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影响功率半导体器件用硅外延片清洗质量的因素

薛宏伟周晓龙刘永刚（河北普兴电子科技股份有限公司）摘要：硅外延片非常适合且已经被广泛用作制备功率半导体器件，但其供给远远不能满足市场需求。硅外延片清洗后，可能会造成表面有机物、颗粒、金属污染物和水痕残留，直接影响到功率半导体器件用晶圆加工过程的稳定性和加工产品的最终良率。从人机料法环等环节，分析了这些影响因素的来源和实际生产过程中使用的方法。利用新型清洗技术，可以减少传统清洗工艺对环境的影响。根据清洗机和工艺的实际情况，及时发现和解决清洗遇到的问题，才能保证清洗质量稳定在较高的水平，满足晶圆加工厂家的要求。0 引言功率半导体器件是电力电子行业应用非常广泛的基础元器件。随着人类文明和时代的进步，新能源、物联网、高铁、变频家电等领域的新兴需求日益增长，驱动着功率半导体器件的研制和应用水平水涨船高。中国是全球最大的功率半导体器件消费国家，功率半导体器件细分的主要几大产品如 IGBT、MOSFET 等，供给远远不能满足市场需求。硅是半导体行业最主要的基础材料，与晶体原生缺陷富集的硅抛光片相比，硅外延片表面的外延层中氧含量也更低，更适合并且已经被广泛用作制备功率半导体器件。清洗作为半导体产业中的一环，其重要性已经越来越被人们所认知。硅外延片清洗质量的好坏，直接影响到后续晶圆加工过程的稳定性和加工产品的最终良率，因此行业持续对清洗后的硅外延片表面质量提出了越来越高的要求。如何更有效地去除硅外延片表面的有机物、颗粒、金属污染物和粒状水痕，已经成为硅外延片生产厂家共同面临的一个重要课题。1 影响因素分析硅外延片清洗普遍采用 RCA 法，利用去离子水和化学液，加以兆声、甩干和加热等方式，将外延片表面的外来沾污去除。但是清洗过程中，如果在人、机、料、法、环等环节处理不当，可能就会造成表面残留有机物、颗粒、金属污染物和水痕等影响功率半导体器件制造过程和制造良率的不佳因素。比如，颗粒的粒径和数量直接影响晶圆加工后的成品率，金属会造成少数载流子寿命缩短等问题。为了使清洗后的外延片能满足下游功率半导体器件厂家的要求，需要对这些因素的来源进行分析，并对这些因素在人、机、料、法、环等环节中造成的问题进行规避，提高清洗质量。1.1 有机物有机物沾污包括硅外延片表面的碳和以成键的形式与硅结合的碳。它的来源很广泛，如人的皮肤油脂、防锈油和润滑油以及蜡等。这些物质通常都会对加工进程带来不良的影响。另外，表面附着的有机物也会影响硅片表面沾污的清洗效率，阻止化学清洗达到预期效果。硅外延片表面的有机物去除通常会用到 SPM（H2SO4+H2O2+H2O）化学液，SPM 可以将有机物氧化生成 H2O 和 CO2。但是 SPM 化学液的过量使用对环境有不利的影响，因此氧化还原势更高的臭氧（O3）逐渐被人们用来去除有机物。针对有机物沾污，关键是加强对清洗过程中人为环节和清洗机设备的管控，对人为环节的管控包括清洗全程使用真空镊子等夹具和机械手持片等，对清洗机设备的管控包括机械部分使用的防锈油或润滑油绝对不能造成清洗机台面和清洗槽的沾污等，同时清洗机所使用的化学液要单独存放，不能与任何有机物混放。通过以上管控措施，即使不特别使用 SPM化学液或臭氧清洗，也不会造成有机物对清洗过程的影响和最终有机物的残留。1.2 表面颗粒颗粒是硅外延片最常见的一种表面缺陷，不仅会直接带来器件的失效，还会破坏布线的完整性，解决好颗粒问题是提高外延成品率的关键。硅外延片表面上的颗粒，有的是在衬底上就存在，“开盒即用”长完外延后，可能就会在原有的颗粒位置上出现点状的颗粒；有的是在外延过程中或生长结束后，由于反应腔室的环境引入的颗粒，造成外延片表面出现大小不一的颗粒；还有的是在外延片测试、存放、运输等过程中增加的颗粒。在应用广泛的湿法清洗环节中的SC1（或 APM ：NH4OH+H2O2+H2O）化学液主要是用来去除外延过程结束后附着在硅外延片表面颗粒的，兆声是靠化学液清洗槽下方的振板产生的，声波在液态介质中传播产生非周期性声波流并作用在硅外延片表面，使得表面附着的滞留层厚度减小，从而使 SC1 化学液清洗不掉的粒径较小的颗粒更容易被声波流去除，然后被化学清洗液带走，达到增加清洗效果的目的。SC1 化学液的浓度（特别是 NH4OH 的浓度）和温度同样会影响去表面颗粒的效果，SC1 的浓度和温度过低，会降低化学液去颗粒的能力，但浓度和温度过高，又会加速化学液的挥发并且影响硅外延片表面的粗糙度，因此为了达到平衡，可以利用化学液补液系统进行补液，补液量范围可以控制在 100~200 ml/h，另外还可以在石英槽上部进行遮盖减少挥发。为了进一步减少洗后的表面颗粒，可以采用以下途径：增加预清洗步骤，增加 SC1 化学液清洗槽，增加兆声功率、循环化学液等手段；提高石英槽内花篮材质的硬度；提高清洗间、测试间和外延片存放环境的净化等级；提高清洗槽内的纯水和化学液的颗粒水平。利用上述方法，硅外延片可以做到清洗后40 nm 颗粒增加小于 30 个，6 英寸硅外延片表面 0.2 um颗粒小于 10 个，8 英寸硅外延片表面 0.2 um 颗粒小于20 个。利用相同来源的硅衬底在同一个外延设备上生长相同参数的外延片，清洗后使用相同测试菜单测试颗粒，利用 KLATencor 公司 Surfscan SP1 型颗粒测试仪测量 8英寸硅外延片表面颗粒水平，改善前，＞ 0.20 um 颗粒数量典型值超过 20 个，改善后，＞ 0.20 um 颗粒数量典型值能控制在 10 个左右，颗粒去除比例明显提升（见图 1）。1.3 金属污染物金属沾污会增加硅功率器件的漏电流密度，影响器件的稳定性，破坏器件的性能。如铁会减少少数载流子的寿命，钠会在氧化层中引起移动电荷，铜会在硅 - 二氧化硅界面形成富铜的沉淀破坏薄氧化层的完整性。硅外延片表面的金属可能是来源于衬底和化学液的原生沾污、清洗设备带来的系统沾污或环境引入的外来沾污等。通常应用 SC2（或 HPM ：HCl+H2O2+H2O）化学液来降低硅外延片表面的金属含量，但是 SC2 化学液结晶可能会增加洗后表面小直径颗粒的数量，可以用氢氟酸（HF）代替盐酸（HCl）或用 O3 配合 HF 替代 SC2化学液，也能很好地达到去金属的目的。一般晶圆加工厂家对 Na、Cu、Al、Fe 等主要金属，要求用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry）测得的含量最高不能大于 5×1010Atms/cm2。为了满足对金属含量更低的要求，可以使用更高等级的化学液，监控 SC2 化学液浓度并进行及时补液，增加 SC2 化学液浓度，定期清理 SC2 化学液槽，系统阀门和管路进行周期维护。采取这些降低金属含量水平的手段后，硅外延片经过清洗后，利用 Agilent 公司7900 ICP-MS 测试仪测量外延片表面主要元素含量可以持续稳定在不高于 1×1010 Atms/cm2 或者更低水平，利用 SEMILAB 公司 FAaST 210 型 SPV 测试仪测量外延片 Fe 离子平均浓度在 1010 cm-3 量级（表 2 和图2）。1.4 表面水痕水痕是因为干燥不充分，硅外延片表面的水形成水滴，与硅在水中氧化形成的二氧化硅（SiO2）进行反应，形成稳定的偏硅酸（H2SiO3）：2H2O+Si -> SiO2+4H+Si+O2 -> SiO2SiO2+H2O -> H2SiO3这些偏硅酸在清洗后的硅外延片表面表现为颗粒状水痕。由于水痕会影响刻蚀的完整性，引起区域性芯片失效，造成最终良率损失。经过湿法清洗后的硅外延片，通常采用以下两种技术进行干燥：表面张力干燥技术（Marangoni dry method）和旋转干燥技术（Rotagoni dry method），配合异丙醇蒸汽（IPA vapor）或红外干燥（IR dry），加强对硅外延片表面的干燥。由这两种技术可以组合出多种硅外延片的干燥方法，比如：在硅外延片从去离子水槽中进行慢提拉过程中，利用异丙醇与去离子水之间表面张力的不同（异丙醇表面张力小于去离子水），将异丙醇蒸汽吹向外延片表面，使得硅外延片表面的异丙醇浓度高于去离子水内的异丙醇浓度，较小的异丙醇表面张力将水从硅外延片表面移除；利用硅外延片在高速旋转时产生的离心力移除表面去离子水的同时，向硅外延片表面喷射异丙醇蒸汽，同样是利用异丙醇与去离子水之间表面张力的差异，加强干燥效果；将硅外延片从去离子水槽中进行慢提拉后，对硅外延片进行红外辐射，达到完全干燥的目的。2 清洗技术进展随着微电子产业技术的进步，硅外延片的直径越来越大，器件的结构和线宽越来越小，不仅仅对硅外延片的厚度和电阻率的均匀性要求越来越高，对硅外延片的表面状态特别是清洁程度的要求也越来越严苛。由美国无线公司开发的浸泡式 RCA 化学清洗工艺得到广泛应用，但是无法在一道清洗工序中同时实现对硅外延片表面的有机物、颗粒、金属污染物和粒状水痕高质量的去除。另外，工艺中会用到大量纯水，化学液本身会对硅外延片表面带来微粗糙度的影响，化学液的排放还会对环境造成不可逆的破坏和污染。为了减少传统清洗工艺对环境的影响，新型清洗技术的开发成为必然趋势。日本东北大学Ohmi 教授利用超净水溶解 O3 的强氧化性，可以带来更为平坦的氧化膜，还可以去除 C-H 键结合的有机物和金属。利用H2O2 的氧化作用和 HF 清洗液的强活性，可以使硅外延片表面氧化层上附着的金属同氧化层一同被溶解去除。将O3 和 HF 清洗液配合用到 RCA 标准清洗工艺中，可以减小对表面微粗糙度的影响，并提升清洗效果，配合单片清洗机的使用，还可以有效减少纯水和化学液的使用量。3 结语功率半导体器件用硅外延片清洗质量的高低，固然与清洗机的设计理念和部件配置有直接关系，但是设备因素只是人、机、料、法、环影响要素中的一个。RCA标准清洗工艺经过 30 余年的发展，已经演变出很多种新的工艺，而且每台清洗机的工艺都不会完全一样，也不会一成不变。在实际清洗过程中，还需要对操作者、设备保养、化学液浓度、工艺流程和清洗环境等环节进行标准化管理，遇到相关清洗问题（如本文提到的表面有机物、颗粒、金属污染物和粒状水痕去除效果变差）比例增加的情况，能够及时发现和解决，才能保证清洗质量维持在比较高的水平，从而满足晶圆加工厂家的需求。

01-03 42浏览
分享一个长按开关机电路设计

第一个电路是我素未谋面的朋友抄的电路，这个电路是在一个已经量产产品上的电路，所以说大家也是可以放心借鉴与参考（可以适当增加防护或缓起等）。做低功耗的应该会比较实用，因为断电就是0功耗（仅有一点点PMOS漏电），非常好用省电。

01-02 97浏览
NMOS管比PMOS管更受欢迎？是真的吗？

NMOS在实际应用中为何比PMOS要更受欢迎，本文将从导电沟道、电子迁移率和器件速度等多个方面来展开讲解。首先是在性能方面考虑：与NMOS管驱动能力相同的一个PMOS管，其器件面积可能是NMOS管的2～3倍，然而器件面积会影响导通电阻、输入/输出电容，而这些相关的参数容易导致电路的延迟。同样，在相同的尺寸条件下，PMOS管沟道导通电阻比NMOS要大一些，这样开关导通损耗相应也会比NMOS管要大一些。在沟道方面我们还可以进行再详解： NMOS的沟道是由 N 型半导体构成，而PMOS的沟道则是由P型半导体构成。由于N型半导体的电子浓度比P型半导体高，所以NMOS的电子迁移率比PMOS高，也就是说，在相同的电场下，NMOS中的电子速度比PMOS中的电子速度快。在这里我们需要提到，由于有了迁移率的差别，才有速度与沟道导通电阻的差别，也正是如此，PMOS管的应用范围受到限制。在工艺方面，PMOS管与NMOS管的制造差异并不大，随着工艺的不断进步，这种差异也已经越来越小。那么，为什么NMOS的电子迁移率比PMOS高，NMOS中的电子速度比PMOS中的电子速度快？我们简单先了解电子/空穴迁移率：电子迁移率，指的是电子在电场力作用下运动快慢的物理量。电子浓度相同的两种半导体材料，一般情况下，在两端施加相同的电压，迁移率更大的那个半导体材料，它里面的电子运动速度越快，单位时间通过的电子数会越多，也就是说，电流越大。因此我们可以解释为，电子迁移率越高的半导体材料，其电阻率越低，在通过相同的电流时，其损耗会越小。空穴迁移率与电子迁移率一样，空穴迁移率越高，损耗越小。不过在一般情况下（上面也有提到），电子的迁移率是要比空穴要高的。这是因为空穴是电子的空位，空穴的运动，本质上来讲，是电子从一个空穴移动到另外一个空穴。这里就要回来讲NMOS和PMOS的导电沟道差异了。 MOS的载流子只有一种，电子或者空穴。在偏压下会形成反型层作为导电沟道，也就是载流子的迁移路径。 NMOS管在导通时形成的是N型导电沟道，也就是说用来导电的是电子。而PMOS管导通，形成的是P型导电沟道，用来导电的是空穴。简单笔记如下：类别沟道载流子 NMOS N型电子 PMOS P型空穴一般而言，电子迁移速率是空穴迁移速率的五到十倍，根据材料和结构以及其本身特性的不同，这个倍数甚至会更高。因为电子比空穴的迁移率要高，所以同体积大小与同掺杂的情况下，NMOS管的损耗要比PMOS管小很多。除了功耗之外，电子/空穴迁移率还影响着器件的速度。 NMOS管的截止频率（输入/输出 = 1时的频率）从结果会得出，截止频率与电子迁移率成正比。因此，电子迁移率越高，NMOS管可以在更高的频率的情况下工作。当NMOS的Vgs电压高频率变化时，形成的导电沟道的厚薄也会跟着发生变化。这个导电沟道的变化是通过电子的移动来形成的，电子移动速度越快（换言之电子迁移率越高），那么导电沟道就能更快地响应Vgs的变化，其中的缘由涉及到NMOS管的工作原理。这就说明，电子迁移率越高，器件的工作频率越高。同样的，PMOS管也一样。除了以上讲的几个方面外，选择NMOS管较多的还有其它因素，比如价格问题，市面上的PMOS一般会比NMOS的价格要高，这是因为市场经济方面多个因素构成的，在选择MOS管时，NMOS在综合考虑之后被选择的要多的多。对于NMOS管在实际应用中更受欢迎的原因，最后做个简单总结： ①NMOS的沟道导通电阻要比PMOS小得多，其开关导通损耗较小； ②NMOS是N型沟道，载流子是电子；PMOS是P型沟道，载流子是空穴。电子迁移速率比空穴迁移速率要快，在损耗方面与开关速度方面NMOS更有优势； ③N型MOS管通过的电流能力相比PMOS会更大； ④市面上的价格等因素影响。

01-02 60浏览
传输线的特性阻抗

首先我们应该清楚一个概念：在高速板卡中，传输线不能仅仅看作是理想的导线，而是需要考虑各种寄生参数，比如寄生电容，寄生电感，寄生电阻等。这些参数综合起来称之为传输线的特性阻抗。图1 图1中等效阻抗: 那图1中的模型是怎么来的？或者说为什么传输线在高频时为什么需要做等效模型？图2（来源于网络）图2中的左边图所示，无论是什么样的信号线，最终都是需要回流到参考平面（GND），当然电源也是一样需要回流到GND。PCB在生产制作的过程中，是无法避免线路和参考平面之间存在寄生电容，寄生电感，寄生电阻。信号在传输线中传输的过程中，每一步都会遇到不同的寄生参数，所以常说的阻抗控制，就是需要控制整条传输线的寄生参数保持一致，这个就需要整条传输线每处都需要做到均匀，而这也可以称为阻抗连续，反之就称之为阻抗不连续。高速板卡中，信号在阻抗不连续的传输线上传输就有可能出现信号反射的情况！那什么是信号反射？有什么危害？在传输线中，当信号遇到阻抗不连续的节点时，就会出现信号发射的情况，这个阻抗不连续的节点也称为瞬态阻抗。如下图3所示，传输线由50Ω突变成70Ω时的情况，A和C都遇到阻抗突变点，会沿着输入路径反射回去（信号反射），而只有B顺利通过。图3信号的反射会直接造成信号的失真，信号的完整性，还会增加额外的噪音，干扰其他信号的正常运行，影响整机的稳定性。图4所以在PCB走线时，为什么要保证同一个网络的线宽要一致，就是出于这方面的考虑！在低频电路中，我们基本上都不会考虑阻抗匹配的问题，可以说是直接习惯性的忽略了，其根本原因是低频信号的波长相对于传输线来说实在太长了，根本不会产生发射问题（举个栗子：就像往大海里面倒入一杯水一样，起不了太大的涟漪）比如说一个信号的频率f=1KHZ，根据波长的计算公式： λ＝u/f其中： λ为波长，u为电磁波在真空中传输的速度，约等于光速3*10^8m/s可以计算出 λ=3*10^8m/s/1000HZ=300000m 300000m的波长远远大于传输线的长度。那其实由 λ＝u/f可知，f越大，波长λ越短。当波长短到和传输线的长度相等时（或者大于波长的1/4），由于阻抗问题，就会出现源信号和发射信号叠加在一起的现象，最典型的波形表现就是“振铃”！所以在高速板卡的设计中，我们会经常听到“阻抗匹配”，这是非常关键的，也是高速板卡设计的重中之重。阻抗匹配具体就是指信号源的阻抗，传输线的阻抗，还有接收端的阻抗处于一种合适的状态！

2024-12-20 234浏览
电池低温启动的问题

1. 电池或电源问题原因：电池在低温环境下放电能力降低，内阻增大，可能导致设备供电不足。电源管理电路无法正常启动或供电电压偏低。我们设备采用锂电池，锂电池在低温时候放电能力急剧下降。锂电池的电解液负责锂离子的传导，在低温下，电解液的粘度会增加，甚至可能部分结晶化，导致锂离子的迁移率显著下降。这种传输能力的降低会直接影响电池的内阻增大，使得电池的放电能力减弱。解决措施：使用低温性能优异的电池（如锂亚硫酰氯电池或特殊锂离子电池）。测试供电电路在低温环境下的输出是否稳定，必要时优化电源设计。增加加热器或电池保温措施。我们先定位问题，由于是室外移动设备。我们采取给怀疑的电源模块贴暖宝宝的方式，看能否改善，先锁定聚焦具体的问题点；同时在杭州实验室用高低温温箱同步实验，看电源模块是否有问题。 2. 电容器特性退化原因：常规电解电容器在低温下等效串联电阻（ESR）增加，导致滤波效果变差。陶瓷电容的温度特性可能使电容值下降。解决措施：替换为宽温度范围（如 -55°C 至 +125°C）的低温专用电容器。优化电源滤波电路以适应低温特性。增强电容滤波特性，增加设计余量，考虑低温情况下，电容容值和ESR变化带来的影响，以及选择更大容值，或者更低ESR电容。 3. 振荡电路启动失败原因：晶体振荡器在低温下起振困难或频率漂移。晶体参数与电路不匹配，导致低温下的振荡裕度不足。解决措施：使用宽温晶体振荡器或增加起振电路的裕度。在低温环境下测量振荡信号，并调整匹配电容值。 4. 半导体器件性能下降原因：半导体器件的阈值电压随温度变化，低温下可能导致MOSFET或BJT无法正常导通。放大器的偏置点可能偏移，导致工作点异常。解决措施：选择适合低温工作的半导体器件（标明工作温度范围）。调整电路设计，确保器件在低温下的工作点正常。这种情况是比较多大。二极管的低温特性特性变化：正向压降增大：二极管的正向压降（Vf）随温度降低而增加，每降低 1°C，典型值增大约2−2.5mV。在低温下，正向压降过高可能导致电路无法正常导通。反向漏电流减小：低温会降低少子浓度，反向漏电流显著减小，有利于减小反向功耗。针对这个特性来说，高温容易出问题。开关速度变化：开关速度可能受影响，尤其是高速肖特基二极管，因载流子存储效应变慢。解决措施：选择正向压降更低的器件（如低温特性更好的肖特基二极管或快速恢复二极管）。增加电路的驱动裕量，确保二极管在低温下仍能导通。验证开关频率与二极管的反向恢复时间匹配。三极管（BJT）的低温特性特性变化：增益变化：三极管的直流增益（hFE）在低温下减小，这是由于少子寿命缩短导致的。低增益可能导致放大器性能下降，或开关电路驱动不足。 V_BE 电压升高：基-射极电压（VBE）随温度降低而增加，约2mV/°C 如果驱动电压不足，可能导致器件无法完全导通。饱和电压降低： VCE(sat)（饱和压降）通常会降低，有利于开关损耗减小。解决措施：调整偏置电阻值或选择宽温增益稳定的器件。增加驱动电压裕量以应对VB增高问题。对开关电路，测试是否在低温下仍能进入完全饱和状态。 MOSFET 的低温特性特性变化：阈值电压Vth增加： MOSFET 的开启阈值电压Vth随温度降低而增加，这可能导致低栅压驱动的电路无法导通。导通电阻RDS(on)减小：低温下载流子迁移率增加，使RDS(on)减小，导通损耗降低。开关特性变化：栅极电容的特性可能随温度改变，影响开关速度。雪崩耐量提高：在低温下，MOSFET 的雪崩电流能力（耐压能力）通常增强。解决措施：选择阈值电压较低的 MOSFET（如适合低温工作的逻辑级 MOSFET）。测试栅极驱动能力是否足够，以确保 MOSFET 在低温下能完全开启。针对高速开关电路，优化驱动电路的电容匹配。 5. 机械与连接问题原因：热膨胀/收缩效应导致机械连接松动或接触电阻增大。 PCB设计中，某些焊点在低温下产生微裂纹，导致接触不良。解决措施：检查和优化PCB工艺，确保焊点质量。使用宽温范围的连接器或焊接材料。 6. 软件/固件启动逻辑问题原因：系统在低温下的时序或复位逻辑异常，可能是由时钟源或电源稳定性引起。低温下 ADC 或其他关键传感器读取值异常，导致错误判断。解决措施：调整初始化逻辑，增加对关键时序的监控和恢复。校准温度传感器，增加低温下的异常检测和容错机制。 7. 其他外部因素原因：冷凝水或霜冻短路电路。低温导致材料变脆，可能引发机械损坏。解决措施：在低温环境下进行防潮设计，如涂覆防护漆。对设备进行严格的低温机械性能测试。

2024-12-19 188浏览
如何读懂电路原理图

要想看懂电路图，必须具备相关的专业知识，如果对这方面感兴趣的话可以自学。

2024-12-19 161浏览
PIC单片机与DC-DC转换器电路设计

一.实验目的 1. 认识电路板设计中的要素：元器件的类型（芯片、电阻、电容、电感、接插件等）、封装、安装方式，以及PCB设计、生产、验证等过程。 2. 认识原理图schematic中的元件符号、符号库、线、网络标签等；电路布板PCB Layout中的元件封装、封装库、布线、过孔、覆铜、层。 3. 掌握KiCad下载、安装和工作流程。 4.完成DC-DC转换电路的PCB layout。 5.掌握KiCad的第三方插件安装，能输出BOM文件。 6.掌握输出制造工艺要求的Gerber光绘文件。二.实验资源KiCad5.1.10软件（含Eeschema和Pcbnew工具）三.实验步骤1.PIC单片机电路(1) 根据KiCad指导书中的步骤绘制PIC单片机原理图(2) 进行连线，覆铜等操作 (3) 三维视图及物料表 2.sim卡座封装绘制阅读getting started in KiCad.pdf中第8章，KiCad的元件封装库，参照9.2数据手册中相关资料，完成元件7P自弹MICROSIM卡座的封装绘制。绘制结果如下： 3.DC-DC转换电路 (1)原理图绘制，使用给定的封装设置物料表： (2) 按照DC-DC电源PCB布局要点及布局板框和接口图，完成PCB布局布线 (3) 生成Gerber文件，(文件见工程压缩包) https://github.com/A-Y-1/HNU/tree/main/%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%B5%8B%E8%AF%95%E5%B9%B3%E5%8F%B0/%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%B5%8B%E8%AF%95%E5%B9%B3%E5%8F%B01四.实验总结1.通过实验熟悉了KidCad的使用，原理图的绘制，PCB布板的方法，物料表的生成，Gerber文件的生成，覆铜的方法等相关知识。2.通过实验完整的体验了电路设计及布板的流程，并学习了相关的方法和步骤3.认识了KidCad的元件库，封装库，和绘制元件符号的方法。4.完成了DC-DC原理图的绘制，了解了其电路工作原理。并完成了Gerber文件的生成以及通过嘉立创得到了样板，体会了自行设计电路的过程，解决了绘图和布线过程中的问题。5.布线需要清楚电路原理，并有耐心的进行覆铜，绘制等操作，才能完成合理，可用的电路布板。版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，原文链接：https://blog.csdn.net/Aaron503/article/details/125828091

2024-12-18 185浏览
为什么需要压敏电阻？

在电阻中，有一类特殊的存在，它就是压敏电阻，不同于一般都电阻，压敏电阻是一种典型的非线性电阻器件，它会在一定的电流电压范围内电阻值随电压而发生变化，当压敏电阻的两端电压低于阈值时，通过它的电流几乎为零，所以在电路设计过程中可不能把它当常规电阻使用。压敏电阻是防浪涌电路中常常会用到的一类电子元器件，其他的如TVS管，保险管，空气开关，TSS管等等都属于这类器件。压敏电阻英文全称Voltage Dependent Resistor，在电路中是以VR标识的，这个VR可不是VR眼镜。当然如果单看电路图的话，会发现有的压敏电阻的标识不是VR，而是标识成了MOV，那这又是为什么呢？这个就和压敏电阻的材质相关联了，目前市面上用的压敏电阻的材料一般是氧化锌（ZnO）为主体材料，然后再掺杂其他多种金属氧化物而组成，所以有点电路图中就会使用Metal Oxide Varistors金属氧化物压敏电阻来表示压敏电阻，而这个MOV就是这个英文首字母缩写，所以写成MOV也是没有问题的。压敏电阻不同于一般的电阻阻值可能在范围内不发生变化，主要的作用就是用来在电路有发生过压情况时进行电路保护电压钳位，吸收多余的电流从而保护后级电路。不过需要注意到的是，压敏电阻虽然可以吸收很大的浪涌能量，但是也是有限度的，它不能承受毫安级以上的持续电流，在电路需要应用压敏电阻时必须要考虑到这点。那么在使用压敏电阻时，有哪些参数是需要重点考虑的呢？压敏电压压敏电压（Varistor voltage）就是击穿电压、阈值电压，指的是在规定的直流电流流过压敏电阻时，压敏电阻两端的直流电压值，这个值大多数情况下都是在1mA直流电流流过压敏电阻时所测得的电压值。一般电压范围可在10~9000V之间，选型使用时根据实际情况进行选择。最大允许工作电压最大允许工作电压（Max.Allowable Voltage）指的是在环境温度25摄氏度下，允许连续施加在压敏电阻上的最大正弦电压的有效值或者直流工作电压。最大钳位电压最大钳位电压（Max.Clamping Voltage）指的是在标准脉冲电流波形下（8/20us）压敏电阻两端的最大电压。额定功率额定功率（Rated Power）指的是在环境温度25摄氏度下的最大允许平均功耗最大耐受的能量最大耐受的能量（Max.Energy）指的是使压敏电阻压敏电压波动±10%时的最大能量，测试电压为10/1000us（10us上升时间，1000us半峰值时间），也有的测试条件是8/20us 浪涌电流浪涌电流指的是施加规定的脉冲能量波形（如8/20us）的时候，压敏电阻的电气特性不会下降的最大电流。

2024-12-18 171浏览
最容易引发电路故障的元器件都有哪些？

01电容故障电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的，其中尤其以电解电容的损坏最为常见。电容损坏表现为：容量变小、完全失去容量、漏电、短路。电容在电路中所起的作用不同，引起的故障也各有特点：在工控电路板中，数字电路占绝大多数，电容多用做电源滤波，用做信号耦合和振荡电路的电容较少。用在开关电源中的电解电容如果损坏，则开关电源可能不起振，没有电压输出；或者输出电压滤波不好，电路因电压不稳而发生逻辑混乱，表现为机器工作时好时坏或开不了机，如果电容并在数字电路的电源正负极之间，故障表现同上。这在电脑主板上表现尤其明显，很多电脑用了几年就出现有时开不了机，有时又可以开机的现象，打开机箱，往往可以看见有电解电容鼓包的现象，如果将电容拆下来量一下容量，发现比实际值要低很多。电容的寿命与环境温度直接有关，环境温度越高，电容寿命越短。这个规律不但适用电解电容，也适用其它电容。所以在寻找故障电容时应重点检查和热源靠得比较近的电容，如散热片旁及大功率元器件旁的电容，离其越近，损坏的可能性就越大。所以在检修查找时应有所侧重。有些电容漏电比较严重，用手指触摸时甚至会烫手，这种电容必须更换。在检修时好时坏的故障时，排除了接触不良的可能性以外，一般大部分就是电容损坏引起的故障了。所以在碰到此类故障时，可以将电容重点检查一下，换掉电容后往往令人惊喜。 02电阻故障常看见许多初学者在检修电路时在电阻上折腾，又是拆又是焊的，其实修得多了，你只要了解了电阻的损坏特点，就不必大费周章。电阻是电器设备中数量最多的元件，但不是损坏率最高的元件。电阻损坏以开路最常见，阻值变大较少见，阻值变小十分少见。常见的有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻和保险电阻几种。前两种电阻应用最广，其损坏的特点一是低阻值 (100Ω以下) 和高阻值 (100kΩ以上) 的损坏率较高，中间阻值 (如几百欧到几十千欧) 的极少损坏；二是低阻值电阻损坏时往往是烧焦发黑，很容易发现，而高阻值电阻损坏时很少有痕迹。线绕电阻一般用作大电流限流，阻值不大；圆柱形线绕电阻烧坏时有的会发黑或表面爆皮、裂纹，有的没有痕迹；水泥电阻是线绕电阻的一种，烧坏时可能会断裂，否则也没有可见痕迹；保险电阻烧坏时有的表面会炸掉一块皮，有的也没有什么痕迹，但绝不会烧焦发黑。根据以上特点，在检查电阻时可有所侧重，快速找出损坏的电阻。根据以上列出的特点，我们先可以观察一下电路板上低阻值电阻有没有烧黑的痕迹，再根据电阻损坏时绝大多数开路或阻值变大以及高阻值电阻容易损坏的特点，我们就可以用万用表在电路板上先直接量高阻值的电阻两端的阻值。如果量得阻值比标称阻值大，则这个电阻肯定损坏 (要注意等阻值显示稳定后才下结论，因为电路中有可能并联电容元件，有一个充放电过程) ，如果量得阻值比标称阻值小，则一般不用理会它。这样在电路板上每一个电阻都量一遍，即使“错杀”一千，也不会放过一个了。 03运算放大器故障运算放大器好坏的判别对相当多的电子维修者有一定的难度，不只文化程度的关系，在此与大家共同探讨一下，希望对大家有所帮助。理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈，开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏，先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。根据放大器虚短的原理，就是说如果这个运算放大器工作正常的话，其同向输入端和反向输入端电压必然相等，即使有差别也是mv级的，当然在某些高输入阻抗电路中，万用表的内阻会对电压测试有点影响，但一般也不会超过0.2V，如果有0.5V以上的差别，则放大器必坏无疑。如果器件是做比较器用，则允许同向输入端和反向输入端不等。同向电压>反向电压，则输出电压接近正的最大值；同向电压<反向电压，则输出电压接近0V或负的最大值(视乎双电源或单电源)。如果检测到电压不符合这个规则，则器件必坏无疑！这样你不必使用代换法，不必拆下电路板上的芯片就可以判断运算放大器的好坏了。 04SMT元件故障有些贴片元件非常细小，用普通万用表表笔测试检修时很不方便，一是容易造成短路，二是对涂有绝缘涂层的电路板不便接触到元件管脚的金属部分。这里告诉大家一个简便方法，会给检测带来不少方便。取两枚最小号的缝衣针，将之与万用表笔靠紧，然后取一根多股电缆里的细铜线，用细铜线将表笔和缝衣针绑在一起，再用焊锡焊牢。这样用带有细小针尖的表笔去测那些SMT元件的时候就再无短路之虞，而且针尖可以刺破绝缘涂层，直捣关键部位，再也不必费神去刮那些膜膜了。 05公共电源短路故障电路板维修中，如果碰到公共电源短路的故障往往头大，因为很多器件都共用同一电源，每一个用此电源的器件都有短路的嫌疑。如果板上元件不多，采用“锄大地”的方式终归可以找到短路点；如果元件太多，“锄大地”能不能锄到状况就要靠运气了。在此推荐一比较管用的方法，采用此法，事半功倍，往往能很快找到故障点。要有一个电压电流皆可调的电源，电压0-30V，电流0-3A，这种电源不贵，大概300元左右。将开路电压调到器件电源电压水平，先将电流调至最小，将此电压加在电路的电源电压点如74系列芯片的5V和0V端，视乎短路程度，慢慢将电流增大。用手摸器件，当摸到某个器件发热明显，这个往往就是损坏的元件，可将之取下进一步测量确认。当然操作时电压一定不能超过器件的工作电压，并且不能接反，否则会烧坏其它好的器件。 06板卡故障工业控制用到的板卡越来越多，很多板卡采用金手指插入插槽的方式。由于工业现场环境恶劣，多尘、潮湿、多腐蚀气体的环境易使板卡产生接触不良故障，很多朋友可能通过更换板卡的方式解决了问题，但购买板卡的费用非常可观，尤其某些进口设备的板卡。其实大家不妨使用橡皮擦在金手指上反复擦几下，将金手指上的污物清理干净后，再试机，没准就解决了问题，方法简单又实用。 07电气故障各种时好时坏电气故障从概率大小来讲大概包括以下几种情况：接触不良：板卡与插槽接触不良、缆线内部折断时通时不通、线插头及接线端子接触不好、元器件虚焊等皆属此类；信号受干扰：对数字电路而言，在特定的情况条件下故障才会呈现，有可能确实是干扰太大影响了控制系统使其出错，也有电路板个别元件参数或整体表现参数出现了变化，使抗干扰能力趋向临界点从而出现故障；元器件热稳定性不好：从大量的维修实践来看，其中首推电解电容的热稳定性不好，其次是其它电容、三极管、二极管、IC、电阻等；电路板上有湿气、尘土等：湿气和积尘会导电具有电阻效应，而且在热胀冷缩的过程中阻值还会变化，这个电阻值会同其它元件有并联效果，这个效果比较强时就会改变电路参数使故障发生；软件也是考虑因素之一：电路中许多参数使用软件来调整，某些参数的裕量调得太低处于临界范围，当机器运行工况符合软件判定故障的理由时，那么报警就会出现。

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