電子元器件的分類

1、元器件質量與可靠性保證可靠性與系統(tǒng)工程學院可靠性與系統(tǒng)工程學院付桂翠付桂翠2012年年09月月13日日討論討論v可靠性？可靠性？v元器件？元器件？v元器件可靠性？元器件可靠性？本課程要講述的主要內容本課程要講述的主要內容課時安排及考核要求課時安排及考核要求v課時安排：課時安排：24學時，學時，2學時學時/次。次。v任課教師：付桂翠、張素娟任課教師：付桂翠、張素娟v課程安排：課堂教學課程安排：課堂教學22學時。學時。 考試考試2學時學時v考試安排：平時考核和期末閉卷考試相結合考試安排：平時考核和期末閉卷考試相結合 其中平時成績占其中平時成績占30%，期末成績占，期末成績占 70%。使用教材：付桂

2、翠，電子元器件可靠性技術教程使用教材：付桂翠，電子元器件可靠性技術教程 北航出版社。北航出版社。2010第一講第一講 內容提要內容提要現(xiàn)代元器件的發(fā)展現(xiàn)代元器件的發(fā)展1 1元器件的分類元器件的分類2 2歷史回顧歷史回顧v 電子管的誕生電子管的誕生1906 年，美國物理學家，年，美國物理學家，“電子管之父電子管之父”Lee De Forest發(fā)明了真空三極管，利用這種新發(fā)明了真空三極管，利用這種新的元件，電路能夠實現(xiàn)放大、振蕩和開關等功能；的元件，電路能夠實現(xiàn)放大、振蕩和開關等功能；真空三極管的發(fā)明，使電子管成為實用的器件；真空三極管的發(fā)明，使電子管成為實用的器件；功耗大，產(chǎn)生的熱量過多，且極易

3、燒壞；功耗大，產(chǎn)生的熱量過多，且極易燒壞；1946年誕生的第一臺電子計算機年誕生的第一臺電子計算機ENIAC，其中采用了大約，其中采用了大約18,000只電子管，只電子管，,占地面積占地面積170多平方米，重量約多平方米，重量約30噸，功率噸，功率25KW。這臺機器每隔兩天發(fā)生一次故障。這臺機器每隔兩天發(fā)生一次故障。 歷史回顧歷史回顧v 第一個半導體晶體管的誕生第一個半導體晶體管的誕生 1947年年12月月16日：日：William Shockley、John Bardeen和和Walter Brattain成功地在成功地在貝爾實驗室制造出第一個晶體管；貝爾實驗室制造出第一個晶體管； 評價：晶

4、體管評價：晶體管“使我們的社會發(fā)生了偉大變革，這場變革的深遠意義不亞于鋼使我們的社會發(fā)生了偉大變革，這場變革的深遠意義不亞于鋼鐵的發(fā)現(xiàn)、蒸汽機的發(fā)明以及英國工業(yè)革命。鐵的發(fā)現(xiàn)、蒸汽機的發(fā)明以及英國工業(yè)革命?！?1950年，年，William Shockley又開發(fā)出雙極晶體管，這是現(xiàn)在通行的標準晶體管；又開發(fā)出雙極晶體管，這是現(xiàn)在通行的標準晶體管； 1954年年5月月24日，貝爾實驗室使用日，貝爾實驗室使用800只晶體管組裝了世界上第一臺晶體管計算只晶體管組裝了世界上第一臺晶體管計算機機TRADIC, 功率功率100瓦瓦。歷史回顧歷史回顧v第一塊集成電路的發(fā)明第一塊集成電路的發(fā)明 1958年年

5、9月月12日，基爾比研制出世界上第一塊集成電路；日，基爾比研制出世界上第一塊集成電路； 具有五個集成元件的簡單振蕩電路，電路中的元器件，包括二極具有五個集成元件的簡單振蕩電路，電路中的元器件，包括二極管、晶體管、電阻和電容等全部制造在了同一個晶片上；管、晶體管、電阻和電容等全部制造在了同一個晶片上； 半導體材料：鍺半導體材料：鍺杰克杰克 基爾比基爾比-集成電路之父集成電路之父第一塊集成電路第一塊集成電路歷史回顧歷史回顧v 集成電路由集成電路由“發(fā)明時代發(fā)明時代”進入進入“商用時代商用時代” 1959年年7月，仙童半導體的諾伊斯月，仙童半導體的諾伊斯(Robert Noyce)研究出一種二氧化硅

6、的擴散研究出一種二氧化硅的擴散技術和技術和PN結的隔離技術，并創(chuàng)造性地在氧化膜上制作出鋁條連線，使元件和結的隔離技術，并創(chuàng)造性地在氧化膜上制作出鋁條連線，使元件和導線合成一體，從而為半導體集成電路的平面制作工藝、為工業(yè)大批量生產(chǎn)導線合成一體，從而為半導體集成電路的平面制作工藝、為工業(yè)大批量生產(chǎn)奠定了堅實的基礎；奠定了堅實的基礎； 半導體材料：硅地球上含量最豐富之一的元素，商業(yè)化價值更大，成本更半導體材料：硅地球上含量最豐富之一的元素，商業(yè)化價值更大，成本更低；低； 1961年，仙童半導體公司和德州儀器公司共同推出了第一顆商用集成電路。年，仙童半導體公司和德州儀器公司共同推出了第一顆商用集成電路

7、。 羅伯特羅伯特.諾伊斯諾伊斯世界上第一臺用集成電路計算機世界上第一臺用集成電路計算機-IBM360現(xiàn)代元器件的發(fā)展電子管電子管1晶體管晶體管2集成電路集成電路3190619471958MEMS41959Lee De Forest William ShockleyJohn BardeenWalter Brattain 1956年諾貝爾物理學獎 FeymanTheres Plenty of room at the bottom Kilby2000年的諾貝爾物理學獎 元器件的分類元器件的概念與分類元器件的概念與分類1 1元器件的功能與命名元器件的功能與命名2 2元器件的失效模式和失效機理元器件的失

8、效模式和失效機理3 3元器件的概念元器件的概念v 在在ESA標準中對元器件的定義為：完成某一電子、電氣或標準中對元器件的定義為：完成某一電子、電氣或機電功能，并由一個或幾個部分構成而且一般不能被分解機電功能，并由一個或幾個部分構成而且一般不能被分解或不會破壞的某個裝置或不會破壞的某個裝置；v GJB4027-2000 軍用電子元器件破壞性物理分析方法軍用電子元器件破壞性物理分析方法將元器件定義為：在電子線路或電子設備中執(zhí)行電氣、電將元器件定義為：在電子線路或電子設備中執(zhí)行電氣、電子、電磁、機電或光電功能的基本單元。該基本單元可由子、電磁、機電或光電功能的基本單元。該基本單元可由一個或多個零件組

9、成，通常不破壞是不能將其分解的。一個或多個零件組成，通常不破壞是不能將其分解的。元器件的分類元器件的分類v元件元件: 指在工廠生產(chǎn)加工時不改變分子成份的成品，如電阻器、電容器、指在工廠生產(chǎn)加工時不改變分子成份的成品，如電阻器、電容器、電感器；電感器； 本身不產(chǎn)生電子，對電壓、電流無控制和變換作用；本身不產(chǎn)生電子，對電壓、電流無控制和變換作用； 元件又分為：電氣元件和機電元件；元件又分為：電氣元件和機電元件；v器件：器件： 指在工廠生產(chǎn)加工時改變了分子結構的成品。例如晶體管、電子指在工廠生產(chǎn)加工時改變了分子結構的成品。例如晶體管、電子管、集成電路；管、集成電路； 本身能產(chǎn)生電子，對電壓、電流有控

10、制、變換作用（如放大、開本身能產(chǎn)生電子，對電壓、電流有控制、變換作用（如放大、開關、整流、檢波、振蕩和調制等），又稱電子器件。關、整流、檢波、振蕩和調制等），又稱電子器件。元器件分類總圖元器件的分類元器件的分類電氣元件電氣元件電阻器電阻器v 電阻器能對電能進行吸收，故在電路中通常起限流、降壓、電阻器能對電能進行吸收，故在電路中通常起限流、降壓、分壓的作用，對信號來說，交流與直流信號都可以通過電分壓的作用，對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻器；阻器；v 按照材料可分為碳膜電阻器，金屬膜電阻器、氧化膜電阻、按照材料可分為碳膜電阻器，金屬膜電阻器、氧化膜電阻、玻璃釉電阻器等。玻璃釉電阻器等。

11、(a) 金屬膜電阻器金屬膜電阻器(b) 玻璃釉電阻器玻璃釉電阻器(c) 貼片電阻器貼片電阻器電阻器結構與工藝電阻器結構與工藝 電阻器的結構與工藝電阻器的結構與工藝電阻器失效電阻器失效電阻膜的局部腐蝕電阻膜的局部腐蝕電阻器電阻器v 標注方法標注方法直接標注法；直接標注法；文字符號法；文字符號法；色環(huán)標注法；色環(huán)標注法； 數(shù)字法：數(shù)字法：101表示表示100的電阻，的電阻，102表示表示1K的電阻，的電阻，223表示表示22K。第一部分(主稱)第二部分(電阻材料)第三部分(分類)第四部分第五部分符號意義符號意義符號電阻電位序號區(qū)別代號RWM一般電阻電位器敏感電阻THSNJYCIX碳膜合成膜有機實芯

12、無機實芯金屬膜氧化膜沉積膜玻璃釉膜線繞123456789GTWD普通普通超高頻高阻高溫精密高壓特殊高功率可調普通普通精密函數(shù)特殊微調多圈用數(shù)字表示，有的表示外形尺寸用大寫字母表示電阻與電位器命名方法RJ7*：金屬膜精密電阻器：金屬膜精密電阻器電阻器電阻器v特殊電阻器特殊電阻器 ： 指其阻值隨溫度、光通、電壓、機械力、濕度、磁通、氣體等外指其阻值隨溫度、光通、電壓、機械力、濕度、磁通、氣體等外界因素變化的電阻器；界因素變化的電阻器； 包括包括熔斷電阻器和敏感電阻器熔斷電阻器和敏感電阻器； 熔斷電阻器熔斷電阻器又稱為保險絲電阻器，超過又稱為保險絲電阻器，超過其額定功率其額定功率，可以熔斷，可以熔斷

13、，使電路開路，從而保護貴重元件，防止故障擴大；使電路開路，從而保護貴重元件，防止故障擴大； 敏感電阻器也稱為半導體電阻器。常見的有熱敏、敏感電阻器也稱為半導體電阻器。常見的有熱敏、光敏光敏、磁敏、磁敏、氣敏、力敏等電阻器。氣敏、力敏等電阻器。熔斷電阻器電位器電位器v 電位器是靠電刷在電阻體上的滑動來取得電阻的變化，并在加電壓時，電位器是靠電刷在電阻體上的滑動來取得電阻的變化，并在加電壓時，取得與電刷位移成一定關系的輸出電壓的元件；取得與電刷位移成一定關系的輸出電壓的元件；v 實際上是連續(xù)可調的電阻器；實際上是連續(xù)可調的電阻器；v 在電路中可在電路中可實現(xiàn)信號或電量控制實現(xiàn)信號或電量控制等作用；

14、等作用；v 常見電位器繞線電位器、雙聯(lián)電位器、微調電位器、直滑電位器等常見電位器繞線電位器、雙聯(lián)電位器、微調電位器、直滑電位器等 (a) 繞線電位器 (b) 雙聯(lián)電位器 (c) 微調電位器 (d) 直滑式電位器電位器電位器v繞線電位器主要失效模式繞線電位器主要失效模式 開路開路 電刷接觸不良電刷接觸不良(壓力過低、氧化、腐蝕、線徑不均壓力過低、氧化、腐蝕、線徑不均)； 電刷接觸壓力過大等引起斷線。電刷接觸壓力過大等引起斷線。 接觸不良；接觸不良； 滑動噪聲大；滑動噪聲大； 阻值超差。阻值超差。電容器電容器v 用量僅次于電阻器；用量僅次于電阻器；v 電容器能被充電和放電，穩(wěn)態(tài)直流電流不能通過電容

15、器，電容器能被充電和放電，穩(wěn)態(tài)直流電流不能通過電容器，在交流或脈沖直流電路中，電流能通過電容器；在交流或脈沖直流電路中，電流能通過電容器；v 功能功能：濾波、調諧、：濾波、調諧、旁路、耦合；旁路、耦合；v 電容器是由兩個金屬電極，中間夾一層絕緣體構成；電容器是由兩個金屬電極，中間夾一層絕緣體構成；v 按照材料可分為紙介電容器、薄膜電容器、瓷介電容器、按照材料可分為紙介電容器、薄膜電容器、瓷介電容器、云母電容器、玻璃釉電容器、電解質電容器等云母電容器、玻璃釉電容器、電解質電容器等 。 (a) 瓷介電容器 (b) 電解質電容器低通濾波電路高通濾波電路 電容器通高頻、阻低頻電容器通高頻、阻低頻 電容

16、器的結構與工藝（含鋁電解、液鉭、固鉭、瓷介）電容器的結構與工藝（含鋁電解、液鉭、固鉭、瓷介）正極陰極 金屬氧化膜電解質正極電容器結構與工藝電容器結構與工藝電解電容器的構造電解電容器的構造電容器鋁外殼芯子封口橡膠導線浸有電解液的隔離紙陰極箔陽極箔芯子電容器電容器簡單的平行板電容器的基本結構是由一個絕緣的中間介質層加外簡單的平行板電容器的基本結構是由一個絕緣的中間介質層加外兩個導電的金屬電極，基本結構如下：兩個導電的金屬電極，基本結構如下：貼片電容的結構與之類似，主要貼片電容的結構與之類似，主要包括三大部分：陶瓷介質，金屬內電包括三大部分：陶瓷介質，金屬內電極，金屬外電極。貼片電容是一個多極，金屬

17、外電極。貼片電容是一個多層疊合的結構，簡單地說它是由多個層疊合的結構，簡單地說它是由多個簡單平行板電容器的并聯(lián)體。如右圖簡單平行板電容器的并聯(lián)體。如右圖所示：所示：貼片電容器貼片電容器電容器電容器表表2 電容器的主要失效模式、失效機理電容器的主要失效模式、失效機理電容器門類電容器門類失效模式失效模式失效機理失效機理鋁電解電容器鋁電解電容器漏液漏液密封不佳、橡膠老化龜裂、高溫高壓下電解液揮發(fā)密封不佳、橡膠老化龜裂、高溫高壓下電解液揮發(fā)炸裂炸裂工作電壓中交流成分過大、氧化膜介質缺陷、存在有害離工作電壓中交流成分過大、氧化膜介質缺陷、存在有害離子、內氣壓高子、內氣壓高開路開路電化學腐蝕、引出箔片和陽

18、極接觸不良、陽極引出箔片和電化學腐蝕、引出箔片和陽極接觸不良、陽極引出箔片和焊片的鉚接部分氧化焊片的鉚接部分氧化短路短路陽極氧化膜破裂、氧化膜局部損傷、電解液老化或干涸、陽極氧化膜破裂、氧化膜局部損傷、電解液老化或干涸、工業(yè)缺陷工業(yè)缺陷電容量下降電容量下降電解液損耗較多、低溫下電解液粘度增大電解液損耗較多、低溫下電解液粘度增大漏電流增加漏電流增加氧化膜致密性差、氧化膜損傷、氯離子沾污氧化膜致密性差、氧化膜損傷、氯離子沾污漏液漏液密封工藝不佳密封工藝不佳瓷介電容器瓷介電容器開裂開裂熱應力、機械應力熱應力、機械應力短路短路介質材料缺陷、生產(chǎn)工藝缺陷、銀電極遷移介質材料缺陷、生產(chǎn)工藝缺陷、銀電極遷移

19、低電壓失效低電壓失效介質內部存在空洞、裂紋和氣孔等缺陷介質內部存在空洞、裂紋和氣孔等缺陷電容器失效分析典型案例電容器失效分析典型案例 防止鋁電解電容器失效注意事項防止鋁電解電容器失效注意事項工作條件類別工作條件類別預防措施或注意事項預防措施或注意事項工作溫度及紋波電流工作溫度及紋波電流確定工作溫度或紋波電流在規(guī)定的范圍內確定工作溫度或紋波電流在規(guī)定的范圍內當并聯(lián)兩個或更多電容時，需計算接線電阻應計算在內當并聯(lián)兩個或更多電容時，需計算接線電阻應計算在內施加電壓施加電壓注意電壓的極性不能接反注意電壓的極性不能接反應確定交流電壓的峰值不超過定電容的額定電壓應確定交流電壓的峰值不超過定電容的額定電壓工

20、作環(huán)境工作環(huán)境電容器如接觸水、鹽水、油或受潮后不應馬上使用電容器如接觸水、鹽水、油或受潮后不應馬上使用不要在高度震蕩、沖擊環(huán)境中使用不要在高度震蕩、沖擊環(huán)境中使用組裝組裝不要裝錯電極不要裝錯電極260下焊接時間不超過下焊接時間不超過10s，或，或350下不超過下不超過3s確保電容器的封口位置不受壓確保電容器的封口位置不受壓儲存儲存電容器應儲存在正常溫度、濕度條件下，避免受到陽關直射電容器應儲存在正常溫度、濕度條件下，避免受到陽關直射最長儲存期為最長儲存期為3年年防范性檢查防范性檢查應定時檢查外觀和電特性應定時檢查外觀和電特性如使用壽命到期，應及時更換如使用壽命到期，應及時更換電容器失效分析典型

21、案例電容器失效分析典型案例鉭電容器鉭電容器v屬于電解質電容器；屬于電解質電容器；v體積小、容量大、漏電流低、使用壽命長、綜合性體積小、容量大、漏電流低、使用壽命長、綜合性能優(yōu)異；能優(yōu)異；v固體鉭電容器固體鉭電容器 由鉭粉在真空燒結爐中高溫燒結而成的多孔體；由鉭粉在真空燒結爐中高溫燒結而成的多孔體； 電介質：鉭塊表面形成的陽極氧化膜；電介質：鉭塊表面形成的陽極氧化膜； 陽極：鉭；陽極：鉭； 陰極：覆蓋在陽極氧化膜表面的固體二氧化錳薄膜；陰極：覆蓋在陽極氧化膜表面的固體二氧化錳薄膜；片式鉭電容的正極為經(jīng)真空高溫燒結而成的多孔性鉭塊。絕緣介片式鉭電容的正極為經(jīng)真空高溫燒結而成的多孔性鉭塊。絕緣介質是

22、在多孔性鉭塊表面，經(jīng)陽極氧化生成的五氧化二鉭（質是在多孔性鉭塊表面，經(jīng)陽極氧化生成的五氧化二鉭（Ta2O5）。）。且由于鉭和五氧化二鉭的化學穩(wěn)定性都很好，故片式鉭電容貯存性好，且由于鉭和五氧化二鉭的化學穩(wěn)定性都很好，故片式鉭電容貯存性好，可靠性高。可靠性高。電容器電容器電感器電感器v工作原理：自感工作原理：自感v主要用途主要用途 對交流信號進行隔離；對交流信號進行隔離； 與電容器、電阻器組成諧振電路或與電容器、電阻器組成諧振電路或濾波電路；濾波電路；v分類分類 磁芯類型磁芯類型:空芯電感器、磁芯電感空芯電感器、磁芯電感器、鐵芯電感器、銅芯電感器等；器、鐵芯電感器、銅芯電感器等； 容量是否可調容

23、量是否可調:固定電感器、可變固定電感器、可變電感器、微調電感器等；電感器、微調電感器等； 安裝方式安裝方式:立式電感器、臥式電感立式電感器、臥式電感器和貼片電感器；器和貼片電感器； (d) 可調電感器 (e) 貼片電感器(a) 空芯電感器 (b) 磁芯電感器(c) 臥式電感器變壓器變壓器v 工作原理工作原理：互感；：互感；v 功能功能 對交流電對交流電(或信號或信號)進行電壓變換、電流大小變換或阻抗變換，可以傳遞信進行電壓變換、電流大小變換或阻抗變換，可以傳遞信號、隔直流等；號、隔直流等；v 分類分類 用途：電源變壓器、音頻變壓器、脈沖變壓器、恒壓變壓器、耦合變壓器、用途：電源變壓器、音頻變壓

24、器、脈沖變壓器、恒壓變壓器、耦合變壓器、隔離變壓器等；隔離變壓器等； 磁芯的類型：磁芯的類型：E型、型、C型、環(huán)形等；型、環(huán)形等； 工作頻率：高頻、中頻、低頻變壓器。工作頻率：高頻、中頻、低頻變壓器。 (a) E型變壓器 (b)C型變壓器 (c) 環(huán)形變壓器LLRnR2變壓器變壓器機電元件機電元件開關開關v用途用途 電路中起接通、斷開、轉換和連接等作用；電路中起接通、斷開、轉換和連接等作用； 可將電力信號從一個電路轉移到另一個電路?？蓪㈦娏π盘枏囊粋€電路轉移到另一個電路。v分類分類 結構形式結構形式:旋轉開關、按鈕開關、組合按鈕開關、微動開關、杠桿旋轉開關、按鈕開關、組合按鈕開關、微動開關、杠

25、桿開關、雙列直插式開關、撥動開關、薄膜開關、片式開關等。開關、雙列直插式開關、撥動開關、薄膜開關、片式開關等。按鈕開關 撥動開關 杠桿開關 電連接器電連接器v 用途用途 將一個電路或傳輸單元的導線與另一個電路或傳輸單元的導線相將一個電路或傳輸單元的導線與另一個電路或傳輸單元的導線相連接；連接； 電氣連接和信號傳遞；電氣連接和信號傳遞；v 電路對電連接器的質量和可靠性有非常高的要求。電路對電連接器的質量和可靠性有非常高的要求。v 分類分類 低頻連接器；低頻連接器； 圓形連接器、矩形連接器、印制電路連接器、網(wǎng)絡連接器、濾波連接圓形連接器、矩形連接器、印制電路連接器、網(wǎng)絡連接器、濾波連接器器 射頻連

26、接器；射頻連接器； 光纜連接器。光纜連接器。電連接器電連接器(d ) 網(wǎng)絡電連接器(b) 矩形電連接器(a) 圓形電連接器(c) 印制線路板電連接器繼電器繼電器v 利用電磁原理、機電原理使接點閉合或斷開來驅動或控制相關利用電磁原理、機電原理使接點閉合或斷開來驅動或控制相關電路電路； 控制器件，包括受控系統(tǒng)控制器件，包括受控系統(tǒng)(輸入回路輸入回路)和控制系統(tǒng)和控制系統(tǒng)(輸出回路輸出回路)兩部分；兩部分； 輸入量輸入量(電、磁、光、熱等物理量電、磁、光、熱等物理量)達到某一定值時，輸出量躍變式地由達到某一定值時，輸出量躍變式地由零變化到一定值零變化到一定值(或由一定值突跳到零或由一定值突跳到零)，

27、從而實現(xiàn)對電路的控制、保護、，從而實現(xiàn)對電路的控制、保護、調節(jié)和傳遞信息等目的；調節(jié)和傳遞信息等目的；v 分類分類 電磁繼電器、干簧繼電器、固態(tài)繼電器、溫度繼電器等；電磁繼電器、干簧繼電器、固態(tài)繼電器、溫度繼電器等； (a) 電磁繼電器 (b) 干簧繼電器 (c)固態(tài)繼電器 繼電器繼電器v電磁繼電器電磁繼電器 繼電器中應用最早、最廣泛的一種產(chǎn)品；繼電器中應用最早、最廣泛的一種產(chǎn)品； 工作原理：利用電磁感應原理，當線圈中通過直流時，線圈產(chǎn)生工作原理：利用電磁感應原理，當線圈中通過直流時，線圈產(chǎn)生磁場，靜接點打開，動接點閉合。當電磁線圈的電流被切斷后，磁場，靜接點打開，動接點閉合。當電磁線圈的電流

28、被切斷后，動接點打開，靜接點閉合；動接點打開，靜接點閉合； 失效：接點的電腐蝕引起接觸不良及粘結等；失效：接點的電腐蝕引起接觸不良及粘結等；75%的失效是由于的失效是由于接觸失效所致。接觸失效所致。繼電器中的簧片疲勞斷裂電子器件電子器件半導體分立器件半導體分立器件v二極管二極管 功能：整流、限幅、檢波、溫度補償、電子功能：整流、限幅、檢波、溫度補償、電子開關；開關； 分類分類 材料：鍺二極管、硅二極管、砷化鎵二極管、材料：鍺二極管、硅二極管、砷化鎵二極管、磷化鎵二極管；磷化鎵二極管； 用途和功能：穩(wěn)壓二極管、整流二極管、開關用途和功能：穩(wěn)壓二極管、整流二極管、開關二極管、變容二極管、檢波二極管

29、、肖特基二二極管、變容二極管、檢波二極管、肖特基二極管、阻尼二極管、雪崩二極管、微波二極管極管、阻尼二極管、雪崩二極管、微波二極管等；等； 結構：點接觸型二極管和面接觸型；結構：點接觸型二極管和面接觸型； 封裝形式：塑料封裝、玻璃封裝、金屬封裝。封裝形式：塑料封裝、玻璃封裝、金屬封裝。 命名命名半導體分立器件半導體分立器件v 晶體管晶體管 半導體基本元器件之一，電子電路的核心元件半導體基本元器件之一，電子電路的核心元件; 在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個結，兩個PN結結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側部分是發(fā)把整塊半導體分成三部分

30、，中間部分是基區(qū)，兩側部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和和NPN兩種兩種; 功能：電流放大作用：通過控制基極電流的大小使集電極電功能：電流放大作用：通過控制基極電流的大小使集電極電流發(fā)生變化流發(fā)生變化; 分類分類 按照材料按照材料：鍺管、硅管、砷化鎵晶體管；：鍺管、硅管、砷化鎵晶體管； 按照極性按照極性：NPN型和型和PNP型；型； 按照用途和功能：開關晶體管、帶阻晶體管、達林頓管、高反按照用途和功能：開關晶體管、帶阻晶體管、達林頓管、高反壓功率管、微波功率管等；壓功率管、微波功率管等； 按照結構：擴散型、合金型、平面型；按照結構：擴散型、合金型、平面型； 按照封

31、裝形式按照封裝形式：塑料封裝、玻璃封裝、金屬封裝、陶瓷封裝。：塑料封裝、玻璃封裝、金屬封裝、陶瓷封裝。第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分第四部分第四部分第五部分第五部分用數(shù)字表示器件的電用數(shù)字表示器件的電極數(shù)目極數(shù)目用漢語拼音字母表示器用漢語拼音字母表示器件的材料和極性件的材料和極性用漢語拼音字母表示器件用漢語拼音字母表示器件的分類的分類用數(shù)字表用數(shù)字表示器示器件序件序號號用漢語拼音字用漢語拼音字母表示規(guī)母表示規(guī)格號格號符號符號意義意義符號符號意義意義符號符號意義意義符號符號意義意義2二極管二極管ABCDN型鍺材料型鍺材料P型鍺材料型鍺材料N型硅材料型硅材料P型硅材料型硅材料PV

32、WCFZLSNXGDAUKITBJCSBTFHPINJG普通管普通管微波管微波管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管參量管參量管發(fā)光管發(fā)光管整流器整流器整流堆整流堆隧道管隧道管阻尼管阻尼管低頻小功率管低頻小功率管高頻小功率管高頻小功率管低頻大功率管低頻大功率管高頻大功率管高頻大功率管光電器件光電器件開關管開關管可控整流器可控整流器體效應器件體效應器件雪崩管雪崩管階越恢復管階越恢復管場效應器件場效應器件半導體特殊器件半導體特殊器件復合管復合管PIN管管激光器件激光器件3晶體管晶體管ABCDEPNP型鍺材料型鍺材料NPN型鍺材料型鍺材料PNP型硅材料型硅材料NPN型硅材料型硅材料化合物材料化合物材料3 D A 6 C 規(guī)

33、格號規(guī)格號 產(chǎn)品序號產(chǎn)品序號 高頻大功率管高頻大功率管 NPN型硅材料型硅材料晶體管晶體管3DG6C為為NPN型硅材料高頻大功率晶體管型硅材料高頻大功率晶體管半導體分立器件半導體分立器件v半導體的場效應半導體的場效應 在半導體表面的垂直方向上加一電場時，電子和空穴在表面電場在半導體表面的垂直方向上加一電場時，電子和空穴在表面電場作用下發(fā)生運動，半導體表面載流子的重新分布，因而半導體表作用下發(fā)生運動，半導體表面載流子的重新分布，因而半導體表面的導電能力受到電場的作用而改變，即改變外加電壓的大小和面的導電能力受到電場的作用而改變，即改變外加電壓的大小和方向，可以控制半導體表面層中多數(shù)載流子的濃度和

34、類型，或控方向，可以控制半導體表面層中多數(shù)載流子的濃度和類型，或控制制PN結空間電荷區(qū)的寬度。結空間電荷區(qū)的寬度。v場效應晶體管場效應晶體管FET 與雙極型晶體管的比較與雙極型晶體管的比較 雙極型晶體管工作過程中不僅多數(shù)載流子參加導電，少數(shù)載流子也參雙極型晶體管工作過程中不僅多數(shù)載流子參加導電，少數(shù)載流子也參與導電，是根據(jù)擴散理論制成的電流控制器件；與導電，是根據(jù)擴散理論制成的電流控制器件； 而場效應管只有多數(shù)載流子參加導電，是以歐姆定律為依據(jù)的電壓控而場效應管只有多數(shù)載流子參加導電，是以歐姆定律為依據(jù)的電壓控制器件。制器件。N型溝道MOS管半導體分立器件半導體分立器件v場效應晶體管場效應晶體

35、管 場效應管是一種具有放大能力的三端器件；場效應管是一種具有放大能力的三端器件； 它輸入阻抗高，功耗小，溫度穩(wěn)定性好，信號能更穩(wěn)定的放大，它輸入阻抗高，功耗小，溫度穩(wěn)定性好，信號能更穩(wěn)定的放大，在許多場合已經(jīng)取代雙極型晶體管。在許多場合已經(jīng)取代雙極型晶體管。 分類分類 按構造和工藝不同：結型和絕緣型兩類。前者有兩個按構造和工藝不同：結型和絕緣型兩類。前者有兩個PN結，故稱為結結，故稱為結型；后者的柵極為絕緣體且與其他電極完全絕緣，稱為絕緣柵型。型；后者的柵極為絕緣體且與其他電極完全絕緣，稱為絕緣柵型。N型溝道MOS管半導體分立器件半導體分立器件v晶閘管：晶體閘流管、可控硅整流器晶閘管：晶體閘流

36、管、可控硅整流器 功能：控制電流作用，是交流電流開關器件；可實現(xiàn)對電量的開功能：控制電流作用，是交流電流開關器件；可實現(xiàn)對電量的開關、電機調速、調壓、控制溫度、控制濕度等；關、電機調速、調壓、控制溫度、控制濕度等； 晶閘管利用控制極的微弱觸發(fā)電流來導通，用電流的瞬時關斷或晶閘管利用控制極的微弱觸發(fā)電流來導通，用電流的瞬時關斷或反向流動等操作來關斷；反向流動等操作來關斷； 只用電子的操作來導通或關斷，沒有觸電和機械動作零件；只用電子的操作來導通或關斷，沒有觸電和機械動作零件； 不會出現(xiàn)出點接觸不良和零件機械磨損故障；不會出現(xiàn)出點接觸不良和零件機械磨損故障； 分類分類 普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導

37、晶閘管、門極關斷晶閘管等普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、門極關斷晶閘管等集成電路集成電路v 采用半導體制作工藝，在一塊較小的單晶硅片上制作上許采用半導體制作工藝，在一塊較小的單晶硅片上制作上許多晶體管及電阻器、電容器等元器件，并按照多層布線或多晶體管及電阻器、電容器等元器件，并按照多層布線或隧道布線的方法將元器件組合成完整的電子電路。隧道布線的方法將元器件組合成完整的電子電路。v分類分類 按處理信號類型：模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐?；按處理信號類型：模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐?； 按用途：接口電路、電源電路、專用電路、存儲器電路、計算機按用途：接口電路、電源電路、專用電路、存儲器電

38、路、計算機電路、數(shù)字信號處理器、微波集成電路等；電路、數(shù)字信號處理器、微波集成電路等； 按制造工藝：半導體集成電路、厚薄膜混合集成電路；按制造工藝：半導體集成電路、厚薄膜混合集成電路； 按照規(guī)模：小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、按照規(guī)模：小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路；超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路； 集成電路集成電路v 主要失效模式主要失效模式 漏電大或短路漏電大或短路 擊穿特性劣變擊穿特性劣變 正向壓降的劣變正向壓降的劣變 開路開路 高阻高阻v 失效機理失效機理 電遷移；電遷移； 熱載流子效應；熱載流子效應； 與時間相

39、關的介質擊穿與時間相關的介質擊穿(TDDB)； 腐蝕腐蝕熱載流子：當載流子從外界獲得了很大的能量時，即可成為熱載流子。熱熱載流子：當載流子從外界獲得了很大的能量時，即可成為熱載流子。熱載流子所表現(xiàn)出來的效應稱為熱載流子效應。載流子所表現(xiàn)出來的效應稱為熱載流子效應。v 電遷移電遷移在強電流流過金屬線時，金屬離子會在電流及其它因素的相互作用下移動并在線內形成孔隙、裂紋、小丘；v 外因：大電流密度、溫度外因：大電流密度、溫度v 內因：內因：金屬線線寬??；材料：不同材料抗電遷移能力不同；鋁、銅鋁合金、銅v 結果：造成金屬化的開路和短路，使器件漏電流增加。結果：造成金屬化的開路和短路，使器件漏電流增加。

40、 v 銀遷移（銀遷移（Silver MigrationSilver Migration）v 外因：外因：電場、潮濕電場、潮濕v 內因：含銀，間隔內因：含銀，間隔v 結果：銀離子從高電位向低電位遷移，并形成絮狀或枝蔓狀擴展結果：銀離子從高電位向低電位遷移，并形成絮狀或枝蔓狀擴展. .v 失效模式失效模式造成無電氣連接的導體間形成旁路，絕緣下降乃至短路。腐蝕模型腐蝕模型材料的化學或電化學性能的退化過程稱為腐蝕，腐蝕是一種依賴于時間的耗損型失效機理。腐蝕可以改變材料的電性能和熱性能。腐蝕速率與材料屬性、幾何尺寸和離子污染物等因素有關。常見的腐蝕類型有：均勻腐蝕：在所暴露的整個表面上都有化學反應進行，

41、材料變得越來越薄，直到被腐蝕掉；原電池腐蝕：多種金屬接觸時產(chǎn)生，材料的電化學性能差異越明顯，腐蝕越嚴重；應力腐蝕：在腐蝕和機械應力同時作用下產(chǎn)生。在受到張力的部位，容易發(fā)生陽極溶解，溶解后陽極區(qū)域面積縮小，促使應力更加集中，形成惡性循環(huán)。腐蝕的失效物理模型如下式所示： 式中，A為與腐蝕面積相關的常數(shù)，RH為相對濕度，n為經(jīng)驗常數(shù)，一般取3，Ea為激活能，通過試驗測得，k為波爾茲曼常數(shù)，T為環(huán)境溫度，單位K。腐蝕模型腐蝕模型expnaEMTTFA RHkT2022-4-30MOS晶體管的動作晶體管的動作 MOS晶體管實質上是一種使晶體管實質上是一種使電流時而流過，時而切斷的電流時而流過，時而切斷的n+n+P型硅基板型硅基板柵極（金屬）柵極（金屬）絕緣層（絕緣層（SiO2）半半導導體體基基板板漏極漏極源極源極源極源極(S)漏極漏極(D)柵極柵極