电子元器件的分类

1、元器件质量与可靠性保证可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院付桂翠付桂翠2012年年09月月13日日讨论讨论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？本课程要讲述的主要内容本课程要讲述的主要内容课时安排及考核要求课时安排及考核要求v课时安排：课时安排：24学时，学时，2学时学时/次。次。v任课教师：付桂翠、张素娟任课教师：付桂翠、张素娟v课程安排：课堂教学课程安排：课堂教学22学时。学时。 考试考试2学时学时v考试安排：平时考核和期末闭卷考试相结合考试安排：平时考核和期末闭卷考试相结合 其中平时成绩占其中平时成绩占30%，期末成绩占，期末成绩占 70%。使用教材：付桂

2、翠，电子元器件可靠性技术教程使用教材：付桂翠，电子元器件可靠性技术教程 北航出版社。北航出版社。2010第一讲第一讲 内容提要内容提要现代元器件的发展现代元器件的发展1 1元器件的分类元器件的分类2 2历史回顾历史回顾v 电子管的诞生电子管的诞生1906 年，美国物理学家，年，美国物理学家，“电子管之父电子管之父”Lee De Forest发明了真空三极管，利用这种新发明了真空三极管，利用这种新的元件，电路能够实现放大、振荡和开关等功能；的元件，电路能够实现放大、振荡和开关等功能；真空三极管的发明，使电子管成为实用的器件；真空三极管的发明，使电子管成为实用的器件；功耗大，产生的热量过多，且极易

3、烧坏；功耗大，产生的热量过多，且极易烧坏；1946年诞生的第一台电子计算机年诞生的第一台电子计算机ENIAC，其中采用了大约，其中采用了大约18,000只电子管，只电子管，,占地面积占地面积170多平方米，重量约多平方米，重量约30吨，功率吨，功率25KW。这台机器每隔两天发生一次故障。这台机器每隔两天发生一次故障。 历史回顾历史回顾v 第一个半导体晶体管的诞生第一个半导体晶体管的诞生 1947年年12月月16日：日：William Shockley、John Bardeen和和Walter Brattain成功地在成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管；贝尔实验室制造出第一个晶体管； 评价：晶

4、体管评价：晶体管“使我们的社会发生了伟大变革，这场变革的深远意义不亚于钢使我们的社会发生了伟大变革，这场变革的深远意义不亚于钢铁的发现、蒸汽机的发明以及英国工业革命。铁的发现、蒸汽机的发明以及英国工业革命。” 1950年，年，William Shockley又开发出双极晶体管，这是现在通行的标准晶体管；又开发出双极晶体管，这是现在通行的标准晶体管； 1954年年5月月24日，贝尔实验室使用日，贝尔实验室使用800只晶体管组装了世界上第一台晶体管计算只晶体管组装了世界上第一台晶体管计算机机TRADIC, 功率功率100瓦瓦。历史回顾历史回顾v第一块集成电路的发明第一块集成电路的发明 1958年年

5、9月月12日，基尔比研制出世界上第一块集成电路；日，基尔比研制出世界上第一块集成电路； 具有五个集成元件的简单振荡电路，电路中的元器件，包括二极具有五个集成元件的简单振荡电路，电路中的元器件，包括二极管、晶体管、电阻和电容等全部制造在了同一个晶片上；管、晶体管、电阻和电容等全部制造在了同一个晶片上； 半导体材料：锗半导体材料：锗杰克杰克 基尔比基尔比-集成电路之父集成电路之父第一块集成电路第一块集成电路历史回顾历史回顾v 集成电路由集成电路由“发明时代发明时代”进入进入“商用时代商用时代” 1959年年7月，仙童半导体的诺伊斯月，仙童半导体的诺伊斯(Robert Noyce)研究出一种二氧化硅

6、的扩散研究出一种二氧化硅的扩散技术和技术和PN结的隔离技术，并创造性地在氧化膜上制作出铝条连线，使元件和结的隔离技术，并创造性地在氧化膜上制作出铝条连线，使元件和导线合成一体，从而为半导体集成电路的平面制作工艺、为工业大批量生产导线合成一体，从而为半导体集成电路的平面制作工艺、为工业大批量生产奠定了坚实的基础；奠定了坚实的基础； 半导体材料：硅地球上含量最丰富之一的元素，商业化价值更大，成本更半导体材料：硅地球上含量最丰富之一的元素，商业化价值更大，成本更低；低； 1961年，仙童半导体公司和德州仪器公司共同推出了第一颗商用集成电路。年，仙童半导体公司和德州仪器公司共同推出了第一颗商用集成电路

7、。 罗伯特罗伯特.诺伊斯诺伊斯世界上第一台用集成电路计算机世界上第一台用集成电路计算机-IBM360现代元器件的发展电子管电子管1晶体管晶体管2集成电路集成电路3190619471958MEMS41959Lee De Forest William ShockleyJohn BardeenWalter Brattain 1956年诺贝尔物理学奖 FeymanTheres Plenty of room at the bottom Kilby2000年的诺贝尔物理学奖 元器件的分类元器件的概念与分类元器件的概念与分类1 1元器件的功能与命名元器件的功能与命名2 2元器件的失效模式和失效机理元器件的失

8、效模式和失效机理3 3元器件的概念元器件的概念v 在在ESA标准中对元器件的定义为：完成某一电子、电气或标准中对元器件的定义为：完成某一电子、电气或机电功能，并由一个或几个部分构成而且一般不能被分解机电功能，并由一个或几个部分构成而且一般不能被分解或不会破坏的某个装置或不会破坏的某个装置；v GJB4027-2000 军用电子元器件破坏性物理分析方法军用电子元器件破坏性物理分析方法将元器件定义为：在电子线路或电子设备中执行电气、电将元器件定义为：在电子线路或电子设备中执行电气、电子、电磁、机电或光电功能的基本单元。该基本单元可由子、电磁、机电或光电功能的基本单元。该基本单元可由一个或多个零件组

9、成，通常不破坏是不能将其分解的。一个或多个零件组成，通常不破坏是不能将其分解的。元器件的分类元器件的分类v元件元件: 指在工厂生产加工时不改变分子成份的成品，如电阻器、电容器、指在工厂生产加工时不改变分子成份的成品，如电阻器、电容器、电感器；电感器； 本身不产生电子，对电压、电流无控制和变换作用；本身不产生电子，对电压、电流无控制和变换作用； 元件又分为：电气元件和机电元件；元件又分为：电气元件和机电元件；v器件：器件： 指在工厂生产加工时改变了分子结构的成品。例如晶体管、电子指在工厂生产加工时改变了分子结构的成品。例如晶体管、电子管、集成电路；管、集成电路； 本身能产生电子，对电压、电流有控

10、制、变换作用（如放大、开本身能产生电子，对电压、电流有控制、变换作用（如放大、开关、整流、检波、振荡和调制等），又称电子器件。关、整流、检波、振荡和调制等），又称电子器件。元器件分类总图元器件的分类元器件的分类电气元件电气元件电阻器电阻器v 电阻器能对电能进行吸收，故在电路中通常起限流、降压、电阻器能对电能进行吸收，故在电路中通常起限流、降压、分压的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电分压的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻器；阻器；v 按照材料可分为碳膜电阻器，金属膜电阻器、氧化膜电阻、按照材料可分为碳膜电阻器，金属膜电阻器、氧化膜电阻、玻璃釉电阻器等。玻璃釉电阻器等。

11、(a) 金属膜电阻器金属膜电阻器(b) 玻璃釉电阻器玻璃釉电阻器(c) 贴片电阻器贴片电阻器电阻器结构与工艺电阻器结构与工艺 电阻器的结构与工艺电阻器的结构与工艺电阻器失效电阻器失效电阻膜的局部腐蚀电阻膜的局部腐蚀电阻器电阻器v 标注方法标注方法直接标注法；直接标注法；文字符号法；文字符号法；色环标注法；色环标注法； 数字法：数字法：101表示表示100的电阻，的电阻，102表示表示1K的电阻，的电阻，223表示表示22K。第一部分(主称)第二部分(电阻材料)第三部分(分类)第四部分第五部分符号意义符号意义符号电阻电位序号区别代号RWM一般电阻电位器敏感电阻THSNJYCIX碳膜合成膜有机实芯

12、无机实芯金属膜氧化膜沉积膜玻璃釉膜线绕123456789GTWD普通普通超高频高阻高温精密高压特殊高功率可调普通普通精密函数特殊微调多圈用数字表示，有的表示外形尺寸用大写字母表示电阻与电位器命名方法RJ7*：金属膜精密电阻器：金属膜精密电阻器电阻器电阻器v特殊电阻器特殊电阻器 ： 指其阻值随温度、光通、电压、机械力、湿度、磁通、气体等外指其阻值随温度、光通、电压、机械力、湿度、磁通、气体等外界因素变化的电阻器；界因素变化的电阻器； 包括包括熔断电阻器和敏感电阻器熔断电阻器和敏感电阻器； 熔断电阻器熔断电阻器又称为保险丝电阻器，超过又称为保险丝电阻器，超过其额定功率其额定功率，可以熔断，可以熔断

13、，使电路开路，从而保护贵重元件，防止故障扩大；使电路开路，从而保护贵重元件，防止故障扩大； 敏感电阻器也称为半导体电阻器。常见的有热敏、敏感电阻器也称为半导体电阻器。常见的有热敏、光敏光敏、磁敏、磁敏、气敏、力敏等电阻器。气敏、力敏等电阻器。熔断电阻器电位器电位器v 电位器是靠电刷在电阻体上的滑动来取得电阻的变化，并在加电压时，电位器是靠电刷在电阻体上的滑动来取得电阻的变化，并在加电压时，取得与电刷位移成一定关系的输出电压的元件；取得与电刷位移成一定关系的输出电压的元件；v 实际上是连续可调的电阻器；实际上是连续可调的电阻器；v 在电路中可在电路中可实现信号或电量控制实现信号或电量控制等作用；

14、等作用；v 常见电位器绕线电位器、双联电位器、微调电位器、直滑电位器等常见电位器绕线电位器、双联电位器、微调电位器、直滑电位器等 (a) 绕线电位器 (b) 双联电位器 (c) 微调电位器 (d) 直滑式电位器电位器电位器v绕线电位器主要失效模式绕线电位器主要失效模式 开路开路 电刷接触不良电刷接触不良(压力过低、氧化、腐蚀、线径不均压力过低、氧化、腐蚀、线径不均)； 电刷接触压力过大等引起断线。电刷接触压力过大等引起断线。 接触不良；接触不良； 滑动噪声大；滑动噪声大； 阻值超差。阻值超差。电容器电容器v 用量仅次于电阻器；用量仅次于电阻器；v 电容器能被充电和放电，稳态直流电流不能通过电容

15、器，电容器能被充电和放电，稳态直流电流不能通过电容器，在交流或脉冲直流电路中，电流能通过电容器；在交流或脉冲直流电路中，电流能通过电容器；v 功能功能：滤波、调谐、：滤波、调谐、旁路、耦合；旁路、耦合；v 电容器是由两个金属电极，中间夹一层绝缘体构成；电容器是由两个金属电极，中间夹一层绝缘体构成；v 按照材料可分为纸介电容器、薄膜电容器、瓷介电容器、按照材料可分为纸介电容器、薄膜电容器、瓷介电容器、云母电容器、玻璃釉电容器、电解质电容器等云母电容器、玻璃釉电容器、电解质电容器等 。 (a) 瓷介电容器 (b) 电解质电容器低通滤波电路高通滤波电路 电容器通高频、阻低频电容器通高频、阻低频 电容

16、器的结构与工艺（含铝电解、液钽、固钽、瓷介）电容器的结构与工艺（含铝电解、液钽、固钽、瓷介）正极阴极 金属氧化膜电解质正极电容器结构与工艺电容器结构与工艺电解电容器的构造电解电容器的构造电容器铝外壳芯子封口橡胶导线浸有电解液的隔离纸阴极箔阳极箔芯子电容器电容器简单的平行板电容器的基本结构是由一个绝缘的中间介质层加外简单的平行板电容器的基本结构是由一个绝缘的中间介质层加外两个导电的金属电极，基本结构如下：两个导电的金属电极，基本结构如下：贴片电容的结构与之类似，主要贴片电容的结构与之类似，主要包括三大部分：陶瓷介质，金属内电包括三大部分：陶瓷介质，金属内电极，金属外电极。贴片电容是一个多极，金属

17、外电极。贴片电容是一个多层叠合的结构，简单地说它是由多个层叠合的结构，简单地说它是由多个简单平行板电容器的并联体。如右图简单平行板电容器的并联体。如右图所示：所示：贴片电容器贴片电容器电容器电容器表表2 电容器的主要失效模式、失效机理电容器的主要失效模式、失效机理电容器门类电容器门类失效模式失效模式失效机理失效机理铝电解电容器铝电解电容器漏液漏液密封不佳、橡胶老化龟裂、高温高压下电解液挥发密封不佳、橡胶老化龟裂、高温高压下电解液挥发炸裂炸裂工作电压中交流成分过大、氧化膜介质缺陷、存在有害离工作电压中交流成分过大、氧化膜介质缺陷、存在有害离子、内气压高子、内气压高开路开路电化学腐蚀、引出箔片和阳

18、极接触不良、阳极引出箔片和电化学腐蚀、引出箔片和阳极接触不良、阳极引出箔片和焊片的铆接部分氧化焊片的铆接部分氧化短路短路阳极氧化膜破裂、氧化膜局部损伤、电解液老化或干涸、阳极氧化膜破裂、氧化膜局部损伤、电解液老化或干涸、工业缺陷工业缺陷电容量下降电容量下降电解液损耗较多、低温下电解液粘度增大电解液损耗较多、低温下电解液粘度增大漏电流增加漏电流增加氧化膜致密性差、氧化膜损伤、氯离子沾污氧化膜致密性差、氧化膜损伤、氯离子沾污漏液漏液密封工艺不佳密封工艺不佳瓷介电容器瓷介电容器开裂开裂热应力、机械应力热应力、机械应力短路短路介质材料缺陷、生产工艺缺陷、银电极迁移介质材料缺陷、生产工艺缺陷、银电极迁移

19、低电压失效低电压失效介质内部存在空洞、裂纹和气孔等缺陷介质内部存在空洞、裂纹和气孔等缺陷电容器失效分析典型案例电容器失效分析典型案例 防止铝电解电容器失效注意事项防止铝电解电容器失效注意事项工作条件类别工作条件类别预防措施或注意事项预防措施或注意事项工作温度及纹波电流工作温度及纹波电流1.确定工作温度或纹波电流在规定的范围内确定工作温度或纹波电流在规定的范围内2.当并联两个或更多电容时，需计算接线电阻应计算在内当并联两个或更多电容时，需计算接线电阻应计算在内施加电压施加电压1.注意电压的极性不能接反注意电压的极性不能接反2.应确定交流电压的峰值不超过定电容的额定电压应确定交流电压的峰值不超过定

20、电容的额定电压工作环境工作环境1.电容器如接触水、盐水、油或受潮后不应马上使用电容器如接触水、盐水、油或受潮后不应马上使用2.不要在高度震荡、冲击环境中使用不要在高度震荡、冲击环境中使用组装组装1.不要装错电极不要装错电极2.260下焊接时间不超过下焊接时间不超过10s，或，或350下不超过下不超过3s3.确保电容器的封口位置不受压确保电容器的封口位置不受压储存储存1.电容器应储存在正常温度、湿度条件下，避免受到阳关直射电容器应储存在正常温度、湿度条件下，避免受到阳关直射2.最长储存期为最长储存期为3年年防范性检查防范性检查1.应定时检查外观和电特性应定时检查外观和电特性2.如使用寿命到期，应

21、及时更换如使用寿命到期，应及时更换电容器失效分析典型案例电容器失效分析典型案例钽电容器钽电容器v属于电解质电容器；属于电解质电容器；v体积小、容量大、漏电流低、使用寿命长、综合性体积小、容量大、漏电流低、使用寿命长、综合性能优异；能优异；v固体钽电容器固体钽电容器 由钽粉在真空烧结炉中高温烧结而成的多孔体；由钽粉在真空烧结炉中高温烧结而成的多孔体； 电介质：钽块表面形成的阳极氧化膜；电介质：钽块表面形成的阳极氧化膜； 阳极：钽；阳极：钽； 阴极：覆盖在阳极氧化膜表面的固体二氧化锰薄膜；阴极：覆盖在阳极氧化膜表面的固体二氧化锰薄膜；片式钽电容的正极为经真空高温烧结而成的多孔性钽块。绝缘介片式钽电

22、容的正极为经真空高温烧结而成的多孔性钽块。绝缘介质是在多孔性钽块表面，经阳极氧化生成的五氧化二钽（质是在多孔性钽块表面，经阳极氧化生成的五氧化二钽（Ta2O5）。）。且由于钽和五氧化二钽的化学稳定性都很好，故片式钽电容贮存性好，且由于钽和五氧化二钽的化学稳定性都很好，故片式钽电容贮存性好，可靠性高。可靠性高。电容器电容器电感器电感器v工作原理：自感工作原理：自感v主要用途主要用途 对交流信号进行隔离；对交流信号进行隔离； 与电容器、电阻器组成谐振电路或与电容器、电阻器组成谐振电路或滤波电路；滤波电路；v分类分类 磁芯类型磁芯类型:空芯电感器、磁芯电感空芯电感器、磁芯电感器、铁芯电感器、铜芯电感

23、器等；器、铁芯电感器、铜芯电感器等； 容量是否可调容量是否可调:固定电感器、可变固定电感器、可变电感器、微调电感器等；电感器、微调电感器等； 安装方式安装方式:立式电感器、卧式电感立式电感器、卧式电感器和贴片电感器；器和贴片电感器； (d) 可调电感器 (e) 贴片电感器(a) 空芯电感器 (b) 磁芯电感器(c) 卧式电感器变压器变压器v 工作原理工作原理：互感；：互感；v 功能功能 对交流电对交流电(或信号或信号)进行电压变换、电流大小变换或阻抗变换，可以传递信进行电压变换、电流大小变换或阻抗变换，可以传递信号、隔直流等；号、隔直流等；v 分类分类 用途：电源变压器、音频变压器、脉冲变压器

24、、恒压变压器、耦合变压器、用途：电源变压器、音频变压器、脉冲变压器、恒压变压器、耦合变压器、隔离变压器等；隔离变压器等； 磁芯的类型：磁芯的类型：E型、型、C型、环形等；型、环形等； 工作频率：高频、中频、低频变压器。工作频率：高频、中频、低频变压器。 (a) E型变压器 (b)C型变压器 (c) 环形变压器LLRnR2变压器变压器机电元件机电元件开关开关v用途用途 电路中起接通、断开、转换和连接等作用；电路中起接通、断开、转换和连接等作用； 可将电力信号从一个电路转移到另一个电路。可将电力信号从一个电路转移到另一个电路。v分类分类 结构形式结构形式:旋转开关、按钮开关、组合按钮开关、微动开关

25、、杠杆旋转开关、按钮开关、组合按钮开关、微动开关、杠杆开关、双列直插式开关、拨动开关、薄膜开关、片式开关等。开关、双列直插式开关、拨动开关、薄膜开关、片式开关等。按钮开关 拨动开关 杠杆开关 电连接器电连接器v 用途用途 将一个电路或传输单元的导线与另一个电路或传输单元的导线相将一个电路或传输单元的导线与另一个电路或传输单元的导线相连接；连接； 电气连接和信号传递；电气连接和信号传递；v 电路对电连接器的质量和可靠性有非常高的要求。电路对电连接器的质量和可靠性有非常高的要求。v 分类分类 低频连接器；低频连接器； 圆形连接器、矩形连接器、印制电路连接器、网络连接器、滤波连接圆形连接器、矩形连接

26、器、印制电路连接器、网络连接器、滤波连接器器 射频连接器；射频连接器； 光缆连接器。光缆连接器。电连接器电连接器(d ) 网络电连接器(b) 矩形电连接器(a) 圆形电连接器(c) 印制线路板电连接器继电器继电器v 利用电磁原理、机电原理使接点闭合或断开来驱动或控制相关利用电磁原理、机电原理使接点闭合或断开来驱动或控制相关电路电路； 控制器件，包括受控系统控制器件，包括受控系统(输入回路输入回路)和控制系统和控制系统(输出回路输出回路)两部分；两部分； 输入量输入量(电、磁、光、热等物理量电、磁、光、热等物理量)达到某一定值时，输出量跃变式地由达到某一定值时，输出量跃变式地由零变化到一定值零变

27、化到一定值(或由一定值突跳到零或由一定值突跳到零)，从而实现对电路的控制、保护、，从而实现对电路的控制、保护、调节和传递信息等目的；调节和传递信息等目的；v 分类分类 电磁继电器、干簧继电器、固态继电器、温度继电器等；电磁继电器、干簧继电器、固态继电器、温度继电器等； (a) 电磁继电器 (b) 干簧继电器 (c)固态继电器 继电器继电器v电磁继电器电磁继电器 继电器中应用最早、最广泛的一种产品；继电器中应用最早、最广泛的一种产品； 工作原理：利用电磁感应原理，当线圈中通过直流时，线圈产生工作原理：利用电磁感应原理，当线圈中通过直流时，线圈产生磁场，静接点打开，动接点闭合。当电磁线圈的电流被切

28、断后，磁场，静接点打开，动接点闭合。当电磁线圈的电流被切断后，动接点打开，静接点闭合；动接点打开，静接点闭合； 失效：接点的电腐蚀引起接触不良及粘结等；失效：接点的电腐蚀引起接触不良及粘结等；75%的失效是由于的失效是由于接触失效所致。接触失效所致。继电器中的簧片疲劳断裂电子器件电子器件半导体分立器件半导体分立器件v二极管二极管 功能：整流、限幅、检波、温度补偿、电子功能：整流、限幅、检波、温度补偿、电子开关；开关； 分类分类 材料：锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管、材料：锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管、磷化镓二极管；磷化镓二极管； 用途和功能：稳压二极管、整流二极管、开关用途和功能：稳压二

29、极管、整流二极管、开关二极管、变容二极管、检波二极管、肖特基二二极管、变容二极管、检波二极管、肖特基二极管、阻尼二极管、雪崩二极管、微波二极管极管、阻尼二极管、雪崩二极管、微波二极管等；等； 结构：点接触型二极管和面接触型；结构：点接触型二极管和面接触型； 封装形式：塑料封装、玻璃封装、金属封装。封装形式：塑料封装、玻璃封装、金属封装。 命名命名半导体分立器件半导体分立器件v 晶体管晶体管 半导体基本元器件之一，电子电路的核心元件半导体基本元器件之一，电子电路的核心元件; 在一块半导体基片上制作两个相距很近的在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个结，两个PN结结把整块半导体分成三部分

30、，中间部分是基区，两侧部分是发把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有射区和集电区，排列方式有PNP和和NPN两种两种; 功能：电流放大作用：通过控制基极电流的大小使集电极电功能：电流放大作用：通过控制基极电流的大小使集电极电流发生变化流发生变化; 分类分类 按照材料按照材料：锗管、硅管、砷化镓晶体管；：锗管、硅管、砷化镓晶体管； 按照极性按照极性：NPN型和型和PNP型；型； 按照用途和功能：开关晶体管、带阻晶体管、达林顿管、高反按照用途和功能：开关晶体管、带阻晶体管、达林顿管、高反压功率管、微波功率管等；压功率管、微波功率管等； 按照结构：扩散型、合金型

31、、平面型；按照结构：扩散型、合金型、平面型； 按照封装形式按照封装形式：塑料封装、玻璃封装、金属封装、陶瓷封装。：塑料封装、玻璃封装、金属封装、陶瓷封装。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数字表示器件的电用数字表示器件的电极数目极数目用汉语拼音字母表示器用汉语拼音字母表示器件的材料和极性件的材料和极性用汉语拼音字母表示器件用汉语拼音字母表示器件的分类的分类用数字表用数字表示器示器件序件序号号用汉语拼音字用汉语拼音字母表示规母表示规格号格号符号符号意义意义符号符号意义意义符号符号意义意义符号符号意义意义2二极管二极管ABCDN型锗材料型锗材料P型锗

32、材料型锗材料N型硅材料型硅材料P型硅材料型硅材料PVWCFZLSNXGDAUKITBJCSBTFHPINJG普通管普通管微波管微波管稳压管稳压管参量管参量管发光管发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频小功率管低频小功率管高频小功率管高频小功率管低频大功率管低频大功率管高频大功率管高频大功率管光电器件光电器件开关管开关管可控整流器可控整流器体效应器件体效应器件雪崩管雪崩管阶越恢复管阶越恢复管场效应器件场效应器件半导体特殊器件半导体特殊器件复合管复合管PIN管管激光器件激光器件3晶体管晶体管ABCDEPNP型锗材料型锗材料NPN型锗材料型锗材料PNP型硅材料型硅材料NPN型硅材

33、料型硅材料化合物材料化合物材料3 D A 6 C 规格号规格号 产品序号产品序号 高频大功率管高频大功率管 NPN型硅材料型硅材料晶体管晶体管3DG6C为为NPN型硅材料高频大功率晶体管型硅材料高频大功率晶体管半导体分立器件半导体分立器件v半导体的场效应半导体的场效应 在半导体表面的垂直方向上加一电场时，电子和空穴在表面电场在半导体表面的垂直方向上加一电场时，电子和空穴在表面电场作用下发生运动，半导体表面载流子的重新分布，因而半导体表作用下发生运动，半导体表面载流子的重新分布，因而半导体表面的导电能力受到电场的作用而改变，即改变外加电压的大小和面的导电能力受到电场的作用而改变，即改变外加电压的

34、大小和方向，可以控制半导体表面层中多数载流子的浓度和类型，或控方向，可以控制半导体表面层中多数载流子的浓度和类型，或控制制PN结空间电荷区的宽度。结空间电荷区的宽度。v场效应晶体管场效应晶体管FET 与双极型晶体管的比较与双极型晶体管的比较 双极型晶体管工作过程中不仅多数载流子参加导电，少数载流子也参双极型晶体管工作过程中不仅多数载流子参加导电，少数载流子也参与导电，是根据扩散理论制成的电流控制器件；与导电，是根据扩散理论制成的电流控制器件； 而场效应管只有多数载流子参加导电，是以欧姆定律为依据的电压控而场效应管只有多数载流子参加导电，是以欧姆定律为依据的电压控制器件。制器件。N型沟道MOS管

35、半导体分立器件半导体分立器件v场效应晶体管场效应晶体管 场效应管是一种具有放大能力的三端器件；场效应管是一种具有放大能力的三端器件； 它输入阻抗高，功耗小，温度稳定性好，信号能更稳定的放大，它输入阻抗高，功耗小，温度稳定性好，信号能更稳定的放大，在许多场合已经取代双极型晶体管。在许多场合已经取代双极型晶体管。 分类分类 按构造和工艺不同：结型和绝缘型两类。前者有两个按构造和工艺不同：结型和绝缘型两类。前者有两个PN结，故称为结结，故称为结型；后者的栅极为绝缘体且与其他电极完全绝缘，称为绝缘栅型。型；后者的栅极为绝缘体且与其他电极完全绝缘，称为绝缘栅型。N型沟道MOS管半导体分立器件半导体分立器

36、件v晶闸管：晶体闸流管、可控硅整流器晶闸管：晶体闸流管、可控硅整流器 功能：控制电流作用，是交流电流开关器件；可实现对电量的开功能：控制电流作用，是交流电流开关器件；可实现对电量的开关、电机调速、调压、控制温度、控制湿度等；关、电机调速、调压、控制温度、控制湿度等； 晶闸管利用控制极的微弱触发电流来导通，用电流的瞬时关断或晶闸管利用控制极的微弱触发电流来导通，用电流的瞬时关断或反向流动等操作来关断；反向流动等操作来关断； 只用电子的操作来导通或关断，没有触电和机械动作零件；只用电子的操作来导通或关断，没有触电和机械动作零件； 不会出现出点接触不良和零件机械磨损故障；不会出现出点接触不良和零件机

37、械磨损故障； 分类分类 普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管等普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管等集成电路集成电路v 采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。v分类分类 按处理信号类型：模拟电路、数字电路、数模混合电路；按处理信号类型：模拟电路、数字电路、数模混合电路； 按用途：接口电路、电源电路、专用电路、存储器电路、

38、计算机按用途：接口电路、电源电路、专用电路、存储器电路、计算机电路、数字信号处理器、微波集成电路等；电路、数字信号处理器、微波集成电路等； 按制造工艺：半导体集成电路、厚薄膜混合集成电路；按制造工艺：半导体集成电路、厚薄膜混合集成电路； 按照规模：小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、按照规模：小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、甚大规模集成电路；超大规模集成电路、甚大规模集成电路； 集成电路集成电路v 主要失效模式主要失效模式 漏电大或短路漏电大或短路 击穿特性劣变击穿特性劣变 正向压降的劣变正向压降的劣变 开路开路 高阻高阻v 失效机理失效机理 电迁

39、移；电迁移； 热载流子效应；热载流子效应； 与时间相关的介质击穿与时间相关的介质击穿(TDDB)； 腐蚀腐蚀热载流子：当载流子从外界获得了很大的能量时，即可成为热载流子。热热载流子：当载流子从外界获得了很大的能量时，即可成为热载流子。热载流子所表现出来的效应称为热载流子效应。载流子所表现出来的效应称为热载流子效应。v 电迁移电迁移在强电流流过金属线时，金属离子会在电流及其它因素的相互作用下移动并在线内形成孔隙、裂纹、小丘；v 外因：大电流密度、温度外因：大电流密度、温度v 内因：内因：金属线线宽小；材料：不同材料抗电迁移能力不同；铝、铜铝合金、铜v 结果：造成金属化的开路和短路，使器件漏电流增

40、加。结果：造成金属化的开路和短路，使器件漏电流增加。 v 银迁移（银迁移（Silver MigrationSilver Migration）v 外因：外因：电场、潮湿电场、潮湿v 内因：含银，间隔内因：含银，间隔v 结果：银离子从高电位向低电位迁移，并形成絮状或枝蔓状扩展结果：银离子从高电位向低电位迁移，并形成絮状或枝蔓状扩展. .v 失效模式失效模式造成无电气连接的导体间形成旁路，绝缘下降乃至短路。腐蚀模型腐蚀模型材料的化学或电化学性能的退化过程称为腐蚀，腐蚀是一种依赖于时间的耗损型失效机理。腐蚀可以改变材料的电性能和热性能。腐蚀速率与材料属性、几何尺寸和离子污染物等因素有关。常见的腐蚀类型

41、有：均匀腐蚀：在所暴露的整个表面上都有化学反应进行，材料变得越来越薄，直到被腐蚀掉；原电池腐蚀：多种金属接触时产生，材料的电化学性能差异越明显，腐蚀越严重；应力腐蚀：在腐蚀和机械应力同时作用下产生。在受到张力的部位，容易发生阳极溶解，溶解后阳极区域面积缩小，促使应力更加集中，形成恶性循环。腐蚀的失效物理模型如下式所示： 式中，A为与腐蚀面积相关的常数，RH为相对湿度，n为经验常数，一般取3，Ea为激活能，通过试验测得，k为波尔兹曼常数，T为环境温度，单位K。腐蚀模型腐蚀模型expnaEMTTFA RHkT2022-3-7MOS晶体管的动作晶体管的动作 MOS晶体管实质上是一种使晶体管实质上是一种使电流时而流过，时而切断的电流时而流过，时而切断的n+n+P型硅基板型硅基板栅极（金属）栅极（金属）绝缘层（绝缘层（SiO2）半半导导体体基基板板漏极漏极源极源极源极源极(S)漏极漏极(D)栅