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集成電路可靠性范文第1篇

"鐵路行車組織"是鐵道交通運(yùn)營管理專業(yè)的一門核心課程，針對制動員、連結(jié)員、信號員、車號員、列車調(diào)度員所從事的調(diào)車、車站工作統(tǒng)計(jì)、接發(fā)列車、列車運(yùn)行調(diào)度指揮及運(yùn)行調(diào)整等典型工作任務(wù)進(jìn)行分析后，歸納總結(jié)出來其所需求的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的調(diào)車工作、接發(fā)列車工作、車站統(tǒng)計(jì)工作及鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮等能力要求而設(shè)置的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。

本課程圍繞車站行車工種及列車調(diào)度員所從事的調(diào)車工作、接發(fā)列車工作、車站統(tǒng)計(jì)工作及鐵路行車調(diào)度指揮等工作過程，考慮由淺入深、由簡單到復(fù)雜的原則。根據(jù)工作過程導(dǎo)向設(shè)置了鐵路行車概述、調(diào)車工作、貨物列車及貨車技術(shù)作業(yè)過程、車站作業(yè)計(jì)劃、接發(fā)列車工作、車站工作統(tǒng)計(jì)及列車編組計(jì)劃、列車運(yùn)行圖及區(qū)間通過能力、鐵路運(yùn)輸技術(shù)計(jì)劃及調(diào)度指揮等8個以工程項(xiàng)目為載體的學(xué)習(xí)情境，可以系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識處理行車業(yè)務(wù)的能力。

通過8個學(xué)習(xí)情境的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生完整地掌握鐵路行車工作應(yīng)用的基本知識、基本技能,在教學(xué)過程中，逐步培養(yǎng)學(xué)生作為工作者的工作態(tài)度、職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與溝通能力，并逐步熟悉從事該行業(yè)應(yīng)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)過程。

"鐵路行車組織"為"鐵路行車規(guī)章"提供作業(yè)過程及方法的技術(shù)支持。為"鐵路客運(yùn)組織"、"鐵路貨運(yùn)組織"課程提供作業(yè)方法等

二、 "鐵路行車組織"考核標(biāo)準(zhǔn)

1.優(yōu)點(diǎn)：

（1）將整個課程分成8個情境來學(xué)習(xí)，是非常復(fù)雜的一門課變得條理清晰。每一個情境都非常明確的寫出了"情境名稱"、"項(xiàng)目目標(biāo)"、"項(xiàng)目任務(wù)"、 "教師知識與能力要求"、" 學(xué)生知識與能力準(zhǔn)備"" 教學(xué)材料"、"學(xué)習(xí)任務(wù)"等，使教師明確了這個情境應(yīng)該講什么，哪些是重點(diǎn)以及怎么講。

（2）本門課程有大型作業(yè)，并將其納入到期末考核范圍，這是本門課程的一大特色。大型作業(yè)是學(xué)生對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用，涉及到很多方面的專業(yè)知識，在鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考問題能力、解決問題能力以及動手實(shí)踐能力方面都起著積極的作用。如"車站作業(yè)計(jì)劃" 、"編制列車運(yùn)行圖"等情境，要求學(xué)生根據(jù)所給資料完成大作業(yè)所要求的任務(wù)。

（3）本門課程重視學(xué)生實(shí)踐技能的考核。由于我院人才培養(yǎng)的定位為培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能型專業(yè)技術(shù)人才，所以學(xué)生的動手能力的培養(yǎng)顯得尤為重要。正是基于這一點(diǎn)，我們特別重視學(xué)生實(shí)踐技能的考核并將其納入到期末考試考核范圍。如學(xué)生上鐵鞋、 排風(fēng)摘管、觀速、觀距、人力制動機(jī)制動等，都是對學(xué)生實(shí)踐動手能力的 培養(yǎng)。

（4）針對學(xué)生不同就業(yè)方向，靈活選擇考核內(nèi)容。針對女生絕對不可能從事調(diào)車工作這一實(shí)際情況，我們在進(jìn)行技能訓(xùn)練時，將男女生分開。男生練調(diào)車所需技能，女生則進(jìn)行形體訓(xùn)練。

2.對于優(yōu)化課程標(biāo)準(zhǔn)的幾點(diǎn)設(shè)想

（1）如何處理行車組織的理論、方法與規(guī)章性知識的關(guān)系，是優(yōu)化課程標(biāo)準(zhǔn)的一個非常重要的方面?，F(xiàn)在分行車組織和行車規(guī)章兩門課，在講解時，兩門課既要有分工、還要有配合。

（2）行車組織內(nèi)容抽象，學(xué)生以前幾乎都沒有接觸過，甚至都沒聽過，所以，如何在短時間內(nèi)使學(xué)生理解所講知識，是我們要探索的一個問題。要求教師在講解的時候要使用多種教學(xué)方法與手段，如利用多媒體課件、錄像、現(xiàn)場觀看等，使學(xué)生有直觀印象、便于接受。

（3）"學(xué)生工作頁"在"鐵路行車組織"中的應(yīng)用

集成電路可靠性范文第2篇

【關(guān)鍵詞】 雷達(dá) 微電子技術(shù) 分析

在現(xiàn)代化的軍用雷達(dá)與電子設(shè)備之中軍用微電子技術(shù)屬于非常重要的技術(shù)之一，是現(xiàn)代軍事信息作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。在軍用微電子工業(yè)當(dāng)中，集成電路屬于最具活躍的產(chǎn)品。在美國非常重視開發(fā)與應(yīng)用軍用集成電路。美國相關(guān)的國防部門早在十幾年前曾提出^超高速集成電路與微波單片集成電路的發(fā)展規(guī)劃。只要真正的實(shí)現(xiàn)這兩者的發(fā)展計(jì)劃對于軍用雷達(dá)與武器裝備未來的發(fā)展有著巨大的影響，對打贏未來信息戰(zhàn)爭發(fā)揮舉足輕重作用。

一、超高速集成電路與微波單片集成電路的特點(diǎn)

1、超高速集成電路的特點(diǎn)。在未來的信息作戰(zhàn)當(dāng)中，電磁信號的環(huán)境十分匯集而且復(fù)雜，軍用雷達(dá)與電子情報系統(tǒng)需要面對一百至二百萬脈沖美妙的信號方面的強(qiáng)度，處理信號的系統(tǒng)極有可能需要執(zhí)行幾十億條指令。面對極其復(fù)雜的信息作戰(zhàn)環(huán)境，然而目前一般的集成電路處理信號系統(tǒng)的效率很難滿足相關(guān)的需求。要想真正的處理好這方面的問題，美軍便加大力度促進(jìn)超高速集成電路發(fā)展。

2、微波單片集成電路的特點(diǎn)。微波單片集成電路將超大規(guī)模集成電路、超高速集成電路以及超高性能集成電路使用至數(shù)字電路中的微波電路，它屬于集成電路處于微波電路中主要的發(fā)展。微波單片集成電路將諸多晶體管、電阻、電容等管線集中至一個芯片上，制成許多功率放大器、低噪聲放大器、移相器等。僅有很少的微波單片集成電路芯片組合起來就能組成一個收發(fā)構(gòu)件，用來代替很多元件。

二、超高速集成電路與微波單片集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀

1、超高速集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀。美國國防部門早在很多年前年對超高速集成電路的發(fā)展就已經(jīng)開展實(shí)施以硅為主要材料發(fā)展計(jì)劃，之后又轉(zhuǎn)化成將硅和砷化稼作為主要材料并舉的超高速集成電路發(fā)展計(jì)劃，為了促使軍用電子系統(tǒng)發(fā)展的快速進(jìn)程。此計(jì)劃主要是為了促進(jìn)民用半導(dǎo)體商家的發(fā)展所難以解決的軍用信號需要的元器件工藝，就是為了滿足軍用信號處理、抗輻射、故障容限等能力的有關(guān)需求所提出的。這個計(jì)劃的的總提目標(biāo)就是為了研制出功能先進(jìn)、價格合理、高質(zhì)量的超高速集成電路芯片，確保處理信號速率、功耗減少、可靠性、維護(hù)性合理提高的終點(diǎn)目標(biāo)，并且使目前具備處理數(shù)據(jù)的速度必須提升一級。其實(shí)際的目標(biāo)是為了使芯片的微加工線寬達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，各項(xiàng)功能要比同樣種類民用的產(chǎn)品高出百倍，將其的可靠性提升十倍。按照制定的范圍超高速集成電路應(yīng)當(dāng)于1990年完成計(jì)劃，共投資量達(dá)到十億美元，通過集中開發(fā)了來實(shí)現(xiàn)亞微米特有的尺寸要求的技術(shù)。

2、60年代中期才得到逐漸的發(fā)展，70年代，砷化鎵材料制造工藝的逐步成熟，對于微波單片集成電路的發(fā)展形成了很大影響。因?yàn)樯榛壊牧系碾娮舆w移率比硅高出7倍，且半絕緣砷化鎵的電阻率的高度達(dá)到108，因此砷化鎵屬于最合理的微波傳輸介質(zhì)材料，非常適合用在單片微波單片集成電路的襯底。正是因?yàn)樯榛壖夹g(shù)的普遍推廣，促進(jìn)了工業(yè)界集團(tuán)朝向微波單片集成電路的方向發(fā)展。

三、超高速集成電路與微波單片集成電路在信息作戰(zhàn)領(lǐng)域的應(yīng)用

1、超高速集成電路在雷達(dá)和軍用電子設(shè)備中的應(yīng)用。超高速集成電路應(yīng)用至軍事雷達(dá)與電子裝備系統(tǒng)中有效的提高了的在戰(zhàn)場上獲取情報、偵查情報、分析目標(biāo)、處理數(shù)據(jù)等方面的能力；在很大幅度上，有效的提高了雷達(dá)、電子設(shè)備、武器系統(tǒng)在復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，以最快的速率反應(yīng)能力與應(yīng)變能力，實(shí)現(xiàn)了信息作戰(zhàn)武器系統(tǒng)的高速、高效和精準(zhǔn)性。

2、微波單片集成電路在軍用雷達(dá)中的應(yīng)用。與普通使用的陸基雷達(dá)相比較之下，微波單片集成電路器件與之同樣的雷達(dá)在相同條件下所耗費(fèi)的性能提高十倍。相控陣?yán)走_(dá)的真正優(yōu)勢在于產(chǎn)生的微波功率的與傳輸效率較高，發(fā)射機(jī)的功能消耗等于使用功率管的三分之一，同時接收機(jī)的靈活度也提高了2倍。另一方面的優(yōu)勢在于可靠性較強(qiáng)，在此過程中，就算其中有百分之五的構(gòu)件失靈。雷達(dá)系統(tǒng)依然能保證供應(yīng)更好更多功能工作性能。微波單片集成電路 T/R組件極具緊湊、可靠性高、重量輕、成本低等結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢。

結(jié)束語：綜上所述，超高速集成電路能夠有效的提高處理信號與處理數(shù)據(jù)的能力，還能增強(qiáng)信號方面的接收、傳輸、發(fā)射能力的微波單片集成電路電路能實(shí)現(xiàn)構(gòu)建出新一代全新的軍用微電子系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在軍事信息作戰(zhàn)領(lǐng)域特別是雷達(dá)和電子設(shè)備中擁有良好的應(yīng)用前景。在下一代中的軍用雷達(dá)關(guān)鍵特征在于它器件方面的模塊化與集成化，而超高速集成電路與微波單片集成電路屬于提高軍用雷達(dá)器件集成化、模塊化過程中最重要手段之一。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]嚴(yán)偉. 微電子組裝技術(shù)在現(xiàn)代雷達(dá)中的應(yīng)用[J]. 微電子學(xué)，1994，01：59-63.

集成電路可靠性范文第3篇

IC芯片是將大量的微電子元器件（晶體管、電阻、電容等）形成的集成電路放在一塊塑基上，做成一塊芯片。而今幾乎所有看到的芯片，都可以叫做IC芯片。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。

集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為 杰克·基爾比（基于硅的集成電路）和羅伯特·諾伊思（基于鍺的集成電路）。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

集成電路可靠性范文第4篇

【關(guān)鍵詞】集成電路；芯片；封裝技術(shù)

1.引言

封裝技術(shù)是一種將集成電路用塑料、陶瓷或玻璃等材料包裝的技術(shù)。以CPU為例，我們實(shí)際看到的體積和外觀并不是真正的內(nèi)存的大小和面貌，而是內(nèi)存芯片經(jīng)過封裝后的產(chǎn)品。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路進(jìn)行腐蝕造成電氣性能下降。此外，封裝后的芯片更便于安裝和運(yùn)輸。封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片性能的好壞和與之連接的PCB(印制電路板)的設(shè)計(jì)和制造，所以說它是至關(guān)重要的。

由于現(xiàn)在處理器芯片的內(nèi)頻越來越高，功能越來越強(qiáng)，引腳數(shù)越來越多，封裝的外形也不斷在改變。電子產(chǎn)品向便攜式、小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化方向發(fā)展的市場需求對封裝技術(shù)提出了更加嚴(yán)格的需求，集成電路封裝技術(shù)正在不斷的發(fā)展。

2.IC封裝的現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)階段較廣泛應(yīng)用的集成電路封裝

2.1.1 DIP雙列直插式封裝

DIP封裝是最普及的插裝型封裝，適用于中小規(guī)模集成電路(IC)，其引腳數(shù)一般不超過100個。采用DIP封裝的芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。DIP封裝具有以下特點(diǎn)：

①適合在PCB上穿孔安裝，操作方便；②比TO型封裝易于對PCB布線；③芯片面積與封裝面積之間的比值比較大，故體積也比較大。

Intel系列CPU中8088就采用這種封裝形式，緩存(Cache)和早期的內(nèi)存芯片也是這種封裝形式。

2.1.2 PLCC塑料有引腳片式載體封裝

PLCC封裝屬于表面貼裝型封裝。PLCC是一種塑料有引腳的片式載體封裝，引腳從封裝的四個側(cè)面引出，呈丁字形，采用片式載體是有時在系統(tǒng)中需要更換集成電路，因而先將芯片封裝在一種載體(carrier)內(nèi)，然后將載體插入插座內(nèi)，載體和插座通過硬接觸而導(dǎo)通的。這樣在需要時，只要在插座上取下載體就可方便地更換另一載體。PLCC封裝主要用于高速，高頻集成電路封裝。

2.1.3 QFP/PFP方形扁平式/扁組件式封裝

QFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笮图呻娐范疾捎眠@種封裝形式，其引腳數(shù)常在100個以上。此形式封裝的芯片必須采用SMT（表面安裝設(shè)備技術(shù)）將芯片與主板焊接起來。采用SMT安裝的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有設(shè)計(jì)好的相應(yīng)管腳的焊點(diǎn)。引腳端子從封裝的兩個側(cè)面引出，呈L字形，引腳可達(dá)300腳以上。

PFP方式封裝的芯片與QFP方式基本相同。唯一的區(qū)別是QFP一般為正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是長方形。

QFP/PFP封裝具有以下特點(diǎn)：

①適于SMT表面安裝技術(shù)在PCB電路板上安裝布線，操作方便，可靠性高；②芯片面積與封裝面積之間的比值較??；③封裝外形尺寸小，寄生參數(shù)小，適合高頻應(yīng)用；④引腳從直插式改為了歐翼型，引腳間距可更密，引腳寬度可更細(xì)。

Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板采用這種封裝形式。

2.2 現(xiàn)階段較先進(jìn)的集成電路封裝

2.2.1 BGA球柵陣列式封裝

BGA一出現(xiàn)便成為CPU、主板上南/北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。BGA是表面貼裝型封裝的一種，在PCB的背面布置二維陣列的球形端子，而不采用針腳引腳。引腳可超過200，是多引腳大規(guī)模集成電路(LSI)常用的一種封裝。BGA封裝具有以下特點(diǎn)：

①I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳間距遠(yuǎn)大于QFP，故提高了組裝成品率；②功耗雖增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，故可改善它的電熱性能；③厚度比QFP減少約1/2，重量減輕約3/4；④信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；⑤組裝可用共面焊接，可靠性高；⑥占用基板面積過大。

2.2.2 CSP芯片尺寸封裝

隨著全球電子產(chǎn)品個性化、小型化和便攜化的需求，出現(xiàn)了CSP芯片尺寸封裝。它減小了芯片封裝外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封裝尺寸就有多大。即封裝后的IC尺寸邊長不大于芯片的1.2倍，IC面積只比晶粒大不超過1.4倍。CSP封裝具有以下特點(diǎn)：

①近似芯片尺寸的超小型封裝；②保護(hù)裸芯片；③滿足了LSI芯片引出腳不斷增加的需要；④電、熱性能優(yōu)良；⑤解決了IC裸芯片不能進(jìn)行交流參數(shù)測試和老化篩選的問題；⑥便于焊接、安裝和修整更換。

目前日本有多家公司生產(chǎn)CSP，而且正越來越多地應(yīng)用于移動電話、數(shù)碼錄像機(jī)、筆記本電腦等產(chǎn)品上。從CSP近幾年的發(fā)展趨勢來看，CSP將取代QFP成為高I/O端子IC封裝的主流。

2.2.3 MCM多芯片模塊系統(tǒng)封裝

為了解決單一芯片集成度低和功能不夠完善的問題，把多個高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多層互聯(lián)基板上用SMT技術(shù)組成多種多樣的電子模塊系統(tǒng)，從而出現(xiàn)MCM多芯片模塊系統(tǒng)。MCM的特點(diǎn)有：

①封裝延遲時間縮小，易于實(shí)現(xiàn)組件高速化；②縮小整機(jī)或組件封裝尺寸和重量，通常體積減小約1/4，重量減輕約1/3；③可靠性大大提高。

目前MCM已經(jīng)成功地用于大型通用計(jì)算機(jī)和超級巨型機(jī)中，今后將用于工作站、個人計(jì)算機(jī)、醫(yī)用電子設(shè)備和汽車電子設(shè)備等領(lǐng)域。

3.國內(nèi)外封裝技術(shù)比較

我國的封裝技術(shù)比較落后，目前仍然停留在PDIP、PSOP、PQFP、PLCC、PGA等較為低檔產(chǎn)品的封裝上。國外的封裝早就已經(jīng)規(guī)模化生產(chǎn)，在國內(nèi)封裝企業(yè)主要集中在長三角的合資或國外獨(dú)資企業(yè)，沒有一家企業(yè)位能獨(dú)立進(jìn)行批量生產(chǎn)，其根本原因是政府的政策不夠完善，我們的觀念、技術(shù)和管理與國外還存在很大差距。其具體原因有：

①封裝技術(shù)研發(fā)環(huán)境欠佳，可操作性不夠強(qiáng)；

②封裝設(shè)備相對落后，材料性能的落后，而且質(zhì)量不穩(wěn)定；

③封裝設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)能力不足，缺少有經(jīng)驗(yàn)的維修工程師，而且可靠性實(shí)驗(yàn)設(shè)備不齊全，測試手段不足；

④國內(nèi)封裝企業(yè)普遍規(guī)模較小，從事低端產(chǎn)品生產(chǎn)的居多，可持續(xù)發(fā)展能力不強(qiáng)，缺乏向高端產(chǎn)品封裝技術(shù)發(fā)展的技術(shù)和資金；

⑤掌握封裝技術(shù)專業(yè)人才相對短缺、缺少正規(guī)的培訓(xùn)人才的途徑和手段；

⑥缺少團(tuán)隊(duì)精神，缺乏現(xiàn)代企業(yè)管理的機(jī)制和理念；

⑦政府的政策導(dǎo)向不夠明確，現(xiàn)有機(jī)制不夠靈活，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)沒得到很好調(diào)整。

4.IC封裝的發(fā)展趨勢

在過去幾十年里，為適應(yīng)集成電路向小型化、高速化、高頻化、大功率發(fā)展的需要，集成電路封裝技術(shù)得到了不斷的提高和改進(jìn)，朝著小尺寸、多I/O、高密度、高可靠性、高散熱能力、自動化組裝的方向發(fā)展。

就芯片水平來看，二十一世紀(jì)的封裝技術(shù)發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢：

①單芯片向多芯片發(fā)展。為了適應(yīng)多功能化需要，多芯片封裝成為發(fā)展潮流，采用兩芯片重疊，三芯片重疊或多芯片疊裝構(gòu)成存儲器模塊等方式，以滿足系統(tǒng)功能的需要。

②平面封裝(MCM)向立體封裝(3D)發(fā)展。伴隨著芯片體積的增加導(dǎo)致封裝出來的產(chǎn)品面積也會明顯增加，在現(xiàn)有技術(shù)條件和有限的空間內(nèi)，如何進(jìn)一步提高晶體管的密度，必然在二維平面封裝（MCM）的基礎(chǔ)上向Z方向發(fā)展，即實(shí)現(xiàn)3D封裝。3D封裝可實(shí)現(xiàn)超大容量存儲，不但使電子產(chǎn)品密度更高，也使其功能更多，傳輸速度更快，性能更好，可靠性更好，還有可能降低價格。

③為適應(yīng)市場快速增長的以手機(jī)、筆記本電腦、平板顯示等為代表的便攜式電子產(chǎn)品的需求，IC封裝正在向著微型化、薄型化、不對稱化、低成本化方向發(fā)展。

④為了適應(yīng)綠色環(huán)保的需要，IC封裝正向無鉛化、無溴阻燃化、無毒低毒化方向快速發(fā)展。

電子產(chǎn)品高性能、多功能、小型化、便攜式的趨勢，不但對集成電路的性能要求在不斷提升，而且對電子封裝密度有了更高的要求。隨著時間的推移，封裝會有越來越多的改進(jìn)，性價比將得到進(jìn)一步的提高，由于其靈活性和優(yōu)異的性能，封裝有著廣泛的前景。我們應(yīng)該加強(qiáng)封裝技術(shù)的研究，把我國的封裝技術(shù)水平進(jìn)一步提高，為我國電子工業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李枚.微電子封裝技術(shù)的發(fā)展與展望[J].半導(dǎo)體雜志,2000,25(2):32-36．

[2]肖力.我國微電子封裝研發(fā)能力現(xiàn)狀[J].電子與封裝,2007,7(4):1-5.

集成電路可靠性范文第5篇

關(guān)鍵詞：電源通路管理器；PowerPath；LTC4098；高壓保護(hù)

前言

USB端口是快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x方法，也正在迅速成為便攜式設(shè)備電池充電的首選方法，因?yàn)榭梢圆辉傩枰獑为?dú)的交流適配器。不過，用USB端口給設(shè)備電池充電時存在功率限制。另外，由于便攜性需求，越來越需要在家庭之外的場所充電(例如，在汽車中)。但是汽車電源也有缺點(diǎn)，如電壓瞬態(tài)或來自交流發(fā)電機(jī)的浪涌。因此，電池充電器集成電路需要很好地保護(hù)，以應(yīng)對這類嚴(yán)酷的情況。模擬集成電路中的電源通路(PowerPath)充電系統(tǒng)拓?fù)錇橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)師和最終產(chǎn)品用戶帶來了無數(shù)優(yōu)點(diǎn)，如能夠自主和無縫地管理多個輸入電源，為系統(tǒng)負(fù)載供電并給電池充電。這種集成電路拓?fù)涑四軠p少熱量，還可實(shí)現(xiàn)較快的充電時間和即時接通工作。

這類集成電路的一個新趨勢是集成高壓能力和過壓保護(hù)功能，以處理汽車、Firewire或未穩(wěn)壓交流適配器輸入。這些電源通路管理器集成電路采用扁平封裝，需要極少的外部組件，可為個人導(dǎo)航器、媒體播放器、數(shù)碼相機(jī)、PDA和智能電話等手持式電子產(chǎn)品組成簡單、緊湊和經(jīng)濟(jì)的解決方案。

設(shè)計(jì)難題

能承受汽車電源、Firewire端口或未穩(wěn)壓12V/24V適配器等高壓輸入電源為在家庭或辦公室之外的場所充電提供了方便。例如，有了適配器電源，手持式產(chǎn)品中的適配器電壓和電池電壓之間的壓差可以很大。而視所需充電時間和充電電流的不同，線性充電器也許不能承受這么大的功耗。這種情況通常需要一個具有開關(guān)模式拓?fù)涞募呻娐穪肀３挚焖俪潆?，同時提高效率并減少熱量管理問題。另外，具有高壓能力和／或過壓保護(hù)的集成電路還不容易受到輸入電壓瞬態(tài)的損害，提高了集成電路和系統(tǒng)的抗瞬態(tài)性和可靠性。

管理最終產(chǎn)品中的電源通路是另一個設(shè)計(jì)難題。今天，很多便攜式電池供電電子產(chǎn)品可以由低壓源(交流適配器、USB端口或鋰離子／聚合物電池等)以及高壓源供電。不過，自主管理這些電源和電池之間的電源通路并為負(fù)載供電帶來了極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)師一直用少量MOSFET、運(yùn)算放大器和其它組件來單獨(dú)實(shí)現(xiàn)這一功能，但是一直面臨著負(fù)載熱插拔、負(fù)載上有大浪涌電流以及大電壓瞬態(tài)等難題，這些問題可能引起嚴(yán)重的系統(tǒng)可靠性問題。

鋰離子和鋰聚合物電池是便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品的首選，因?yàn)樗鼈兊哪芰棵芏认鄬^高，在給定尺寸和重量限制下，可比其它可用化學(xué)材料實(shí)現(xiàn)更高的電池容量。隨著便攜式產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，它們消耗的功率也越來越多，因此對較高容量電池的需求也增強(qiáng)了，相應(yīng)地也需要更先進(jìn)的電池充電器。較大的電池要充滿電就需要較高的充電電流或者需要更長的充電時間。另外，在很多情況下，能用USB端口給電池充電意味著對用戶更方便，但是USB兼容性造成了對USB電流(最大500mA)和功率(最大2.5W)的限制。基于USB的電池充電器必須盡可能高效率地從USB端口抽取更多功率，以滿足今天功率密集型應(yīng)用嚴(yán)格的熱量限制。

大多數(shù)消費(fèi)者都希望縮短充電時間，因此提高充電電流似乎是顯而易見的選擇，但是提高充電電流有兩個大的弊端。首先，就線性充電器而言，提高電流會增加功耗，這些功耗轉(zhuǎn)換成了熱量，從而將典型的實(shí)際“最大”功率降至2.1W。其次，充電器必須視主器件協(xié)商好的模式，將從5V USB總線吸取的電流限制為1 00mA(500mW)或500mA(2.5W)。充電過程中浪費(fèi)的任何功率都直接導(dǎo)致較長的充電時間。需要高效率充電、電池充電器集成電路具有高的功能集成度以及需要節(jié)省電路板空間和提高產(chǎn)品可靠性，這些都給由電池供電的電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師施加了壓力。

制造商們也正在改變印刷電路板的使用方式，現(xiàn)在他們不是使用單個多層電路板，而是越來越多地在空間受限設(shè)計(jì)中使用相互堆疊的多個電路板。先進(jìn)的封裝有助于減少高度／厚度并節(jié)省印刷電路板面積，可以實(shí)現(xiàn)更高效的堆疊。

總之，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的主要難題包括：

?最大限度地提高從USB端口獲得的電流(可提供2.5W)；

?管理多個輸入電壓源和電池之間的電源通路，同時向負(fù)載供電；

?保護(hù)集成電路免被高壓系統(tǒng)瞬態(tài)損壞；

?最大限度減少熱量同時快速充電；

?最大限度提高充電效率和延長電池工作時間；

?最大限度減小解決方案占板面積和高度。

具有高壓輸入能力和過壓保護(hù)功能、集成和緊湊的電源通路管理器IC簡單輕松地解決了這些問題。

一個簡單的解決方案

具有電源通路控制功能的集成電路能夠自主和無縫地管理USB、交流適配器、電池等不同輸入電源之間的電源通路，同時優(yōu)先向負(fù)載供電。為了確保充滿電的電池在連接USB總線時仍然保持滿電量，這類集成電路通過USB總線向負(fù)載供電而不是從電池抽取功率。一旦電源去掉，電流就通過一個內(nèi)部低損耗理想二極管從電池流向負(fù)載，從而最大限度地提高效率、降低功耗。理想二極管的正向壓降遠(yuǎn)低于常規(guī)或肖特基二極管，因此最大限度地提高了能量傳輸效率，反向電流泄漏也更小。典型值為20mV的微小正向壓降減少了功率損耗和自熱，因此延長了電池工作時間。另外，三終端(或“中間總線”)拓?fù)淙サ袅穗姵嘏cVot。的耦合，允許最終產(chǎn)品一插上電源插頭就立即工作，而不管電池的充電狀態(tài)甚至電池缺失也一樣，這通常稱作“即時接通”工作。

電池充電器與電源通路控制器和理想二極管器件(“電源通路管理器”)集成，可高效管理各種輸入電源、給電池充電、優(yōu)先向負(fù)載供電并降低功耗。電源通路控制電路可以采取線性或開關(guān)拓?fù)?，因?yàn)橐暰唧w充電要求不同，他們對系統(tǒng)而言都有一定的優(yōu)點(diǎn)。

開關(guān)電源通路系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

與電池饋送型系統(tǒng)相比，線性電源通路系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是向負(fù)載／系統(tǒng)提供功率的效率高，但是在線性電池充電器單元中有功率損耗，尤其是如果電池電壓較低(導(dǎo)致輸入電壓和電池電壓之間出現(xiàn)大的壓差)時更是這樣。而基于開關(guān)模式拓?fù)涞碾娫赐冯娐吠ㄟ^符合USB要求的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生中間總線電壓，穩(wěn)壓器穩(wěn)定在比電池電壓高300mV的電壓上(參見圖1)。這種形式的自適應(yīng)輸出控制被凌力爾特公司稱作“電池跟蹤(Bat―Track)”。穩(wěn)定的中間電壓剛好高到允許通過內(nèi)部線性充電器恰當(dāng)充電。用這種方法跟蹤電池電壓，最大限度地降低了線性電池充電器中的功率損耗、提高了效率并最大限度地提高了提供給負(fù)載的功率。具有平均輸入限流的開關(guān)架構(gòu)最大限度地提高了使用USB電源提供的所有2.5W功率的能力?？蛇x外部PFET降低了電池和負(fù)載之間理想二極管的阻

抗，進(jìn)一步減少了熱損耗。這種架構(gòu)是使用大電池(＞1.5AHr)的系統(tǒng)“必須”采用的。

LTC4098―兼具高效率充電和高壓保護(hù)

LTC4098(圖2)是一種自主式高效率電源通路管理器、理想二極管控制器和電池充電器，用于通過USB供電的便攜式設(shè)備，如媒體播放器、數(shù)碼相機(jī)、PDA、個人導(dǎo)航器和智能電話，該器件采用超薄(0.55mm)20引腳3mm×4mm QFN封裝。就汽車、Firewire或其它高壓應(yīng)用而言，LTC4098用凌力爾特公司的開關(guān)穩(wěn)壓器提供電池跟蹤控制，工作輸入高達(dá)38V(瞬態(tài)為60V)，最大限度地提高了電池充電器效率、減小了熱損耗，甚至用更高電壓電源也可以無縫運(yùn)作。

LTC4098提供高達(dá)66V的過壓保護(hù)(OVP)電路，僅需要一個外部NFET／電阻組合，可防止偶然的高壓情況引起的輸入損壞。該集成電路自動降低充電電流可實(shí)現(xiàn)快速接通工作，確保一插上電源插頭就向系統(tǒng)負(fù)載供電，甚至電池沒電或缺失時也一樣。其片上理想二極管保證總是向VOUT提供充足的功率，即使LTC4098的兩個輸入引腳的功率不充足也一樣。該集成電路的理想二極管控制器可用來驅(qū)動可選PFET的柵極，將對電池的阻抗降至30mΩ或更低。

LTC4098的全功能單節(jié)鋰離子／聚合物電池充電器允許負(fù)載電流超過從USB端口吸取的電流，同時符合USB負(fù)載規(guī)范。因?yàn)楸４媪四芰?，所以就快速充電而言，該集成電路的高效率開關(guān)輸入級幾乎將USB端口提供的所有2.5W功率都轉(zhuǎn)換成了可用系統(tǒng)電流，從USB端口限制的500mA實(shí)現(xiàn)了高達(dá)700mA的電流。用交流適配器供電時還有1.5A的可用充電電流。

過壓保護(hù)(OVP)

LTC4098僅用N溝道FET和6.04kΩ電阻這樣兩個外部組件，就能在VBUS或WALL意外地加上過大電壓時保護(hù)自己免受損壞。最高安全過壓幅度將由該外部NMOS晶體管及其漏極擊穿電壓決定。

電池跟蹤開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入限流和高壓控制

LTC4098從VBUS到VOUT的功率傳遞由2.25MHz恒定頻率降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制。為了滿足USB最大負(fù)載規(guī)格要求，該開關(guān)穩(wěn)壓器含有一個測量和控制系統(tǒng)，以確保平均輸入電流保持低于CLPROG引腳的編程值。這樣，VOUTS，就可以驅(qū)動外部負(fù)載和電池充電器的組合。

如果這個組合負(fù)載沒有讓開關(guān)電源達(dá)到編程設(shè)定的輸入限流值，那么該集成電路的VOUT將跟蹤大約比電池電壓高0.3V。通過將電池充電器電壓保持在這個低電壓值上，最大限度地降低了電池充電器的功率損耗。

如果組合外部負(fù)載加上電池充電電流足夠大，使得開關(guān)電源達(dá)到了編程設(shè)定的輸入限流值，那么電池充電器將嚴(yán)格按照滿足外部負(fù)載所需的量降低充電電流。即使電池充電電流被編程至超過容許的USB電流，就平均輸入電流而言，也不會不滿足USB性能規(guī)格。另外，如果VOU，端的負(fù)載電流導(dǎo)致超過從VBUS的編程設(shè)定功率，那么將通過理想二極管從電池吸取額外的負(fù)載電流，即使電池充電器正在工作也一樣。

WALL、/ACPR和VC引腳可連同LT3480等外部高壓降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器一起使用，以最大限度地減少用較高電壓源工作時產(chǎn)生的熱量。電池跟蹤控制電路將外部開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓調(diào)節(jié)至較高的(BAT+300mV)或3.6V。這最大限度地提高了電池充電器的效率，同時在電池深度放電時仍然允許即時接通工作。

LTC4098先進(jìn)的超薄(典型值為0.55mm)QFN封裝在印刷電路板相互堆疊的空間受限應(yīng)用中使用有優(yōu)勢。這種封裝可組成“體積”緊湊的解決方案，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了靈活性。另外，該器件具有與更高的(0.75mm)前一代QFN封裝相同的熱性能。

結(jié)語