具有很好的各向異性，從而得到所需要的器件外形結(jié)構(gòu)[2]。從圖2可以看出，干法刻蝕由于各向異性，腐蝕偏差小，腐蝕圖形可控，精度高,公害少,工藝清潔度高，對(duì)環(huán)境污染小。因此，在半導(dǎo)體制造中，干法刻蝕越來(lái)越成為用來(lái)去除表面材料的主要刻蝕方法。干法刻蝕的各向異性可以實(shí)現(xiàn)細(xì)微圖形的加工，滿足越來(lái)越小的尺寸要求，已取代濕法刻蝕成為最主要的刻蝕方式[3]。目前干法刻蝕技術(shù)有離子刻蝕、等離子刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、深度反應(yīng)離子刻蝕幾種類(lèi)型，這幾種刻蝕方法適用于不同的被刻蝕材料。其中，深反應(yīng)離子刻蝕主要應(yīng)用在去除硅的場(chǎng)合，在刻蝕SiO2時(shí)，DRIE的刻蝕速度更快。其刻蝕剖面各向異性，即刻蝕只在垂直于晶圓表面的方向進(jìn)行，只有很少的橫向刻蝕，可以獲得90°±1°垂直度的側(cè)壁，用于創(chuàng)建深溝或高縱深比結(jié)構(gòu)。其刻蝕的各向異性可以實(shí)現(xiàn)細(xì)小圖形的轉(zhuǎn)換，滿足較小尺寸的要求。深反應(yīng)離子刻蝕因其具有較高的刻蝕速率、良好的方向性和選擇性而在各種各樣的硅基微系統(tǒng)制造中得到大量的應(yīng)用，不但廣泛地應(yīng)用在微電子領(lǐng)域，而且是集成光學(xué)器件及微光機(jī)電器件加工的重要手段[4，7]。

2深度反應(yīng)離子刻蝕的基本原理

深度反應(yīng)離子刻蝕也叫高密度等離子刻蝕或感應(yīng)耦合等離子刻蝕，是一種采用化學(xué)反應(yīng)和物理離子轟擊去除晶圓表面材料的技術(shù)[5]。它將等離子的產(chǎn)生和自偏壓的產(chǎn)生分別用兩個(gè)獨(dú)立的射頻電源進(jìn)行，有效避免了反應(yīng)離子刻蝕中射頻功率和等離子密度之間的矛盾。為實(shí)現(xiàn)刻蝕基進(jìn)入高深寬比圖形并使刻蝕生產(chǎn)物從高深寬比圖形中出來(lái)，必須降低刻蝕系統(tǒng)的工作壓力，以增加氣體分子和離子的平均自由程。為避免因此導(dǎo)致的離子濃度變低而影響刻蝕速率，使用電感耦合等離子體產(chǎn)生高密度等離子[6]。圖3是電感耦合等離子刻蝕設(shè)備工藝腔簡(jiǎn)圖。上電極由一個(gè)13.56MHz的射頻電源通過(guò)匹配器接入線圈用于電離氣體產(chǎn)生高密度等離子體，下電極由一個(gè)400kHz/13.56MHz的射頻電源通過(guò)匹配器接入靜電吸盤(pán)，在腔內(nèi)產(chǎn)生自偏壓。深度反應(yīng)離子刻蝕采用刻蝕和鈍化交替進(jìn)行的博世工藝以實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)壁的保護(hù)，形成近90°的垂直側(cè)壁[7~8]。原理如下。通入C4F8氣體電離，并發(fā)生聚合反應(yīng)在溝槽側(cè)壁以及底部沉積形成鈍化層，由于自由基是中性，不受暗區(qū)電場(chǎng)的加速，沒(méi)有方向性，所以沉積的Polymer在溝槽底部以及側(cè)壁都是均勻的。參見(jiàn)圖4。通入SF6氣體電離，產(chǎn)生SxFy離子和F的活性自由基，SxFy離子在暗區(qū)電場(chǎng)作用下加速轟擊溝槽底部與側(cè)壁的鈍化層，于是鈍化層被刻蝕。參見(jiàn)圖5。由于暗區(qū)電場(chǎng)的加速作用，離子在垂直方向比在水平方向的轟擊占優(yōu)，溝槽底部鈍化層比側(cè)壁鈍化層先一步被刻蝕清除，這時(shí)F的活性自由基與溝槽底部露出的硅反應(yīng)產(chǎn)生SiF4氣體被泵抽走(如圖7)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溝槽底部的刻蝕，直至側(cè)壁鈍化層也被刻蝕完畢再開(kāi)始新的循環(huán)。從圖6看出，由于暗區(qū)電場(chǎng)的作用，溝槽側(cè)壁是最后被刻蝕完成的，故對(duì)側(cè)壁起到了很好的保護(hù)作用，因此，縱向刻蝕距離大于橫向刻蝕距離。相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的方程式如下：（1）各向同性Polymer沉積C4F8CFn（2）各向異性硅刻蝕+各向異性轟擊SF6+eSF5++F(游離基)+2eF+SiSiF4(g)對(duì)于晶圓的切割來(lái)說(shuō)，各向異性刻蝕的刻蝕速率快，能形成高縱深比的結(jié)構(gòu)和精確的三維結(jié)構(gòu)，沒(méi)有負(fù)效應(yīng)，能通過(guò)合理改變工藝參數(shù)滿足特定應(yīng)用的顯微結(jié)構(gòu)要求，使得深度反應(yīng)離子刻蝕成為一個(gè)商業(yè)上可行的技術(shù)[9]。

3試驗(yàn)準(zhǔn)備

晶圓在使用深度反應(yīng)離子刻蝕工藝進(jìn)行劃片的工藝流程見(jiàn)圖8~13。硅刻蝕使用深反應(yīng)離子刻蝕工藝將硅刻穿，完成芯片的切割。把晶圓背面貼上劃片膜，釋放玻璃片，從而便于后續(xù)的編帶，見(jiàn)圖13。刻蝕后的晶圓如圖14所示。干法刻蝕設(shè)備為SPPMUC21刻蝕機(jī)。該設(shè)備為ICP高密度等離子刻蝕機(jī)，刻蝕深度片內(nèi)/片間均勻性誤差≤5%，刻蝕角度90±1°。

4樣品檢驗(yàn)

4.1測(cè)量設(shè)備

測(cè)量設(shè)備為奧林巴斯光學(xué)顯微鏡和日立掃描電鏡。

4.2檢驗(yàn)結(jié)果

（1）等離子刻蝕后晶圓表面沒(méi)有任何碎屑、沾污開(kāi)裂等問(wèn)題，見(jiàn)圖15。

（2）等離子刻蝕后晶圓劃片道內(nèi)沒(méi)有任何殘留以及沾污，刻蝕前光刻開(kāi)口22±1μm，刻蝕后劃片道開(kāi)口滿足22±3μm。見(jiàn)圖16。

（3）等離子刻蝕后取芯片做SEM，觀察芯片側(cè)壁，沒(méi)有崩角或者開(kāi)裂。見(jiàn)圖17。

（4）樣品良品率大于98%。

5結(jié)論

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，確定深反應(yīng)離子刻蝕能用于硅片的切割；切割效果可以滿足規(guī)范要求。通過(guò)優(yōu)化工藝流程、刻蝕速率和劃片槽開(kāi)口大小，可以獲得理想的切割剖面，以確保深度反應(yīng)離子切割是可以接受的。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫靜，康琳，等.反應(yīng)離子刻蝕與離子刻蝕方法的研究與比較[J].低溫物理學(xué)報(bào)，2006，28（3）.

[2]茍君，吳志明，太惠玲，袁凱.氮化硅的反應(yīng)離子刻蝕研究[J].電子器件，2009，32（5）.

[3]茍君，吳志明，太惠玲，袁凱.氮化硅的反應(yīng)離子刻蝕研究[J].電子器件，2009，32（5）.

[4]葛益嫻，王鳴，戎華.硅的反應(yīng)離子刻蝕王藝參數(shù)研究[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版)，2006，6（3）.

[5]茍君，吳志明，太惠玲，袁凱.氮化硅的反應(yīng)離子刻蝕研究[J].電子器件，2009，32（5）.

第3篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

 

微電子技術(shù)的主要相關(guān)行業(yè)集成電路行業(yè)和半導(dǎo)體制造行業(yè)，既是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，又是投資密集型產(chǎn)業(yè)，是電子工業(yè)中的重工業(yè)。與集成電路應(yīng)用相關(guān)的主要行業(yè)有：計(jì)算機(jī)及其外設(shè)、家用電器及民用電子產(chǎn)品、通信器材、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、國(guó)防軍事、醫(yī)療儀器等。

 

1.微電子技術(shù)的概述

 

微電子技術(shù)的涵義：微電子技術(shù)一般是指以集成電路技術(shù)為代表，制造和使用微小型電子元器件和電路，實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)功能的新型技術(shù)學(xué)科，簡(jiǎn)言之就是將電子產(chǎn)品微小化的技術(shù)。微電子技術(shù)主要涉及研究集成電路的設(shè)計(jì)、制造、封裝相關(guān)的技術(shù)與工藝;是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)。

 

因其體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，對(duì)信息時(shí)代的飛速發(fā)展具有巨大的影響。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和各種電子設(shè)備的信息化的基礎(chǔ)是集成電路，因此說(shuō)微電子技術(shù)是電子信息技術(shù)的核心技術(shù)，是社會(huì)信息化發(fā)展的基石。

 

微電子技術(shù)知識(shí)組成及應(yīng)用：微電子學(xué)科以半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體化學(xué)專業(yè)為基本，涉及半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)、半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體器件與測(cè)量、半導(dǎo)體制造技術(shù)、微電子封裝技術(shù)、半導(dǎo)體可靠性技術(shù)、集成電路原理、集成電路設(shè)計(jì)、模擬電子線路、數(shù)字電路、工程化學(xué)、電路CAD基礎(chǔ)、可編程邏輯器件、電子測(cè)量、單片機(jī)原理等眾多學(xué)科知識(shí)。衡量微電子技術(shù)的標(biāo)志要在三個(gè)方面：一是縮小芯片中器件結(jié)構(gòu)的尺寸，即縮小加工線條的寬度：二是增加芯片中所包含的元器件的數(shù)量，即擴(kuò)大集成規(guī)模;三是開(kāi)拓有針對(duì)性的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

 

微電子的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要分布在半導(dǎo)體集成電路芯片行業(yè)，從事制造、測(cè)試、封裝、版圖設(shè)計(jì)及質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理、設(shè)備維護(hù)等半導(dǎo)體行業(yè)，不光需要大量的一線工程技術(shù)人員，也需要大量高級(jí)技術(shù)工人。其就業(yè)方向主要面向微電子產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)營(yíng)單位，從事半導(dǎo)體芯片制造、封裝與測(cè)試、檢驗(yàn)、質(zhì)量控制、設(shè)備維護(hù)等的工藝方面工作，生產(chǎn)管理和微電子產(chǎn)品的采購(gòu)、銷(xiāo)售及服務(wù)工作。

 

2.微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

 

全球產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：自上世紀(jì)，作為信息技術(shù)發(fā)展的基石，微電子技術(shù)伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)得到了迅猛的發(fā)展，從初期的小規(guī)模集成電路(ssI)發(fā)展到今天的巨大規(guī)模集成電路(GSI)，成為使人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入信息化時(shí)代的先導(dǎo)技術(shù)。本世紀(jì)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類(lèi)歷史進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代——信息時(shí)代。

 

其鮮明的時(shí)代特征是，支撐這個(gè)時(shí)代的諸如能源、交通、材料和信息等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)均將得到高速發(fā)展，并能充分滿足社會(huì)發(fā)展及人民生活的多方面需求。電子科學(xué)與技術(shù)的信息科學(xué)已成為當(dāng)前新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。

 

國(guó)際微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是集成電路的特征尺寸將繼續(xù)縮小，集成電路(Ic)將發(fā)展為系統(tǒng)芯片(sOC)。芯片是信息時(shí)代最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)品之一，如果把石油比作傳統(tǒng)工業(yè)“血液”的話，芯片則是信息時(shí)代IT產(chǎn)業(yè)的“大腦”和“心臟”。無(wú)論是小到日常生活的電視機(jī)、VCD機(jī)、洗衣機(jī)、移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)等家用消費(fèi)品，還是大到傳統(tǒng)工業(yè)的各類(lèi)數(shù)控機(jī)床和國(guó)防工業(yè)的導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火箭、軍艦等都離不開(kāi)這，JwJ\的芯片。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)集成電路市場(chǎng)需求持續(xù)旺盛，當(dāng)前我國(guó)集成電路市場(chǎng)已成為全球最大的市場(chǎng)。

 

微電子工業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)國(guó)家是美國(guó)和日本，發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)有韓國(guó)和西歐。我國(guó)微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期，目前已經(jīng)成為世界半導(dǎo)體制造中心和國(guó)際上主要的芯片供應(yīng)地。特別是在半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)方面，其產(chǎn)量超過(guò)全世界晶片產(chǎn)量的30%，今年隨著LED產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，芯片市場(chǎng)已供不應(yīng)求。今年，我國(guó)芯片總需求已經(jīng)達(dá)到500億美元，成為全球最大的集成電路市場(chǎng)之一。

 

我國(guó)微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：在2006年8月及10月海力士意法在無(wú)錫建成8英寸和12英寸芯片生產(chǎn)線之后，2007年迅速達(dá)產(chǎn)，從而拉動(dòng)了國(guó)內(nèi)芯片制造業(yè)整體規(guī)模的擴(kuò)大。在此基礎(chǔ)上，2008年海力士意法又繼續(xù)實(shí)施第二期工程，將12英寸生產(chǎn)線產(chǎn)能擴(kuò)展至每月8萬(wàn)片。此外，國(guó)內(nèi)還有多條集成電路芯片生產(chǎn)線正處于建設(shè)或達(dá)產(chǎn)過(guò)程中，其中12英寸芯片生產(chǎn)線已成為投資熱點(diǎn)。

 

中芯國(guó)際在成都的8英寸生產(chǎn)線建成投產(chǎn)，緊接著在武漢的12英寸芯片制造企業(yè)——武漢新芯集成電路制造有限公司也建成投產(chǎn);華虹NEC二廠8英寸生產(chǎn)線建成投產(chǎn);英特爾投資25億美元在大連的12英寸芯片制造廠投產(chǎn)：臺(tái)灣茂德也投資9.6億美元在重慶建設(shè)8英寸生產(chǎn)線;中芯國(guó)際投資12億美元在上海的12英寸生產(chǎn)線正式運(yùn)營(yíng)。中芯國(guó)際宣布正在深圳建設(shè)8英寸和12英寸生產(chǎn)線，英特爾支持建設(shè)的深圳方正微電子芯片廠二期工程已竣工。

 

隨著這些新建和擴(kuò)建生產(chǎn)線新增產(chǎn)能的陸續(xù)釋放，我國(guó)芯片制造業(yè)的規(guī)模將繼續(xù)快速擴(kuò)大。北京京東方月生產(chǎn)9萬(wàn)片玻璃基板的液晶生產(chǎn)8.5代線今年即將投產(chǎn)。在封裝測(cè)試領(lǐng)域，中芯國(guó)際和英特爾在成都的封裝測(cè)試企業(yè)建成投產(chǎn)，江蘇長(zhǎng)電科技投資20億元建設(shè)的年產(chǎn)50億塊集成電路的新廠房在使用，三星電子(蘇州)半導(dǎo)體公司的第二工廠投產(chǎn)。

 

飛思卡爾、奇夢(mèng)達(dá)、RFMD、瑞薩、日月光和星科金朋等多家企業(yè)也分別對(duì)其在中國(guó)大陸的封裝測(cè)試企業(yè)進(jìn)行增資擴(kuò)產(chǎn)。此外，松下投資100億日元在蘇州建設(shè)半導(dǎo)體封裝新線投產(chǎn);意法半導(dǎo)體投資5億美元在深圳龍崗建設(shè)封裝工廠。這些新建、擴(kuò)建項(xiàng)目成為近期拉動(dòng)我國(guó)集成電路封裝測(cè)試業(yè)繼續(xù)快速增長(zhǎng)的主要力量。

 

從產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)層面看：英特爾、三星、德州儀器、Renesas公司、東芝公司、ST微電子公司、英飛凌、NEC、摩托羅拉和飛利浦電子公司，為世界較大的半導(dǎo)體生產(chǎn)商。領(lǐng)導(dǎo)我國(guó)微電產(chǎn)業(yè)主流的企業(yè)主要分布在以上海為中心的“長(zhǎng)三角”地區(qū)、以北京為中心的京津環(huán)渤海灣地區(qū)和以深圳為中心的“珠三角”地區(qū)，代表是：上海廣電集團(tuán)有限公司、北京東方電子集團(tuán)股份有限公司、深圳天馬有限公司等。

 

毋庸置疑，微電子產(chǎn)業(yè)投資巨大，產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，發(fā)展前景無(wú)限廣闊。

 

3.微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為中等職業(yè)學(xué)校微電子專業(yè)打開(kāi)就業(yè)市場(chǎng)

 

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的集成電路生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平正迅猛擴(kuò)大和提升。企業(yè)通過(guò)加強(qiáng)工藝技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和改造，加快現(xiàn)有生產(chǎn)線的技術(shù)升級(jí)，形成規(guī)模生產(chǎn)能力，提高產(chǎn)品技術(shù)水平，擴(kuò)大產(chǎn)品品種，替代進(jìn)口。因而，用工需求量大，技術(shù)工人市場(chǎng)前景也隨之向好。近年來(lái)，我國(guó)職業(yè)教育實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展需要培養(yǎng)技術(shù)技能型人才成為中等職業(yè)教育的出發(fā)點(diǎn)。

 

目前，全國(guó)設(shè)有電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)的高等院校有一百多所，在校學(xué)生估計(jì)超過(guò)5萬(wàn)人。本專業(yè)設(shè)有?？啤⒈究坪脱芯可逃齻€(gè)層次。專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀良好，主要表現(xiàn)在：規(guī)模在逐年擴(kuò)大，開(kāi)設(shè)此專業(yè)的學(xué)校和招生人數(shù)都在增加;專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)率相對(duì)較高。這是與微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展相適應(yīng)的。

 

然而，我們應(yīng)該看到，不同層次的人才對(duì)應(yīng)著不同層次的社會(huì)需求。高等教育的目的是為國(guó)家培養(yǎng)出具有良好的思想道德素質(zhì)、扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)、寬廣的科學(xué)技術(shù)知識(shí)面、良好的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，而隨著集成電路、液晶、有機(jī)薄膜發(fā)光及太陽(yáng)能電池等信息產(chǎn)業(yè)投產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，從事基本勞動(dòng)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)工人需求量也在大幅增加，目前很多企業(yè)正處在“用工荒”。這給職業(yè)教育開(kāi)設(shè)微電子技術(shù)專業(yè)帶來(lái)的契機(jī)，我們必須牢牢抓住這個(gè)契機(jī)，為社會(huì)培養(yǎng)合格的技術(shù)工人，適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展。

 

4.突出職教特色，校企結(jié)合開(kāi)設(shè)課程

 

合格人才的培養(yǎng)不是一個(gè)孤立的事件，而是一個(gè)復(fù)雜的工程，它既是專業(yè)知識(shí)的培訓(xùn)過(guò)程又是思想道德素質(zhì)的提高過(guò)程;它要求學(xué)校要適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，培養(yǎng)的學(xué)生既要有專業(yè)技能又要腳踏實(shí)地：既要有“教方”教改的靈活變化，更要有“學(xué)方”學(xué)習(xí)內(nèi)容的切合實(shí)際。

 

這些決定教育質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)節(jié)相輔相成、缺一不可。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教育質(zhì)量、規(guī)模、結(jié)構(gòu)和市場(chǎng)的關(guān)系是一種相互制約、相輔相成的辯證關(guān)系。教學(xué)必須適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展需要，課程設(shè)置、專業(yè)規(guī)模和結(jié)構(gòu)必然受到行業(yè)市場(chǎng)冷熱的影響。就學(xué)校而言，教育質(zhì)量除了受到教師、教材、課程、授課方式等純教學(xué)因素的影響之外，同時(shí)受到產(chǎn)業(yè)規(guī)模和結(jié)構(gòu)的制約，課程結(jié)構(gòu)設(shè)置要和企業(yè)需求密切結(jié)合。

 

課程設(shè)置中：明確設(shè)課目的。明確基礎(chǔ)課、實(shí)訓(xùn)課之間的學(xué)時(shí)比例，要了解社會(huì)需求對(duì)課程的模式、培養(yǎng)方向起到?jīng)Q定性作用。起點(diǎn)不同的學(xué)生技術(shù)專業(yè)也應(yīng)定位在不同的培養(yǎng)層次上。

 

一般來(lái)講，高中畢業(yè)起點(diǎn)的學(xué)生課程選擇應(yīng)該在對(duì)材料生長(zhǎng)的了解、清洗工藝、凈化及器件工藝的學(xué)習(xí)掌握;初中起點(diǎn)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)是普通型工人，學(xué)校的辦學(xué)目標(biāo)不能一刀切，應(yīng)根據(jù)需求分出層次。內(nèi)容應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)需求，不能盲目制定教學(xué)計(jì)劃而脫離實(shí)際，要大膽結(jié)合企業(yè)用工需求，培養(yǎng)稱職的技術(shù)工人。

 

教學(xué)環(huán)節(jié)中：在目前的社會(huì)環(huán)境和市場(chǎng)調(diào)節(jié)的作用下，如何提高教學(xué)質(zhì)量是一個(gè)重大和綜合性的課題。影響教學(xué)質(zhì)量的校內(nèi)要素是“教”與“學(xué)”，“教方”的要素有：教師隊(duì)伍、課程設(shè)置、教材選擇、教學(xué)方式;“學(xué)方”的要素是學(xué)習(xí)目的、上課態(tài)度。

 

在這些方面存在著：教方能否真正及時(shí)了解和掌握市場(chǎng)信息，教師有沒(méi)有適應(yīng)市場(chǎng)需求的教學(xué)能力;課程設(shè)置能不能和學(xué)生的接受能力吻合，既要按需設(shè)課也要“因人設(shè)課”，實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)不能流于形式：教材選擇和講授內(nèi)容既要按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，又要“因人施教”、“因需施教”;教學(xué)方式達(dá)到在不偏離教學(xué)要求前提下的多樣化：以寬進(jìn)嚴(yán)出的原則對(duì)待學(xué)生、教授知識(shí)。

 

從“教”與“學(xué)”兩個(gè)方面來(lái)抓“質(zhì)量”：首先，必須重視教師隊(duì)伍的建設(shè)，注重教師的基本素質(zhì)，如思想品德、敬業(yè)和專業(yè)知識(shí)面等;其次應(yīng)該注重教師的再學(xué)習(xí)，這包括教授課程的學(xué)習(xí)與拓寬，要掌握捕捉微電子學(xué)科發(fā)展的洞察力和知識(shí)的更新能力;其次，隨著電子科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)該注重課程設(shè)置的不斷更新和調(diào)整;第三，課程設(shè)置必須同樣注重教學(xué)和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié);帶學(xué)生多參加實(shí)訓(xùn)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的接受、掌握專業(yè)知識(shí)和動(dòng)手能力非常必要;即課堂與課下相結(jié)合、講課與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、平時(shí)與考試相結(jié)合。

 

從前面國(guó)內(nèi)外電子科學(xué)與技術(shù)行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，美國(guó)、西歐、日本、韓國(guó)、臺(tái)灣地區(qū)的電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)早已完成飛速發(fā)展的上升期，進(jìn)入穩(wěn)步而緩慢的平臺(tái)。而我國(guó)隨著市場(chǎng)開(kāi)放和外資的不斷涌入，電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)正突飛猛進(jìn)、煥發(fā)活力。今后我國(guó)電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)還將有明顯的發(fā)展空間，高科技含量的自主研發(fā)的產(chǎn)品將會(huì)占領(lǐng)全球主導(dǎo)市場(chǎng)，隨著社會(huì)需求逐步擴(kuò)大，微電子技術(shù)專業(yè)的就業(yè)前景十分看好。

 

目前，市場(chǎng)對(duì)從事此類(lèi)工作的工人需求是供不應(yīng)求的，呈現(xiàn)“用工荒”狀態(tài)，而且真正經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的合格技術(shù)工人幾乎很難找到，農(nóng)民工缺乏相應(yīng)的技術(shù)不能滿足像因特公司、京東方、上廣電、大連路明集團(tuán)、久久光電這些科技產(chǎn)業(yè)的用工需要，從這一點(diǎn)來(lái)看，企業(yè)急需具有一定技術(shù)技能型的工人來(lái)充實(shí)一線生產(chǎn)。因此，今后幾年內(nèi)，職業(yè)教育應(yīng)該注重微電子技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)。

第4篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

關(guān)鍵詞：DSP；TMS320F2812；半導(dǎo)體激光器；恒流源

引言

目前，半導(dǎo)體激光(LD)已廣泛應(yīng)用于通信、信息檢測(cè)、醫(yī)療和精密加工與軍事等許多領(lǐng)域。激光電源是激光裝置的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到整個(gè)激光器裝置的技術(shù)指標(biāo)。本設(shè)計(jì)采用受DSP控制的恒流源來(lái)為半導(dǎo)體激光器提供電流，在電路中，利用負(fù)反饋原理，控制復(fù)合功率調(diào)整管輸出電流，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電流的目的。該系統(tǒng)采用電路設(shè)計(jì)和程序控制算法設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，從多方面對(duì)半導(dǎo)體激光器的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，使系統(tǒng)的性能得到很大的改善和提高，有效解決了半導(dǎo)體激光器工作的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問(wèn)題，進(jìn)一步提高了半導(dǎo)體激光器的輸出指標(biāo)。

系統(tǒng)原理

要使激光器輸出穩(wěn)定波長(zhǎng)的激光，則要求流過(guò)激光器的電流非常穩(wěn)定，所以供電電路選擇低噪聲、穩(wěn)定的恒流源。恒流源電流可以在0A～3A之間連續(xù)可調(diào)，以適應(yīng)不同規(guī)格的激光器。目前，半導(dǎo)體激光器電源的二次開(kāi)發(fā)中一般采用的都是純硬件電路系統(tǒng)或者單片機(jī)控制。隨著嵌入式微處理器的迅猛發(fā)展，基于DSP的數(shù)字化控制能更有效地解決半導(dǎo)體激光工作的穩(wěn)定、準(zhǔn)確和可靠性問(wèn)題。DSP二次開(kāi)發(fā)的原理如圖1所示。

由DSP輸出的電壓控制信號(hào)輸出給運(yùn)放，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后輸出，來(lái)控制由三極管8050和調(diào)整管TIP122組成的復(fù)合調(diào)整管。調(diào)整管的發(fā)射極串聯(lián)一個(gè)繼電器和一個(gè)大功率采樣電阻。從采樣電阻的兩端取電壓信號(hào)送給差分放大電路U2，從而得到取樣電阻上的電壓。

該路電壓信號(hào)通過(guò)一個(gè)電壓跟隨器，進(jìn)入由DSP控制的ADC的模擬信號(hào)輸入通道，由ADC將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由DSP將轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。取樣電阻選擇0．15Ω的大功率金屬膜電阻，該電阻要求有較好的溫度系數(shù)。運(yùn)算放大器U1的放大倍數(shù)決定電流的控制精度，放大倍數(shù)越小，電流的輸出精度越高。同時(shí)差分反饋電路U2的放大倍數(shù)也將影響電流的控制精度，其放大倍數(shù)越大，電流的穩(wěn)定度越高，但電流的輸出范圍變小。在控制電壓一定的情況下，準(zhǔn)確選擇運(yùn)算放大器U 1的倍數(shù)和差分反饋電路U2的放大倍數(shù)，將成為決定恒流源的電流輸出精度和電流輸出范圍的重要因素。

TMS320F2812控制系統(tǒng)

該設(shè)計(jì)電路以數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812為核心。該電源由控制電路、保護(hù)電路和主回路等幾部分組成，DSP在其中起核心作用。其控制任務(wù)主要為：

1．控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用DSP芯片自帶的12位ADC，根據(jù)采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理后進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)命令由F2812的引腳XF控制，即通過(guò)軟件設(shè)置引腳XF為高電平，來(lái)控制ADC的數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，信號(hào)BUSY將變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)F2812中斷，將數(shù)據(jù)從16位數(shù)據(jù)線D[15：0]立即讀出。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)碼為二進(jìn)制補(bǔ)碼，F(xiàn)2812將接收到的數(shù)據(jù)處理后，進(jìn)行緩存，同時(shí)送到LCD實(shí)時(shí)顯示。

2．采用一片DAC7724芯片與DSP接口。該芯片為4通道12路雙緩沖的DAC，用其中的2路設(shè)定輸出電壓基準(zhǔn)和電流最大值限制基準(zhǔn)。

3．人機(jī)接口電路。LCD和8279分別作為外部I／O設(shè)備與DSP相連。LCD用來(lái)顯示電流、電壓、功率，以及故障顯示和報(bào)警。

4．故障檢測(cè)。故障檢測(cè)電路的中斷信號(hào)輸入到DSP的XINT2腳，如果有下降沿的中斷產(chǎn)生，則通過(guò)GPIO口線GPl08和GP109，分別檢測(cè)過(guò)壓、過(guò)流信號(hào)。

數(shù)字濾波器及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

針對(duì)本項(xiàng)目以往開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)電流濾波設(shè)計(jì)存在的不足，現(xiàn)引進(jìn)基于TMS320F2812的數(shù)字濾波器對(duì)電流采樣信號(hào)進(jìn)行濾波。為了快速方便地設(shè)計(jì)濾波器，直接利用TI公司提供的filter library函數(shù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟如下：按照實(shí)際任務(wù)要求，確定濾波器性能指標(biāo)；在Matlab中，調(diào)用filterlibrary庫(kù)中的ezfir函數(shù)，進(jìn)行仿真；根據(jù)仿真結(jié)果，確定各參數(shù)的值；調(diào)用filterlibrary庫(kù)中的filter．a(chǎn)sm DSP匯編程序模塊，并把Matlab中的仿真參數(shù)值復(fù)制到程序中，在F2812上實(shí)現(xiàn)濾波。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工作流程如圖2所示。上電以后，系統(tǒng)開(kāi)始自檢，自檢完成后，進(jìn)入系統(tǒng)初始化，包括DSP、DAC、LCD，以及DSP內(nèi)部的中斷控制器和計(jì)數(shù)器等。系統(tǒng)準(zhǔn)備好后，進(jìn)入開(kāi)機(jī)畫(huà)面。開(kāi)啟鍵盤(pán)中斷等待按鍵選擇相應(yīng)功能。若“參數(shù)設(shè)定”為選中狀態(tài)，按下工作鍵，進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置”界面，可以對(duì)電壓、電流和功率值進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定完成返回開(kāi)機(jī)畫(huà)面，啟動(dòng)激光器工作。系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，用戶仍然可以在不終止激光器工作的情況下設(shè)置新值，設(shè)定完備后，激光器按新要求輸出激光。

系統(tǒng)自檢和控制過(guò)程中出錯(cuò)或系統(tǒng)過(guò)流、過(guò)壓時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用保護(hù)程序。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉或突然斷電時(shí)，為防止激光器兩端電壓驟降為零，系統(tǒng)采取滿關(guān)閉方法，其原理是：將采樣值逐步輸出降低，直到降為零才允許關(guān)機(jī)。

結(jié)語(yǔ)

第5篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

關(guān)鍵字：探針痕跡；探針；焊接點(diǎn)；晶圓；芯片

1 影響針痕深度的主要探針卡技術(shù)指標(biāo)

1.1 針尖的壓力

探針的針壓系數(shù)是指描述探針作用于測(cè)試點(diǎn)上時(shí)，單位下移度下所施加的壓力大小。針壓系數(shù)大小是判斷探針性能的重要指標(biāo)，也對(duì)針痕的深度有著重要影響。針壓過(guò)大迫使芯片焊接點(diǎn)單位面積所承受的壓力過(guò)大，針痕深度就越深，探針扎穿焊接點(diǎn)的可能性越大，造成芯片不良和報(bào)廢等重大質(zhì)量事故。

1.2 針尖的直徑

根據(jù)芯片焊接點(diǎn)的大小，探針直徑也會(huì)被設(shè)計(jì)為更適應(yīng)焊接點(diǎn)的大小，工業(yè)上規(guī)定針尖直徑要小于焊接直徑的二分之一。針尖直徑對(duì)針尖壓力有直接的影響，針尖直徑太大，單位面積焊點(diǎn)收到的壓力越小，接觸焊點(diǎn)不充分會(huì)導(dǎo)致電性測(cè)試失真導(dǎo)致良品率下降；相反，針尖直徑太小，更加容易扎穿芯片上焊點(diǎn)，暴露底層電路后最終導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。

1.3 探針卡類(lèi)型

探針卡大致可分為兩種：懸臂型探針卡和垂直型探針卡。懸臂型探針在接觸芯片焊點(diǎn)后會(huì)發(fā)生一定位移，從而在焊點(diǎn)處呈現(xiàn)帶有一定滑動(dòng)的長(zhǎng)橢圓形針痕；垂直型探針卡，顧名思義即以垂直的方向接觸芯片焊點(diǎn)，呈現(xiàn)圓形針痕且比懸臂型探針獲得更好的針痕形狀。對(duì)針痕深度的影響被施加在焊點(diǎn)上的距離所決定。

2 影響針痕深度的測(cè)試機(jī)臺(tái)參數(shù)

2.1 機(jī)臺(tái)精密度

眾所周知，在現(xiàn)代半導(dǎo)體行業(yè)的探針測(cè)試機(jī)臺(tái)中，根據(jù)光學(xué)和機(jī)械原理的不同，廠家的不同，不同型號(hào)的測(cè)試機(jī)臺(tái)對(duì)探針測(cè)試的影響也不盡相同。以Z軸移動(dòng)精度舉例，有1um和5um為最小移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的差別，我們當(dāng)然知道精度為1um的幾臺(tái)會(huì)比5um的更為精確，對(duì)針痕深度的控制更有把握。

2.2 機(jī)臺(tái)加速度

盡管測(cè)試機(jī)臺(tái)種類(lèi)很多，但它們的共同之處就是都有加速度設(shè)置，這里的加速度包括機(jī)臺(tái)Z軸上升和下降中的加速度和減速度。速度的快慢不僅影響測(cè)試時(shí)間，也是針痕深度的至關(guān)重要因素，下圖利用DOE的方法，顯示了不同速度對(duì)測(cè)試時(shí)間和針痕深度的影響。

3 探針接觸芯片焊點(diǎn)的次數(shù)

3.1 多次復(fù)測(cè)

我們知道，晶圓測(cè)試的流程是復(fù)雜而精密的，它是晶圓制造的最后一道工序，晶圓制造測(cè)試完畢后，將被切割成一顆一顆獨(dú)立的芯片進(jìn)行封裝，最后進(jìn)行交付客戶前的最終測(cè)試。晶圓測(cè)試為封裝部門(mén)節(jié)省了很大一部分成本。因此，晶圓測(cè)試流程不單單僅有一次，這就意味著探針接觸焊點(diǎn)的次數(shù)不唯一，那么這時(shí)我們就需要知道芯片能夠承受多少次的接觸才不會(huì)被扎穿，這就需要我們進(jìn)行一些DOE的試驗(yàn)后，得出結(jié)論。而我們已經(jīng)明確的是，盡量避免不必要的接觸，即：減少多次復(fù)測(cè)，保證一次測(cè)試的準(zhǔn)確性。

3.2 Multi-site 并行測(cè)試探針卡的移動(dòng)規(guī)則

并行測(cè)試值同一時(shí)間內(nèi)完成同一晶圓上的多個(gè)芯片測(cè)試，能夠提高單位時(shí)間內(nèi)的測(cè)試效率并降低成本。并行測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)但它所帶來(lái)的一些負(fù)面影響也隨之而來(lái)，這就是增加了探針重復(fù)接觸焊點(diǎn)的次數(shù)。對(duì)于形狀為圓形的晶圓來(lái)說(shuō)，晶圓邊緣是不完整的芯片或是硬度較大的硅材質(zhì)，此時(shí)，探針接觸與不接觸這些邊緣芯片的移動(dòng)規(guī)則不同。以3448個(gè)芯片的8英寸晶圓為例，采用8X4的32位并行探針進(jìn)行測(cè)試，接觸與不接觸邊緣的移動(dòng)步徑分別為137月175，其中被探針扎過(guò)次數(shù)最多的一個(gè)芯片共被接觸6次。由此而知，我們應(yīng)該優(yōu)先選擇接觸邊緣的方法測(cè)試，但同時(shí)也要考慮探針的材質(zhì)和對(duì)探針的磨損。

4 環(huán)境溫度

半導(dǎo)體測(cè)試常有低溫，室溫，高溫等不同環(huán)境的測(cè)試，以確保芯片在不同環(huán)境下可以正常運(yùn)行并確保芯片的穩(wěn)定性。溫度的變化，必然使探針長(zhǎng)度發(fā)生物理形變，溫度升高，針長(zhǎng)變長(zhǎng)，溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，針長(zhǎng)保持不變，從而保持正常測(cè)試。如不能保持穩(wěn)定的環(huán)境溫度，會(huì)迫使探針在測(cè)試過(guò)程中發(fā)生突然的變形，導(dǎo)致探針痕跡異常，造成測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至芯片報(bào)廢的情況。因此，在這里，有三點(diǎn)需要特別注意：一、測(cè)試開(kāi)始前，保證升降溫度充分到達(dá)設(shè)置溫度，待探針充分形變后穩(wěn)定探針高度。二、測(cè)試過(guò)程中，保持穩(wěn)定的溫度環(huán)境，一旦環(huán)境遭到破壞，請(qǐng)從新等待探針形變。三、測(cè)試結(jié)束后，如需將環(huán)境變回室溫，請(qǐng)確保探針形變結(jié)束再開(kāi)始新的生產(chǎn)。

5 芯片焊點(diǎn)的厚度

隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，晶圓制造的趨勢(shì)也必定是向小而薄的方向發(fā)展。晶圓的制造需要一系列高精密高潔凈度高機(jī)械化的復(fù)雜工藝，度量單位往往以納米級(jí)計(jì)量，隨著消費(fèi)者需求的提高，制造商們不斷的改變工藝追求創(chuàng)新，晶圓的厚度越來(lái)越薄，對(duì)于芯片焊點(diǎn)的厚度有了新的改變，這也必然對(duì)探針測(cè)試有了更大的挑戰(zhàn)。

綜上所訴，影響探針痕跡深度的因素有很多，對(duì)任何條件的改變都應(yīng)考慮到其他方面的影響，這就要求技術(shù)者們必須綜合觀察，進(jìn)行充分的試驗(yàn)并利用六西格瑪原理對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]D.Krzysztof， “Advances in Conventional Cantilever Probe Card”， in Proc. of the International Conference IEEE SouthWest Test Workshop，pp.1-28.2003

[2]Keith B. Schaub， Joe Kelly. Production Testing of RF and System-on-a-Chip Devices for wireless Communications [M]. London， Artech House. Inc.2004

第6篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)/耗盡型pHEMT；幅相控制多功能；數(shù)控移相器；單刀雙擲開(kāi)關(guān)；數(shù)控衰減器

中圖分類(lèi)號(hào)：TN43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

近幾年多功能MMIC得到了較為廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)在于集成度高，可使接收或發(fā)射組件的可靠性和生產(chǎn)效率顯著提高。然而整機(jī)對(duì)功率、頻率及性能的不斷追求，對(duì)于多功能MMIC也面臨不小的挑戰(zhàn)。

本文基于GaAs E/D工藝設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了K波段幅相控制多功能MMIC。該芯片對(duì)接收增益波動(dòng)大采取了2bit微調(diào)數(shù)控衰減器的改善措施，實(shí)現(xiàn)了接收支路增益≥3dB，出1dB壓縮點(diǎn)≥1dBm； 發(fā)射支路增益≥5dB，輸出1dB壓縮點(diǎn)≥4dBm；移相RMS≤5°，衰減RMS≤0.6dB。

1.多功能MMIC的設(shè)計(jì)

多功能MMIC的設(shè)計(jì)包含：整體拓?fù)湓O(shè)計(jì)、開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)、數(shù)控移相器設(shè)計(jì)、數(shù)控衰減器設(shè)計(jì)和放大器設(shè)計(jì)5個(gè)主要部分，然后通過(guò)仿真，版圖布局最終完成多功能MMIC的設(shè)計(jì)。

1.1 多功能MMIC的拓?fù)?/p>

該芯片采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，集成了3個(gè)放大器、6位數(shù)控移相器、6位數(shù)控衰減器、2位接收微調(diào)數(shù)控衰減器、4個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)組合、16位并口驅(qū)動(dòng)器。該電路特點(diǎn)：集成度高，隔離度高，功耗低。

1.2 開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)在多功能MMIC中起到信號(hào)選擇導(dǎo)通的作用，用來(lái)控制信號(hào)的接收或發(fā)射鏈路，開(kāi)關(guān)的插入損耗、速度及隔離度等指標(biāo)的好壞直接影響多功能MMIC的指標(biāo)。

開(kāi)關(guān)的等效電路模型如圖2所示。其原理如下：通過(guò)調(diào)整Vgs的電壓來(lái)控制Rds、Cds的大小達(dá)到開(kāi)關(guān)的開(kāi)態(tài)或者關(guān)態(tài)。

目前流行的開(kāi)關(guān)拓?fù)錇榇⒙?lián)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型化、指標(biāo)優(yōu)秀。該芯片采用了串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

通過(guò)調(diào)整V1、V2的電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)收發(fā)通道的選擇。

1.3 數(shù)控移相器的設(shè)計(jì)

移相器在多功能MMIC中起到調(diào)相作用，用來(lái)控制雷達(dá)的方向角，移相器的調(diào)相精度直接影響多功能MMIC的指標(biāo)。

其原理如下：通過(guò)控制開(kāi)關(guān)，改變移相位為參考態(tài)或移相態(tài)，達(dá)到調(diào)相的目的。

目前比較常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有加載線式、開(kāi)關(guān)線式和高低通濾波器式。最為廣泛的是高低通濾波器式移相器，其特點(diǎn)集成度高，小型化，可做寬帶應(yīng)用。本文的數(shù)控移相器為六位，最小步進(jìn)5.625°，并由6個(gè)基本態(tài)組成（5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°），基本態(tài)移相電路結(jié)構(gòu)有如下幾種：

5.625°移相位采用圖4的并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小。11.25°和22.5°采用圖5的單T型結(jié)構(gòu)。 45°、90°和180°采用圖6的高低通型結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可大幅度減小芯片面積。同時(shí)該結(jié)構(gòu)適用于大移相位，相移和插損在帶寬內(nèi)波動(dòng)幅度較小。

1.4 數(shù)控衰減器的設(shè)計(jì)

數(shù)字衰減器常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有簡(jiǎn)T型和π型，如圖7、圖8所示。單態(tài)衰減設(shè)計(jì)應(yīng)盡量選擇損耗小、精度高、小型化的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中0.5dB和1dB采用簡(jiǎn)T電路結(jié)構(gòu)，2dB、4dB、8dB采用π型電路結(jié)構(gòu)，16dB采用兩個(gè)8dB結(jié)構(gòu)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字衰減器的拓?fù)淙鐖D9所示。

1.5 放大器設(shè)計(jì)

放大器在多功能MMIC中用于電路插入損耗的補(bǔ)償，同時(shí)具備一定的輸出功率，用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)射通道后面的功率放大器。

在多功能MMIC中采用了寬帶反饋式單片放大器，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖10所示。電路采用自偏壓結(jié)構(gòu)，電源電壓+5V?；贕aAs大信號(hào)模型進(jìn)行了電路匹配。在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注了功率管源極的對(duì)地電容，其寄生效應(yīng)會(huì)引起源極負(fù)反饋，通過(guò)電磁場(chǎng)仿真消除了此影響，并成功地應(yīng)用在多功能MMIC中。

2.多功能MMIC的版圖設(shè)計(jì)

幅相控制多功能MMIC，采用軟件完成電路的仿真和整體版圖。設(shè)計(jì)數(shù)字移相器和數(shù)字衰減器的版圖中，重點(diǎn)考慮輸入輸出匹配，減小插損；對(duì)于駐波敏感的衰減態(tài)及移相態(tài)盡量周?chē)玫乜灼帘?，并放置于芯片中部位置?/p>

先生成單功能版圖，包括開(kāi)關(guān)、衰減器、移相器和放大器，然后在拼版到一起組成多功能版圖，利用電磁場(chǎng)仿真優(yōu)化功能，改進(jìn)多功能版圖布局，重點(diǎn)考慮減小各功能電路間的耦合、串?dāng)_、兼容等影響，同時(shí)改良布局達(dá)到縮小芯片尺寸的目的。

最后生成偏置版圖，主要為饋電、串并轉(zhuǎn)換等電路，饋電電路主要做好濾波功能，盡可能進(jìn)行濾波組合，控制電壓重點(diǎn)做好過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路和防靜電保護(hù)電路，提高數(shù)字電路的可靠性。

3.工藝實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

本文基于GaAs E/D工藝實(shí)現(xiàn)了幅相控制多功能MMIC。該工藝可實(shí)現(xiàn)微波電路和數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路一體化設(shè)計(jì)。流片完成的多功能MMIC照片如圖11所示，芯片最終尺寸為3.5mm×4.8mm。該芯片有收發(fā)公共端口（芯片左側(cè)）、發(fā)射輸出端口（芯片上側(cè)）、接收輸入端口（芯片下側(cè)），饋電及數(shù)控端口（芯片右側(cè)）。

通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和微波探針系統(tǒng)對(duì)多功能MMIC進(jìn)行了圓片測(cè)試，主要電性能測(cè)試結(jié)果如圖12～圖15所示。加電+5V下靜態(tài)電流48mA，加電-5V下靜態(tài)電流13mA。

圖12為多功能MMIC在接收/發(fā)射狀態(tài)下的信號(hào)增益，在整個(gè)工作頻帶內(nèi)發(fā)射增益大于5 dB，接收增益大于3 dB；接收/發(fā)射增益呈現(xiàn)正斜率2 dB。

圖13為多功能MMIC在接收/發(fā)射狀態(tài)下的信號(hào)輸出P-1dB，在整個(gè)工作頻帶內(nèi)發(fā)射輸出P-1dB大于4 dBm，接收輸出P-1dB大于1 dBm。

圖14和圖15為多功能MMIC在接收/發(fā)射狀態(tài)下的移相64態(tài)RMS和衰減64態(tài)RMS，在整個(gè)工作頻帶內(nèi)移相64態(tài)RMS最大5°，衰減64態(tài)RMS最大0.6dB。

結(jié)論

本文基于GaAs E/D工藝設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了K波段幅相控制多功能MMIC。該芯片內(nèi)部集成單刀雙擲開(kāi)關(guān)、6位數(shù)控移相器、6位數(shù)控衰減器、2位接收微調(diào)數(shù)控衰減器、放大器和16位幅相控制并口驅(qū)動(dòng)。該芯片收發(fā)狀態(tài)下移相64態(tài)RMS≤5°，衰減64態(tài)RMS≤0.6dB，尺寸為3.5mm×4.8mm。該芯片可用于微波收發(fā)組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收和發(fā)射信號(hào)的幅相控制。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

關(guān)鍵詞：發(fā)光二極管；熒光燈

中圖分類(lèi)號(hào)：J914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

伴隨著全球節(jié)能減排的盛行,環(huán)保和節(jié)能成為市場(chǎng)熱點(diǎn), 在此技術(shù)上我國(guó)也有了自己的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路:抓住照明產(chǎn)業(yè)革命的歷史機(jī)遇,堅(jiān)持政府引導(dǎo),以企業(yè)為主體和市場(chǎng)化運(yùn)作原則,以技術(shù)創(chuàng)新為核心,機(jī)制創(chuàng)新為保障,在解決市場(chǎng)繼續(xù)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的同時(shí),加大對(duì)重大關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的投入,集中力量,重點(diǎn)突破,實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

一、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管(LED),是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料,在半導(dǎo)體中通過(guò)載流子發(fā)生復(fù)合放出過(guò)剩的能量而引起光子發(fā)射,直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。 發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片,在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層,稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中,注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái),從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓,少數(shù)載流子難以注入,故不發(fā)光。目前,發(fā)光半導(dǎo)體材料主要由III-V族元素組成,例如磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs),氮化鎵等等。

LED具有以下特性：

1、高效節(jié)能：以相同亮度比較3W的LED節(jié)能燈333小時(shí)耗1度電，而普通60W白熾燈17小時(shí)耗1度電，普通5W節(jié)能燈200小時(shí)耗1度電。

2、超長(zhǎng)壽命：半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無(wú)燈絲，無(wú)玻璃泡，不許震動(dòng)，不易破碎，使用壽命可達(dá)五萬(wàn)小時(shí)。

3、健康：光線健康光線中含紫外線和紅外線少，產(chǎn)生輻射少（普通等管線中含有紫外線和紅外線）。

4、綠色環(huán)保：不含汞等有害元素，利于回收，普通燈管中含有汞等元素。

5、保護(hù)視力：直流驅(qū)動(dòng)，無(wú)頻閃（普通燈都是交流驅(qū)動(dòng)，就必然產(chǎn)生頻閃）

6、安全系數(shù)高：所需電壓、電流較小，安全隱患小。

7、市場(chǎng)潛力大：低壓、直流供電，太陽(yáng)能供電。

傳統(tǒng)的LED主要應(yīng)用于信號(hào)顯示領(lǐng)域、建筑物航空障礙燈、航標(biāo)燈、汽車(chē)信號(hào)燈、儀表背光照明，如今娛樂(lè)、建筑物室內(nèi)外、城市美化、景觀照明中應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。但是目前LED光源的壽命還不能達(dá)到所標(biāo)出的100，000小時(shí)，實(shí)際壽命約在50，000小時(shí)左右，這主要與其散熱方面的問(wèn)題有關(guān)。在很小的空間里，隨著功率的加大，半導(dǎo)體組件就會(huì)過(guò)熱。再者，白色LED還不能達(dá)到普通燈泡所具有的亮度。

LED應(yīng)用前景廣闊,就拿白光LED來(lái)講,不過(guò)在講白光LED之前,我們先看看目前所用的照明燈光源的狀況:白熾燈和鹵鎢燈,其光效為12 lm/W～24 lm/W;熒光燈和HID燈的光效為50 lm/W～120 lm/W。對(duì)白光LED:光效為15 lm/W～50 lm/W,比一般家用白熾燈或鹵鎢燈相近甚至還高,這完全能達(dá)到照明領(lǐng)域的需要。而且隨著LED照明的技術(shù)日趨完善,逐步發(fā)展到大功率的LED,采用大功率LED為光源,人的視覺(jué)效果柔和、均勻,并且大功率LED均采用恒流驅(qū)動(dòng),無(wú)頻閃,長(zhǎng)時(shí)間工作環(huán)境下眼睛沒(méi)有疲勞感,是未來(lái)綠色照明產(chǎn)品。 眾所周知,目前中國(guó)能源日益緊缺,然而LED照明可大大達(dá)到節(jié)電目的,據(jù)有關(guān)資料理論測(cè)算,全國(guó)大概只要有1/3的白熾燈被LED燈取代,每年就能為國(guó)家節(jié)省用電近1 000億度,相當(dāng)于一個(gè)三峽工程的年發(fā)電量。

二、熒光燈管的結(jié)構(gòu)及其放電發(fā)光原理

熒光燈管，屬低壓氣體放電發(fā)光的新型電光源。因具有光效高、節(jié)能、顯色性能高等技術(shù)特點(diǎn)，被制做成U型管、螺旋管、環(huán)型管、細(xì)管徑直管等形狀的節(jié)能燈，廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)外環(huán)境照明。

但是在實(shí)際照明中，熒光燈管的亮度會(huì)慢慢地變暗，照明質(zhì)量降低。這種現(xiàn)象實(shí)際上就是熒光燈管光衰現(xiàn)象。

（一）熒光燈管分類(lèi)：

1、熒光燈管按氣體放電性質(zhì)來(lái)劃分：有熱陰極弧光放電型和冷陰極輝光放電型兩大類(lèi)型。應(yīng)用于照明領(lǐng)域的熒光燈管，都屬于熱陰極弧光放電型熒光燈管。

2、按管徑大小分

1）直管型熒光燈管按管徑大小分為：T12、T10、T8、T6、T5、T4、T3等規(guī)格。規(guī)格中“T+數(shù)字“組合，表示管徑的毫米數(shù)值。其含義：一個(gè)T=1/8英吋，一英吋為25.4mm；數(shù)字代表T的個(gè)數(shù)。如T12=25.4mm*1/8*12=38mm。

2）熒光燈管管徑與其電參數(shù)的關(guān)系：

①熒光燈管，管徑越細(xì)，光效越高，節(jié)電效果越好。

②熒光燈管，管徑越細(xì)，啟輝點(diǎn)燃電壓越高，對(duì)鎮(zhèn)流器技術(shù)性能要求越高。

管徑大于T8（含T8）的熒光燈管，啟輝點(diǎn)燃電壓較低。相對(duì)于220V、50Hz工頻交流電，符合啟輝點(diǎn)燃電壓小于1/2電源電壓定律。可以采用電感式鎮(zhèn)流器，進(jìn)行啟輝點(diǎn)燃運(yùn)行。

管徑小于T8的熒光燈管，啟輝點(diǎn)燃電壓較高。相對(duì)于220V、50Hz工頻交流電， 不符合啟輝點(diǎn)燃電壓小于1/2電源電壓定律。不能采用電感式鎮(zhèn)流器，進(jìn)行啟輝點(diǎn)燃運(yùn)行。管徑小于T8的熒光燈管，必須匹配電子式鎮(zhèn)流器。由電子式鎮(zhèn)流器，產(chǎn)生啟輝高壓，將熒光燈管擊穿點(diǎn)燃。爾后，由電子式鎮(zhèn)流器，驅(qū)動(dòng)熒光燈管點(diǎn)燃運(yùn)行。

（二）熒光燈管結(jié)構(gòu)：熒光燈管有：玻璃管、燈頭、燈管陰極、發(fā)光熒光粉、放電氣體五大部分組成。

1)、玻璃管：玻璃管是熒光燈管的主體，也是熒光燈管的外殼。其內(nèi)壁用于涂敷發(fā)光熒光粉。

2)、燈頭：燈頭主要用于固定支撐燈管陰極，和實(shí)現(xiàn)熒光燈管與燈架的電氣連接。

3)、燈管陰極：燈管陰極又有導(dǎo)絲、燈絲、電子粉三部分組成。燈管陰極主要功能，是預(yù)熱熒光燈管、發(fā)射電子、促使放電氣體電離，啟輝點(diǎn)燃熒光燈管。

4)、發(fā)光熒光粉：發(fā)光熒光粉主要是吸收紫外線，通過(guò)量子轉(zhuǎn)換，將紫外線輻射轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。

5)、放電氣體：放電氣體由氪（Kr）、氬（Ar）和汞（Hg）惰性氣體組成。主要用于熒光燈管，通過(guò)氣體電離產(chǎn)生紫外線輻射。

（三）熒光燈管放電發(fā)光原理：

熒光燈管放電發(fā)光原理：熒光燈管通交流電后，由陰極燈絲產(chǎn)生交變電場(chǎng)。管內(nèi)的汞（Hg）氣體，在交變電場(chǎng)和陰極燈絲發(fā)射的電子共同作用下。汞（Hg）氣體原子不斷地獲得能量，從原始基態(tài)被激發(fā)成激發(fā)態(tài)，而后由激發(fā)態(tài)返回到原始基態(tài)。汞（Hg）氣體在這個(gè)基態(tài)－激發(fā)態(tài)－基態(tài)，能量變換過(guò)程中。將交變的電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)?53.7nm的紫外線輻射（同時(shí)產(chǎn)生185nm的紫外線輻射）。熒光燈管內(nèi)壁上的發(fā)光熒光粉，吸收253.7nm的紫外線輻射能量。通過(guò)量子轉(zhuǎn)換，將253.7nm紫外線輻射轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。

第8篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

關(guān)鍵詞：電容觸摸屏；投射式電容屏；高透過(guò)率；寬濕環(huán)境；抗沖擊性能；抗電磁干擾

中圖分類(lèi)號(hào)：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）04-0041-03

現(xiàn)代的軍事作戰(zhàn)方式，需要的電子設(shè)備越來(lái)越多，環(huán)境也多在非常規(guī)情況，甚至極端惡劣，因此提高軍用電容式觸摸屏實(shí)用性、高穩(wěn)定性及安全性至關(guān)重要。研發(fā)高透過(guò)率、寬溫工作、抗沖擊性能、抗電磁干擾性能以及安全保密性能優(yōu)越的電容式觸摸屏產(chǎn)品，使之滿足軍工裝備的要求是本文介紹的重點(diǎn)，以下是針對(duì)軍事上這些使用需求展開(kāi)的具體研究方案。

一、高透過(guò)率研究

高透過(guò)率是電容觸摸屏主要特征之一，采用光學(xué)薄膜干涉原理，同時(shí)在玻璃基板上鍍制一定膜系結(jié)構(gòu)的納米光學(xué)多層膜，將玻璃可見(jiàn)光透過(guò)率由89%提高到96%以上，表面反射光由8%下降到2%以下，如雙面鍍制四層AR膜系，透光率可高達(dá)98%以上，反射率下降到1%以下，外強(qiáng)光下高透無(wú)反射，防眩光，有高清潤(rùn)眼功能，同時(shí)也能改善觸摸屏蝕刻色差現(xiàn)象，這為緩解士兵視覺(jué)疲勞，提高作戰(zhàn)能力提供幫助。

高透過(guò)率研究方案：AR+ITO觸摸屏玻璃可以大幅度提高平板顯示器在強(qiáng)光環(huán)境中的對(duì)比度和清晰度，雙面AR鍍膜達(dá)到更高透過(guò)率。因此高透過(guò)率主要從工藝制程上分析：

雙面鍍AR膜流程圖：

制程過(guò)程中影響透過(guò)率的參數(shù)很多，面阻值=電阻比/膜厚，低面阻值ITO玻璃鍍膜，電阻比越低越好，ITO薄膜的導(dǎo)電性要好(面電阻低)，膜厚要增大，因此薄膜的穿透度會(huì)降低，考慮高穿透率，膜厚的設(shè)計(jì)必須避免建設(shè)性的干涉，所以nd=(2m+1)λ/4，m=1，2，3，4…。另外基板溫度以及鍍膜中氧分壓的大小等各種參數(shù)相互影響相互制約，預(yù)研工作中將對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)分類(lèi)，并逐一實(shí)驗(yàn)研究。

二、寬溫環(huán)境下應(yīng)用研究

在高溫環(huán)境下，一方面要選擇耐溫材料，另一方面需要針對(duì)自身熱源的散熱系統(tǒng)研究。電容觸摸屏的發(fā)熱部分在芯片以及身后液晶模塊組件，sensor本身沒(méi)有多少熱量，對(duì)于sensor來(lái)說(shuō)，更多的需要去隔熱。關(guān)于散熱在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意給其留一定的空間，利于

熱量的散發(fā)，最后有必要的話可以用單面銅膜覆蓋散熱。空氣有著非常好的隔熱性能，這樣需要在電容觸摸屏底部四周加隔熱橡膠，使其與下面的顯示屏或主機(jī)隔開(kāi)，能有效阻止顯示屏或主機(jī)的熱量傳遞。另外，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新型半導(dǎo)體器件，能在加電的情況下產(chǎn)生制冷效果，目前還未普及，價(jià)格也非常昂貴。但是可以借鑒其理論自主

研發(fā)，將其運(yùn)用在電容觸摸屏的抗高溫上。

在低溫下需要考慮的是加熱，加熱的途徑很多，電阻加熱、加熱板等，相對(duì)于抗高溫還是比較容易實(shí)現(xiàn)的。

寬溫應(yīng)用研究方案：電容式觸摸屏在高低溫下應(yīng)用，除了耐溫材料的選擇外，其中對(duì)FPC上散熱和加熱也是主要研究方向。散熱的實(shí)現(xiàn)主要是將熱量迅速傳導(dǎo)到大面積板上，擴(kuò)大發(fā)熱面積。簡(jiǎn)單地可以在芯片上覆蓋銅膜，擴(kuò)大散熱面積。為更進(jìn)一步適應(yīng)軍事上的要求，可以采用半導(dǎo)體溫差電片給芯片散熱以及加熱。

半導(dǎo)體制冷片原理如圖2，在原理上，半導(dǎo)體的制冷片只能算是一個(gè)熱傳遞的工具，雖然制冷片會(huì)主動(dòng)為芯片散熱，但依然要將熱端的高于芯片的發(fā)熱量散發(fā)掉。在制冷片工作期間，只要冷熱端出現(xiàn)溫差，熱量便不斷地通過(guò)晶格的傳遞，將熱量移動(dòng)到熱端并通過(guò)散熱設(shè)備散發(fā)出去。因此，制冷片對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)是主動(dòng)制冷的裝置，而對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)只能算是主動(dòng)的導(dǎo)熱裝置。所以需要將散熱端與外殼連接，利于散熱，使芯片脫離高溫環(huán)境。

半導(dǎo)體溫差電片件應(yīng)用范圍有：制冷、加熱、發(fā)電，制冷和加熱應(yīng)用比較普遍，在軍用其它方面：如導(dǎo)彈、雷達(dá)、潛艇等方面的紅外線探測(cè)、導(dǎo)行系統(tǒng)，將都會(huì)有一定的借鑒作用。

三、抗沖擊性能研究

電容觸摸屏表面貼合的Cover Lens采用高強(qiáng)度鋼化玻璃材料，提高抵抗撞擊能力，同時(shí)結(jié)合抗振動(dòng)性能，可以緩沖表面撞擊，從而實(shí)現(xiàn)抗沖擊性能。

抗振動(dòng)沖擊可以從硬性抗震動(dòng)和柔性抗振動(dòng)方面著手。所謂硬性抗振動(dòng)，就是在電容觸摸屏與顯示屏或主機(jī)貼合時(shí)使用強(qiáng)力的粘合膠，使兩者牢牢地合在一起，當(dāng)然也可以用其它包括螺絲等手段，目的是使電容觸摸屏與整機(jī)牢牢地結(jié)合在一起。優(yōu)點(diǎn)是電容觸摸屏安裝簡(jiǎn)易方便，缺點(diǎn)是整機(jī)在振動(dòng)時(shí)，電容觸摸屏也隨之一起振動(dòng)，不能對(duì)振動(dòng)起到緩沖作用，在受到表面撞擊時(shí)也易損。所謂柔性抗振動(dòng)，就是電容觸摸屏與整機(jī)之間有彈性的連接，在振動(dòng)時(shí)兩者之間存在彈性形變，在停止振動(dòng)后即無(wú)形變，這個(gè)彈性的形變可以忽略，不會(huì)對(duì)準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。柔性抗振主要采用橡膠或者彈簧等材料實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)是振動(dòng)幅度比客戶端小，能緩沖振動(dòng)，缺點(diǎn)是安裝比較繁瑣。

硬性抗振動(dòng)和柔性抗振動(dòng)各有其優(yōu)點(diǎn)，各有其缺點(diǎn)，重點(diǎn)將兩者結(jié)合起來(lái)以實(shí)現(xiàn)各自優(yōu)點(diǎn)，高強(qiáng)度鋼花玻璃材料和兩種抗振方式的結(jié)合是研究的重點(diǎn)。

抗沖擊性研究方案：從材料方面：高強(qiáng)度Cover Glass種類(lèi)不同，效果不同。鋼化玻璃又稱強(qiáng)化玻璃。它是用物理的或化學(xué)的方法，在玻璃表面上形成一個(gè)壓應(yīng)力層，玻璃本身具有較高的抗壓強(qiáng)度，不會(huì)造成破壞。當(dāng)玻璃受到外力作用時(shí)，這個(gè)壓力層可將部分拉應(yīng)力抵消，避免玻璃的碎裂，雖然鋼化玻璃內(nèi)部處于較大的拉應(yīng)力狀態(tài)，但玻璃的內(nèi)部無(wú)缺陷存在，不會(huì)造在成破壞，從而達(dá)到提高玻璃強(qiáng)度的目的。

鋼化玻璃的抗彎強(qiáng)度比普通玻璃提高3倍，抗沖擊強(qiáng)度比普通玻璃提高4～6倍，熱穩(wěn)定性比普通玻璃提高3倍多，因此，它在遭受外力時(shí)，不易破壞，即使被破壞時(shí)，它的碎片呈花生米似的小顆粒狀，沒(méi)有刃口，不會(huì)傷人，能達(dá)到安全的效果。當(dāng)鋼化玻璃在Sensor上使用時(shí)，其抗風(fēng)壓系數(shù)比普通玻璃大得多。

在層與層之間貼合是使用透明光學(xué)膠。貼合過(guò)程對(duì)環(huán)境要求很高，如果在貼合過(guò)程中有塵埃落入，那么就不能返修，整個(gè)屏就會(huì)報(bào)廢。我們對(duì)光學(xué)膠的貼合積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，能有效地解決此問(wèn)題。

從結(jié)構(gòu)方面，采用橡膠等軟性材料在產(chǎn)品周?chē)蚱渌课蛔黾庸蹋瑫r(shí)利用外部整機(jī)結(jié)構(gòu)做調(diào)整，提高產(chǎn)品抗振動(dòng)性能。對(duì)整機(jī)產(chǎn)品的了解也是需要我們做的研究工作之一。

四、抗電磁干擾研究

電磁干擾對(duì)電容觸摸屏的影響主要有兩部分，分別是對(duì)Touch Sensor的干擾使得觸摸偏移和對(duì)電容觸摸IC的干擾使得芯片無(wú)法正常工作。

對(duì)Touch Sensor的電磁干擾，要求IC具有強(qiáng)有力的甄別信號(hào)能力，準(zhǔn)確判斷是否受到電磁干擾，IC中倍壓電路設(shè)計(jì)尤為重要，在電流增加的情況下提高信號(hào)輸入可以有效降低Touch Sensor受到的電磁干擾。但同時(shí)功耗增加，這對(duì)于手持式等設(shè)備又是不利

因素。

對(duì)IC的電磁干擾，一方面要求自身的抗干擾能力，另一方面可以從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)研究。

抗干擾研究方案：在軍事作戰(zhàn)的惡劣氣候與復(fù)雜電磁環(huán)境下，為了提高產(chǎn)品的抗干擾性能，一方面在完成PCB印制電路板的過(guò)程中，要考慮到數(shù)字地與模擬地之間的干擾，以及對(duì)于芯片本身封裝的情況，要避免PCB板中走線之間的電磁干擾。在多層板中，模擬地和數(shù)字地應(yīng)各占一層，同時(shí)對(duì)有可能造成相互干擾的信號(hào)線要采取走不同層的排版方法，這樣可以減少信號(hào)線之間的電磁干擾。對(duì)于一些硬件連接，走線間隔、走線角度都應(yīng)注意，間隔不宜過(guò)窄，角度應(yīng)避免直角和銳角；在芯片與芯片之間聯(lián)結(jié)時(shí)，還應(yīng)注意輸出信號(hào)的電壓閥值和信號(hào)時(shí)序是否與另一芯片輸入信號(hào)相匹配。在很多情況下，為了濾除信號(hào)的噪音、高頻分量等干擾，還必須引入RC濾波電路，該電路中電容的選取也至關(guān)重要。

軟件設(shè)計(jì)采用以PSoC混合信號(hào)陣列架構(gòu)為基礎(chǔ)，CSA（CapSense Successive Approximation）逐次逼近電容的感應(yīng)式。CSA感應(yīng)方式具有好的抗干擾能力，高的探測(cè)靈敏度，同時(shí)可以調(diào)節(jié)分辨率。

五、設(shè)備安全性研究

軍事上對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度及使用保密性的要求不同于民品，必須保證每次數(shù)據(jù)是正確的，并保證信息不外泄?；诖死砟睿诜e極研究軍用電容觸摸屏使用時(shí)具備應(yīng)答校正功能，每次整機(jī)從芯片讀回?cái)?shù)據(jù)，下一步整機(jī)再將讀回的數(shù)據(jù)再傳給電容觸摸芯片，電容觸摸芯片去校驗(yàn)是否和剛才發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣，并將是否一樣的結(jié)果再發(fā)送終端處理，這樣就完成了一個(gè)數(shù)據(jù)的讀取。同樣，每次整機(jī)往電容觸摸芯片發(fā)送數(shù)據(jù)，電容觸摸芯片隨之將收到的數(shù)據(jù)返回整機(jī)，并等待整機(jī)發(fā)來(lái)的校正結(jié)果，這樣就完成了一個(gè)數(shù)據(jù)的發(fā)送。這樣校正既可以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也實(shí)施了認(rèn)證加密過(guò)程，雖然會(huì)損失一些時(shí)間，但在目前飛速發(fā)展的單片機(jī)環(huán)境下可以忽略。

設(shè)備安全加密方案：在電容觸摸屏芯片中，接口方式有I2C、SPI、USB等。以I2C為例來(lái)闡述加密

方案。

I2C接口返回的數(shù)值一般沒(méi)有同時(shí)發(fā)送校驗(yàn)碼，這會(huì)造成客戶端讀取的數(shù)據(jù)無(wú)法校正正確性。故需要在芯片端增加校驗(yàn)措施，能接受數(shù)據(jù)并進(jìn)行校正，并能發(fā)送數(shù)據(jù)并發(fā)送校驗(yàn)碼。

I2C總線一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，包括：起始信號(hào)、尋址字節(jié)、應(yīng)答、數(shù)據(jù)字節(jié)、應(yīng)答、數(shù)據(jù)字節(jié)、應(yīng)答直到停止信號(hào)。其中，尋址字節(jié)高7位為地址，最低位為讀寫(xiě)控制(1表示讀，0表示寫(xiě))?？偩€發(fā)送順序是由高到低，即首先發(fā)送高位，再發(fā)送低位。鑒于數(shù)據(jù)安全性考慮，需要在電容觸摸芯片中增加數(shù)據(jù)校驗(yàn)的功能，可以采用CRC或奇偶等校驗(yàn)法。使電容觸摸芯片能在接受數(shù)據(jù)后按校驗(yàn)算法進(jìn)行校驗(yàn)，緊接著核對(duì)接收到的校驗(yàn)碼，核對(duì)后將結(jié)果發(fā)送給客戶端，客戶端根據(jù)結(jié)果進(jìn)行下一個(gè)指令的發(fā)送或者重新發(fā)送本次指令。同樣的，在電容觸摸芯片向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)后能發(fā)送校驗(yàn)結(jié)果，用于客戶端的數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

客戶端向電容觸摸芯片發(fā)送指令的原理步驟：

第1步?？蛻舳送ㄟ^(guò)I2C發(fā)送數(shù)據(jù)，并按一定策略獲得校驗(yàn)碼，并保存結(jié)果。

第2步。客戶端通過(guò)I2C總線將校驗(yàn)碼傳給電容觸摸芯片，同時(shí)電容芯片用相同校驗(yàn)算法進(jìn)行校驗(yàn)。

第3步。電容觸摸芯片將計(jì)算出的校驗(yàn)碼和接收到的校驗(yàn)碼核對(duì)，并將結(jié)果發(fā)送給客戶端。

第4步?？蛻舳藢?duì)比兩端的校驗(yàn)結(jié)果，判斷校驗(yàn)是否通過(guò)。流程圖如圖3所示：

客戶端從電容觸摸芯片讀取數(shù)據(jù)是以上流程的逆向思維，原理類(lèi)似，通過(guò)引入I2C的校驗(yàn)措施，有效增強(qiáng)了系統(tǒng)安全性，杜絕了傳輸數(shù)據(jù)出錯(cuò)。

六、結(jié)語(yǔ)

電容式觸摸屏高穩(wěn)定性能的研究方案，主要通過(guò)材料結(jié)構(gòu)工藝以及軟件設(shè)計(jì)方面，制定多項(xiàng)材料搭配與工藝流程方案，并制作多組與之對(duì)應(yīng)的樣品，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬作戰(zhàn)中面對(duì)的各種復(fù)雜惡劣環(huán)境，測(cè)試多組產(chǎn)品在不同惡劣環(huán)境下的性能表現(xiàn)，統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)參數(shù)的變化，進(jìn)行優(yōu)化產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] PSoC 體系結(jié)構(gòu)與編程: 戴國(guó)駿 張翔 曾虹 ITO導(dǎo)電玻璃及相關(guān)透明導(dǎo)電膜之原理及應(yīng)用[M]．中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社， 2005.

第9篇：半導(dǎo)體芯片原理范文

【關(guān)鍵詞】速熱脫氣 STM32 真空脫氣

【關(guān)鍵詞】速熱脫氣 STM32 真空脫氣

1 引言

隨著新增了《0931 溶出度與釋放度測(cè)定法》的2015版《中國(guó)藥典》，市場(chǎng)對(duì)藥物溶出設(shè)備的需求越來(lái)越多，而藥物溶出所要使用的純化水必須經(jīng)過(guò)脫氣處理，從而使得快速而高效的真空脫氣設(shè)備也有了廣泛的前景。目前市面上的真空脫氣設(shè)備，多以儲(chǔ)罐式為主，都采用加熱，循環(huán)，抽真空等方式，需要反復(fù)循環(huán)，脫氣時(shí)間較長(zhǎng)，一旦容量用完則需要重新準(zhǔn)備。對(duì)于一次性需要大量純化水的場(chǎng)所，該種方式就存在缺陷。本系統(tǒng)主要介紹了一種能快速加熱脫氣，脫氣效率高，無(wú)限量供應(yīng)的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的原理及構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)采用加熱與脫氣膜相結(jié)合的方法進(jìn)行脫氣，利用脫氣膜的擴(kuò)散原理將水中的氣體去除。工作時(shí)，水流在一定的壓力下從脫氣膜里面通過(guò)，而膜外面在真空泵的作用下將氣體不斷的抽走，并形成一定的負(fù)壓，這樣水中的氣體就不斷從水中經(jīng)脫氣膜向外溢出，從而達(dá)到去除水中氣體的目的。而在水進(jìn)入脫氣膜前就預(yù)先加熱，使得氧氣在水中的溶解度降低，增加了脫氣效果的有效性。系統(tǒng)原理圖如圖1。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)系統(tǒng)主要有脫氣單元、快速加熱單元、檢測(cè)與控制單元和人機(jī)界面單元組成。

2.2.1 脫氣單元

該單元的材料選型是個(gè)關(guān)鍵，本系統(tǒng)選用聚丙烯中空纖維膜，利用該材料的疏水特性，即水不能透過(guò)膜壁，而氣體可以透過(guò)膜壁而改變氣體在水中的溶解度。該材質(zhì)溫度耐受范圍可以達(dá)到0～90℃，使用PH范圍1～14，具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響，然后根據(jù)水通量、孔隙率和透氣率來(lái)選擇規(guī)格尺寸。

2.2.2 快速加熱單元

該單元是采用陶瓷半導(dǎo)體PTC材料作發(fā)熱體，陶瓷PTC 熱敏電阻通過(guò)摻雜一種化學(xué)價(jià)較高的材料后，得到了一定數(shù)量產(chǎn)生導(dǎo)電性的自由電子。利用其半導(dǎo)體空穴原理，實(shí)現(xiàn)電子氧空位，促使電子在場(chǎng)強(qiáng)條件下產(chǎn)生碰撞，使電能轉(zhuǎn)化為熱能徹底的水電分離技術(shù)。其特點(diǎn)是：真正水電分離、使用安全、熱效率高、經(jīng)久耐用、無(wú)明火、耐酸堿等。

2.2.3 檢測(cè)與控制單元

該單元的主芯片選用意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）STM32F103VCT6作為核心的處理器，主要完成流速、溫度、真空度檢測(cè)，AD轉(zhuǎn)換，通過(guò)邏輯分析、判斷，輸出快速加熱單元的PID恒溫控制信號(hào)、真空泵啟?？刂菩盘?hào)和電磁閥開(kāi)合控制信號(hào)，同時(shí)，顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的顯示和輸入。檢測(cè)與控制單元框圖如圖2。

本系統(tǒng)分別采用FS21-VL1-300，PT100，MPX2100DP 等檢測(cè)元件和傳感器，對(duì)系統(tǒng)的流速、溫度和真空度進(jìn)行采樣，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和濾波后，使用STM32自帶的12位AD進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而得到相應(yīng)的參數(shù)，再根據(jù)這些參數(shù)對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行控制。

同時(shí)，在根據(jù)液體的流速、液體的比熱和入口液體溫度范圍和液體加熱目標(biāo)溫度范圍等條件，選定加熱器的功率后，需要對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)控溫，使出口水溫符合藥典中溶出度試驗(yàn)要求的溫度。本系統(tǒng)采用可控硅調(diào)壓電路，市電經(jīng)過(guò)降壓以后，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路，獲得一個(gè)交流過(guò)零中斷給STM32，而STM32根據(jù)該中斷，通過(guò)PID算法，計(jì)算出可控硅的導(dǎo)通角時(shí)間后，啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器，調(diào)整定時(shí)時(shí)間來(lái)開(kāi)通可控硅，來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)控溫。

當(dāng)系統(tǒng)各參數(shù)符合特定要求時(shí)，將實(shí)現(xiàn)純化水只需一次流過(guò)，就能高效脫氣，無(wú)需循環(huán)多次，省時(shí)、省力、提高工作效率。

2.2.4 人機(jī)界面單元

本系統(tǒng)采用7寸TFT和4線制電阻屏作為最終人機(jī)界面單元。單元內(nèi)部采用ALTERA公司的MAXII CPLD EPM570T144 搭配Winbond公司的W9846G6JH SDRAM的方式驅(qū)動(dòng)RGB接口顯示屏，在STM32的16位并行總線接口與RGB接口之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的同時(shí)還提供了一系列實(shí)用功能，工作穩(wěn)定性方面本模塊具備超強(qiáng)抗干擾能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越市場(chǎng)上的SSD1963驅(qū)動(dòng)方案，SSD1963抗干擾差，有死機(jī)白屏的風(fēng)險(xiǎn)。

觸摸輸入上采用4線制電阻屏，雖然現(xiàn)在市場(chǎng)上電容屏已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，但是考慮到本系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)象多為藥檢所、藥廠、化工廠等的檢驗(yàn)部門(mén)，操作員一般都需要戴手套操作，且容易有液體濺在屏上，目前市面上可以帶手套操作的電容屏有限，對(duì)所使用的手套也有一定的要求，所以綜合考慮，還是選用壓觸方式的電阻屏比較適合。本系統(tǒng)采用XPT2046四線制電阻觸摸屏控制芯片，內(nèi)含12位分辨率125KHz轉(zhuǎn)換速率逐步逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，采用 SPI 3線制接口與STM32通信。

3 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及結(jié)構(gòu)

3.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)控制軟件的開(kāi)發(fā)采用IAR Embedded Workbench for ARM集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，其集成編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調(diào)試等功能于一體，是一個(gè)易用、高效的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。

3.2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）本系統(tǒng)采用ST官方提供的固件函數(shù)庫(kù)V3.50，該函數(shù)庫(kù)是一個(gè)固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。通過(guò)使用本固件函數(shù)庫(kù)，無(wú)需深入掌握細(xì)節(jié)，用戶也可以輕松應(yīng)用每一個(gè)外設(shè)。因此，使用本固態(tài)函數(shù)庫(kù)可以大大減少用戶的程序編寫(xiě)時(shí)間，進(jìn)而降低開(kāi)發(fā)成本。

（2）界面顯示則采用UCGUI方式來(lái)開(kāi)發(fā)，UCGUI是一種嵌入式應(yīng)用中的圖形支持系統(tǒng)。它設(shè)計(jì)用于為任何使用LCD圖形顯示的應(yīng)用提供高效的獨(dú)立于處理器及LCD控制器的圖形用戶接口，它適用單任務(wù)或是多任務(wù)系統(tǒng)環(huán)境，并適用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真實(shí)顯示或虛擬顯示。它的設(shè)計(jì)架構(gòu)是模塊化的，由不同的模塊中的不同層組成，由一個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)層來(lái)包含所有對(duì)LCD的具體圖形操作。

在完成UCGUI在STM32芯片上的移植后，就是各驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)，包括使用STM32的FSMC功能配合CPLD的實(shí)現(xiàn)TFT屏顯示；使用SPI接口對(duì)觸摸屏的坐標(biāo)定位；使用內(nèi)部AD進(jìn)行對(duì)純化水的溫度、流速，脫氣單元的真空度等參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；使用過(guò)零中斷和PID算法對(duì)快速加熱單元進(jìn)行精準(zhǔn)控溫；使用GPIO口配合驅(qū)動(dòng)電路控制電磁閥從而改變純化水流路。

4 結(jié)論

基于STM32的速熱真空脫氣系統(tǒng)，可用于藥物研究、制藥、化工等行業(yè)，完全符合《中國(guó)藥典》的規(guī)定，解決了已有的對(duì)真空脫氣處理的技術(shù)中存在的效率低下、脫氣效果差以及成本偏高的問(wèn)題，可代替人工煮沸法和其他的脫氣方法，省時(shí)、省力，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

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