集成电路的应用

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集成电路的应用范文第1篇

关键词：集成运放；线性应用；分析方法

集成运放的应用分为线性应用和非线性应用两部分：（1）当集成运放工作在线性区时，集成运放的输入输出成一定的比例关系，称为闭环电压放大倍数Auf；（2）当集成运放工作在非线性区，其内部的输出级三极管进入饱和区工作，输出电压与集成运放的输入信号不再呈线型关系，其值近似等于电源电压Uom：即当uid>0，则uo≈+Uom；当uid=0，则uo=0（转折点）；当uid

1 集成运放线性应用的判断

要分析一个运放应用电路能够实现什么功能，首先应该判断该集成运放工作在哪个区域，而判断集成运放工作区域的判断标准是看其是否引入负反馈：如果集成运放的应用电路引入的负反馈，则电路工作在线性区；如果运放应用电路中没有负反馈网络，即处于开环或具有正反馈，则集成运放工作在非线性区，该单元电路就属于非线性应用。

使用“瞬时极性法”做具体判断。图1为反相比例运算放大电路为例的说明：

（1）假设输入信号的瞬时极性为正，用符号 “？茌”表示；

（2）由于输入信号ui加在了集成运放的反相输入端，所以输出信号的瞬时极性为负，即“？苓”；

（3）反馈支路 Rf 将输出的一部分反馈回到输入端，瞬时极性为“？苓”；

（4）“？苓”与输入端的“？茌”叠加，消弱了输入信号的净输入量，所以此反馈属“负反馈”。由此得出此集成运放在此电路中为线性应用。

图2为同相比例运算放大电路为例的说明：

（1）假设输入信号的瞬时极性为正，用符号 “？茌”表示；

（2）由于输入信号ui加在了集成运放的同相输入端，所以输出信号的瞬时极性为正，即“？茌”；（3）反馈支路Rf将输出的一部分反馈回到输入端，瞬时极性为“？茌”；

（4）净输入量为ui减去瞬时极性为“？茌”的uf，比加反馈之前原净输入量ui-0=ui小，所以此反馈属“负反馈”。由此得出此集成运放在此电路中为线性应用。

图1 反相比例运算电路 图2 同相比例运算电路

同理可判断“加法运算电路”、“减法运算电路”、“积分电路”和“微分电路”等，都是集成运放的线性应用电路。总结这些电路的电路结构特点，可得出：只要反馈支路接到集成运放的反相输入端，则此集成运放工作在线性区，当然这只适合于一级集成运放的反馈判断，两级及多级的集成运放电路则不可使用此方法判断。

2 集成运放线性应用电路的分析方法

2.1 基本分析方法

实际的集成运放的指标接近理想化条件，在分析电路引入理想化指标所引起的误差不大，这是允许的。“虚短”、“虚断”以及“虚地”是理想集成运放重要的几个概念，可以大大简化集成运放应用电路的分析过程。

（1）虚短：集成运放的同相输入端和反相输入端的电位近似相等，即u+≈u-。由于真正的“短路”是短路的两点直接用导线连接，而集成运放的这两个输入端是没有直接相连的，不是真正的短路，所以称之为“虚短”。

（2）虚地：如果集成运放其中一输入端接地（或通过电阻接地），即u+（或u-）=0，根据“虚短”，则u-（或u+）≈0，但这个输入端又不是直接接地，这种情况下称之为“虚地”。例如图1中，若u+=0，则u-≈u+=0。

（3）虚断：集成运放两输入端电流近似为0，即i+=i-≈0。由于真正的“断路”是断路的两点直接断开，而集成运放两输入端显然不能与内部电路真正断路，所以称为“虚断”。且输入电阻越大，两输入端越接近断路。

以反相比例运算电路为例，结合以上几个概念分析输入、输出信号的关系。

图3 反相比例运算放大电路

由“虚断”知，i+≈0，所以u+≈0；

根据“虚地”，得u-≈0；

根据欧姆定律， ；

由图知，i=i-+if；

根据“虚断”，i-≈0，所以i=if；得

即：

利用“虚短”“虚断”同样可以分析加法（ ）、减法运算电路（ ）。

2.2 利用叠加原理分析

用简洁、迅速的方法找出电路输出和输入之间的关系是非常重要的。对比反相加法运算电路和反相比例运算电路的电路结构，可以发现它们的电路结构基本一致，只是加法运算电路比比例运算电路多了几个输入信号而已。那么，我们可以将反相加法运算电路看作是多个反相比例运算电路叠加作用的结果。下面用公式推导，来证实这个结论。

将加法运算电路拆成三个反相比例运算放大电路，每个电路仅一个输入信号工作，如图4所示。（a）图得 ；（b）图得 ；（c）图得 ；

根据叠加原理，得 ，与利用“虚短”、“虚断”分析方法分析的结果一致。这样对不同电路采用不同的分析方法，能迅速找到其输入输出的关系。

3 线性应用电路应用场合

在实际中运放线性应用的场合远高于非线性应用的场合。除上文所涉及到的比例运算、加法运算和减法运算电路可以完成信号运算功能外，集成运放线性应用电路可以组成积分、微分电路，来完成信号变换功能；以及完成滤波功能，一阶低通滤波电路和一阶高通滤波电路。■

参考文献

[1] 梁廷贵，周浩淼.集成运放线性应用电路分析方法的研究.唐山学院学报，2009，22（6）：86-93

集成电路的应用范文第2篇

摘要：

测量系统分析(MSA)是六西格玛管理的一项重要内容。在产品的质量管控中，高质量的测量数据，对产品的分析及改进有很大的帮助。在集成电路(IC)测试中，为了确保测试的准确性，获得高质量的测试数据，就需要对的测试系统进行充分的分析。该文介绍了测量系统分析方法，着重介绍重复性和再现性研究、分析,并通过实例说明IC测试中的测量系统分析的应用。并根据测量系统能力的评价规则对所分析的测试系统能力进行评价，判断测量系统是否满足IC测试要求。

关键词：

测量系统分析(MSA)；集成电路(IC)测试；重复性；再现性

0引言

测量是给具体事物(实体或系统)赋值得过程。此过程中输入包括人(操作员)、机(量具或必备的设备和软件)、料、法、环，过程的输出即测量结果。测量系统就是由人、机、法以及测量对象构成的过程的整体。在集成电路制程中，IC测试主要由晶圆测试(即CP)、封装成品测试(即FT)，IC测试是使用测试设备及针对集成电路制作的测试程序对晶圆或封装成品进行测试，确保集成电路满足IC设计的功能及性能要求。因此一个具有大量变差的测量系统，会造成IC测试所获得测量值较电路真实值出现很大的偏差，在测试过程中，使用该测量系统是不适合的。若缺少对测量系统的有效控制，会影响到获得测量值的准确性，造成IC测试的误判，严重时会涉及到IC的大量失效，甚至报废。因此，测量系统分析在IC测试中的应用，是识别测量系统是否适合的一个重要手段，通过该手段，可确保获得测量值的准确性和精确性。

1测量系统分析的基本概念

1.1测量赋值

给具体事物以表示它们之间关于特殊特性之间的关系[1]。

1.2测量过程

给具体事物(实体或系统)赋值的过程被定义为测量过程[2]。也可以看作一个制造过程，这个过程的输入有测量人员、设备、样品、操作方法和测量环境，它产生数据作为输出，如图1所示。

1.3测量系统

是指用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程[1]。测量系统可分为“计量型”、“计数型”、“破坏性”等类型。测量后能够给出具体的测量数值的为计量型测量系统分析；只能定性的给出测量结果的为计数型测量系统分析；对一些样本不可重复测量的计量型测量系统，可以进行破坏型测量系统分析。“计量型”测量系统分析通常包括“稳定性”、“重复性”、“再现性”、“偏倚”及“线性”(五性)的分析、评价。在测量系统分析的实际应用中，可同时进行，也可选项进行，根据具体应用情况确定。“计数型”测量系统分析通常利用假设性试验分析方法来进行判定。

1.4重复性

是用一个评价人使用相同的测量仪器对同一零件上的同一特性，进行多次测量所得到的测量变差；它是设备本身的固有变差或能力。传统上将重复性称为“评价人内部”的变异[1]。

1.5再现性

是指测量的系统之间或条件之间的平均值变差。传统上将再现性称为“评价人之间”的差异[1]。

1.6量具R&R或GRR

量具的R&R是结合了重复性和再现性变差的估计值。换句话说，GRR值等于系统内部变差和系统之间变差的和[1]。即：σ2GRR=σ2再现性+σ2重复性(1)

1.7系统变差

测量系统变差可分为：能力：短期间的误差，是由线性、均一性和再现性结合的误差量；性能：所有变差来源于长期的影响，是长期读数的变化量；不确定度：有关被测值的数值估计范围，相信真值包括在此范围内[1]。

2测量系统分析的介绍

2.1测量系统变差

测量系统分析的目的之一是获得测量系统与所处环境相互作用使其产生的测量变差的类型和结果的信息[1]。测量系统变差类型可分成五种类型：偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性，其中重复性、偏倚、稳定性和线性属于量具变差，再现性属于操作员造成的变差。通常通过偏倚、线性及稳定性来判断测量系统的准确性，通过重复性和再现性来判断测量系统的精确性(即其波动)。

2.2测量数据特性

测量系统分析是为了更好的发现测量系统变差，从而通过对测量系统变差的控制来满足测量产品质量特性的目的，也控制测量数据的质量。测量数据显现出的4种状态，如图2所示。说明：图2(a)中测量数据分布虽较集中，但偏离中心较大，属于精确但不准确测量数据；图2(b)中测量数据虽基本都在中心内，但数据分布较离散，属于准确但不精确数据；图2(c)中测量数据分布离散，且数据基本在中心外，属于不准确且不精确数据；图2(d)中测量数据分布集中，且均在中心内，属于既准确又精确数据。图2(a)、(b)、(c)这3中测量数据，是质量"低"的测量数据，图2(d)的测量数据，是质量"高"的测量数据，也是测量过程期望获取的数据。

2.3测量系统分析(MSA)方法分类

测量系统分析(MSA)方法主要分为三类：计量型测量系统分析方法、计数型测量系统分析方法以及破环型测量系统分析方法。计量型测量系统分析方法主要分为两类：位置分析、宽度分析。其中位置分析常用的有：偏倚分析、线性分析和稳定性分析，宽度分析常用的有：重复性分析和再现性分析，如图3所示。计数型测量系统分析方法包括：风险分析法、信号分析法以及数据解析分析法。对于计数型测量系统，主要采用风险分析法进行研究。破坏性测量系统分析方法包括：偏倚分析、变异分析和稳定性分析。在IC测试过程中，测试所得的测试参数数据通常为一连串的测试数据，即计量型数据，因此测量系统分析时通常采用计量型测量系统分析。以下介绍重复性和再现性分析在IC测试中的应用，通过重复性和再现性分析评价测量系统能力。

3重复性和再现性分析在IC测试中的应用

3.1IC测试中评价测量系统要求

IC测试过程中，评价测量系统时，需确认三个基本问题：

1)测量系统的分辨能力(在IC测试中主要指测试设备)是否满足测试要求，即系统的设计性能能否满足测试过程中所需实现的性能，这个是系统本身决定；

2)测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致，即测量系统是否经过校验，以确保测量系统状态处于稳定状态；

3)这些统计性能是否在预期范围内保持一致，并且用于过程分析或控制是否合格，即测量系统分析的结果是否在可接收范围内。测量系统分析在评价测量系统中起到很重要的作用。在IC测试过程中，造成测量结果变差主要是由量具变差以及操作员造成的变差导致，而重复性分析是分析量具变差，再现性分析是分析操作员造成的变差。因此重复性和再现性在IC测试的测量系统分析中占重要的位置。

3.2重复性和再现性分析操作过程

1)测量样品的选择选定标准样品，至少3只，并对标准样品进行编号，以便测量时数据能一一对应；

2)选取评价人选取若干名(至少2名)操作员作为评价人执行研究，并指定为评价人A、B、C等，评价人最好为操作该测量设备的操作员，经过测量设备的操作培训，避免由于操作员引起很大的测量误差；

3)测量设备校准测量前需对被测量分析的设备进行校正，使用标准件对设备进行校正，校正合格后可进行测量；

4)每个评价人分别对标准样品进行重复测量(至少2次)，并将测量数据记录在数据采集表中，测量数据记录时评价人、样品编号应一一对应；

5)重复性和再现性研究

(a)重复性研究

重复性是研究测量设备本身的波动，测量条件(如测量环境、测量地点、测量标准样品等)要尽可能统一。首先通过极差图(R图)分析测量过程是否受控，并通过R图观察评价人之间对每个标准样品测量过程的一致性。若R图上由数据出现失控现象，应对每一个输入数据进行核对确认，若输入数据正确，需分析失控原因并进行针对性纠正，通常可采取三种纠正方式：忽略超出的点；删除超出的点以及评价人重新测量标准样品。然后计算重复性。重复性计算公式：EV=R軏×K1(2)其中R軏重复测量同一零件的极差的平均值，K1根据重复测量次数选值。

(b)再现性研究

再现性是研究不同评价人在相同的测量条件(如测量环境、测量设备、测量地点等)下测量同一标准样品时产生的波动。可通过每个评价人测量每个标准样品的平均值进行分析，通过均值控制图观察分析。首先计算出每位评价人测量标准样品的总平均值，计算评价人之间的极差R0与标准差σ0，其中该标准差还包含了操作员重复测量引起的波动，因此需减去重复性部分，对该标准差进行修正，计算出的值即测量系统的再现性。再现性计算公式：AV=[R0d*2]-[(σe)2(nr)](3)

(c)标准样品间的波动

测量的标准样品间总是存在差异的。首先计算标准样品测量总平均值的极差，然后计算出标准样品间的波动PV。PV计算公式：PV=RP×K3(4)其中RP为标准样品极差，K3根据标准样品数量进行选值。

(d)测量过程

总波动测量过程输出总波动TV包括测量过程的实际波动和测量系统的波动。TV公式：TV2=PV2+EV2＋AV2(5)以上已获得AV、EV以及PV的值，那么总波动TV的值也可得出。

(e)测量系统能力的评价

通过已经计算出的重复性EV和再现性AV，可以计算出测量系统的波动GRR。GRR计算公式：GRR=EV2＋AV2(6)通过用测量系统的波动GRR与总波动(TV)之比来度量，即计算%GRR值。%GRR计算公式：%GRR=100[GRR/TV](7)根据测量系统能力判别准则，对测量系统进行评定，判别准则具体为：%GRR<10%，表明测量系统能力很好，可正常使用；10%≤%GRR≤30%，依据设备的重要性、成本及维修费用等因素，决定是否可使用或不可使用；%GRR＞30%，说明测量系统本身波动很大，由该测量系统得出的数据是不可靠的，测量系统必须改进。这时，需通过对测量系统的各种波动源，进行研究，若重复性变差本身较小，则说明问题出现在再现性上，可通过对加强对评价人的培训，对作业方法的优化或提高评价人操作的一致性来减小评价人间的波动，若采取措施后仍不能满足要求，或者重复性变差本身较再现性变差大很多，则需要将该设备停用做好标识，更换测量系统能力好的设备或采购新的测量系统。

4应用实例

使用测量设备对IC进行测试，主要是将流片过程、封装过程中产生的缺陷产品挑选出来，这些缺陷产品在测试时主要体现为测试参数超出规范界限，判定为产品失效。而一个产品的测试需测试的参数项很多，在对测量设备进行测量系统分析时，需先确定出关键参数也就是对测试产品影响很大，客户重点关注的参数)作为分析项目，如模拟电路测试中，部分产品在测试时一些参数需进行烧熔丝测试，该些参数一旦经过烧熔丝测试后，就不可逆，无法改变测试结果，若测量设备在测试该些参数出现偏差，参数测试均值的中心值偏移出允差范围，直接会导致大量产品的失效、报废。下面以某模拟电路测量设备为例，确定频率参数FOSC为分析项目，参数单位为KHZ，对该分析项目进行重复性和再现性数据采集，并进行分析。采集的数据如表1所示。

(1)重复性分析和计算

根据采集的数据，按照第4章中所述的重复性和再现性的研究方法，先得出极差图(R图)，如图4所示。从图中可以看出测量过程处于受控状态，且3个评价人对样品的测量都在受控状态，说明3个人的测量操作较一致，体现了测量的重复性。并通过重复性公式计算出EV=0.0003。

(2)再现性分析和计算

将采集的数据按照样品编号，在图中绘制出每个评价人对每个样品测量的平均值，得出均值图，如图5所示。由于在测量时测量环境、测量条件以及测量设备均一致，因此可以通过不同评价人测量同一样品的波动来研究再现性，从均值图中，可以看出3位评价人分别测量的10个样品，每个样品均值波动最大的波动为33HZ，该样品FOSC参数的均值允许偏差为±500HZ，测量波动大大小于参数的均值允差，说明具有良好的再现性。并通过再现性计算公式，可计算AV=0.0005。

(3)测量设备能力分析

①通过图5均值图分析。通过对该样品电路不同批次的测试数据统计分析，该样品的均值图中控制线以内区域表示测量的敏感性。若图中显示的测量均值有一半以上(包括一半)落在控制线以外，则表明该测量系统适合进行测试该IC电路。若落在控制线以外的测量均值小于一半，则表明该测量系统缺乏足够的分辨力，不适合进行该IC电路的测试。从图中可以看出，3位评价人测试每个样品的均值大部分都落在控制线以外，因此该测量设备有足够的分辨力，有足够能力测试该IC电路。②通过样品链图分析。将所有评价人测量每个样品的数据，画在一张图上，得到样品链图，如图6所示。从图上可以看出10个样品不同评价人测量的变差非常小(在10HZ以内)，与该样品所要求的FOSC参数允许偏差(±500HZ)相比，大大小于该参数允许偏差，说明该测量设备能力非常号，精度完全可以满足测试产品的要求。

(4)测量系统能力评价

根据第4章中内容计算出标准样品间波动PV=0.0078、测量过程总波动TV=0.0078以及测量系统波动GRR=0.0006，再通过用测量系统的波动(GRR)与测量过程总波动(TV)之比即计算%GRR值，进行测量系统能力的判别。本次分析的测量设备，计算出的%GRR=7.24%。根据判别规则%GRR<10%，表明测量系统能力很好，测量设备的变差和人员变差对产品测试影响较小，完全满足产品测试要求。

5结束语

IC测试主要目的是辨别电路的好坏，将不能满足要求的电路剔除。IC测试过程中测量设备和人员的变差会对辨别结果有很大的影响，通过对重复性和再现性的研究与分析可以监控测量设备和人员变差，使之处于受控状态，从而保证测量结果的准确性和精确性。

参考文献：

集成电路的应用范文第3篇

【关键词】集成运放 非线性 失真分析 电路应用

针对于差分式的集成运放电路，解析了失真的非线性根源。经过全方位改进，优化并且重设了集成运放的线路特性。具体在改进后，防控了偏高的电路谐波。对于线路，非线性解析得到的参数也可用来优化连接，同时减低了输入进来的共模电压。具体优化设计时，增设了定位必备的频段系统用来接收电路的射频增益，阻止产生谐波。改进后的输出信号符合了特定门限及幅度。

一、非线性的电路失真

集成运放性的常用电路包含了输入级、输出级及相应的中间级，同时还含有偏置电路。在整体电路中，输入级还设有内部的差分电路。差分电路可设置为单端或双端这样两类的输入流程。对于偏置电路，可依托双电源或单一电源来供电。在这种状态下，若输入进来的共模信号是较大的，将会转变至非线性的差分电路运转状态。因此，放大器不会再抑制电路内的共模，也干扰了设置好的共模抑制功能。

集成运放性的线路表现为非线性的特性，设置了必备的参数。除了输入电压，判断非线性的详细指标还包含了输出电流、电压及摆动幅度。从晶体管来看，输出级呈现为饱和性的压降，输出的最大电压也经常没能超出线路内的电源电压。在转换电压时，压摆率被设置为必备的指标，这项指标整合了高频信号。若初期设定了偏高压摆率，那么集成运放也将表现为较高的总体电压。与之相反，若设置了过低的压摆率，在某一时段将会呈现为失真的输出信号，这种状态下的非线性表征也更为明显。

针对于正负两类的电源或是单一电源，集成运放供电都配有精确的共模电压。通常来看，相比于电源电压，共模电压会显示为2V的差值。若选取了单一电源用来供电，那么输入电压总体的变更幅度是更小的。由此可见，如果采纳了较低的供电电源，那么不可忽视共模信号的输入。

二、集成运放的具体应用

射频式的前端接收机电路配备了运算放大器，表现为集成性能。然而，运算放大器初期设置了偏高的输出阻抗，这种状态的混频器并没能拥有最优的驱动及负载性能。这样做，即可确保符合了最低的采样信号门限。集成运放设有输出的较低阻抗，但却有着较高比值的输入阻抗。经过这种改进，即可高效传递实时l生的变频信号，负载驱动性能因而变得更强。针对总体线路，若要符合根本的增益设计，那么有必要实时放大变频状态下的接收端基带信号。

2.1总体设计思路

非线性的集成运放线路设有500MHz的带宽及5mV的电压摆动，设定为0.05°精确的相位误差，它代表着差分放大过程中的偏差。电源设有7V或更低的电压。在总体线路内，配备了双集成式的放大器用来运算，可同时输出并且放大双路的信号。相比于反馈电流式的常见放大器，集成运放的新式放大器更适合用于电路的扩频通信，体现为压摆率较高的特性。

2.2具体的实现流程

供电设置了单电源，配备了正交的两路信号。对于差分放大，配备了单端输出及双端输入的流程。集成运放的过程中，合并了极性的双路信号而后用来采样。若识别了跳频信号，电路即可跟进实时性的电压变更。经过改进之后，可控制于30dBc或更低的输出谐波，符合了灵敏度。在各个阶段内，负载阻抗及电压增益都会表现出正比的变动趋势。对于射频前端，配备了控制性的增益放大线路。接收机设有高层次的敏锐性要求，初期较弱的信号经过固定式的集成运放，可以再次被放大。

2.3优化非线性电路

非线性的集成运放电路应当解析它的失真规律。输入某一单频信号，电压变更的速度并不是很快。因此，谐波失真可忽视压摆率的变动。优化重设电路之后，在最大范围内缩减了低频信号附带的电容干扰，因而表现出最佳的电路频谱特性。

集成电路的应用范文第4篇

关键词 制冷技术；集成电路制造；宽温区；大功率；高精度

中图分类号：TN305.94 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0105-02

集成电路制造工艺复杂性与装备精密性对温度控制技术提出宽温区、大功率、超精密等严格要求。如刻蚀工艺设备中，由于不同刻蚀方法要求反应腔内的温度不同，需要冷却系统输出温度范围在-20℃～80℃、精度优于±0.5℃的循环冷却介质。硅片基底进行薄膜化学气相沉积工艺时，反应腔内温度达到300℃～1000℃，对冷却系统的温控精度要求不高，主要目的是带走内部大量热量，制冷功率达到100 kW、甚至更高。纳米级（100 nm）光刻机要求内部投影镜头和关键区域的温度稳定在±0.01℃，随着光刻工艺特征线宽（CD）的不断减小该指标还需不断提高，为此要求冷却系统输出的冷却介质的温度控制精度在±0.01℃。

冷却系统中制冷技术是最为关键的技术，制冷技术的选择恰当直接决定水冷系统的指标实现、方案复杂性与经济性等。

1 冷却系统介绍与制冷技术分析

上述冷却系统是专用提供温度、压力、流量受控的循环冷却介质的设备。它对内部加热、制冷执行器进行控制，实现内部循环冷却介质的温度控制，并与被控设备进行管路连接后，输送循环冷却介质至被控设备进行热交换，最终实现对被控设备的温度控制、热量转移的功能。如图1所示水冷系统主要由加热器、制冷系统、水泵、水箱、传感器、冷却水进出口组成，包含循环冷却介质回路、冷却水回路。制冷系统的主要作用是将循环冷却介质带出的热量通过热交换转移至工厂冷却水，最终带出设备。

制冷技术主要有三种方法，利用物质相变的吸热效应实现制冷；利用气体膨胀产生的冷效应进行制冷；利用半导体的热电效应实现制冷。其中以物质相变原理的蒸汽压缩式制冷最为常见，具有制冷效率高、冷却温度低的特点。压缩式制冷适合温度达到-20℃的低温冷却场合，并且对冷量控制技术的研究目前也有很大进展，如数码蜗旋式变频压缩机控制技术、PWM电子膨胀阀等，能够实现较高的温控精度。

热电制冷技术是利用直流电经过不同导体时发生热量转移的原理，利用热电制冷原理制造出的制冷元器件称为半导体制冷片，可以通过调节它电流的大小实现冷量的调节，具有调节精度高、制冷功率小的特点。此外，制冷片的冷却效率与它冷、热面的温差有很大关系，为保证一定的冷却效率，冷热面的温差需要控制在一定范围内，这限制了热电制冷的制冷温度。虽然光刻机内部投影镜头和关键区域的温度控制精度要求高，但主要用来平衡环境空气的温度波动及传感器、板卡的热量，冷却功率小，并且温度点在20℃左右。因此，热电制冷技术十分适合于光刻工艺设备的超精密温度控制。

此外转移热量也可以通过冷却水与循环冷却介质直接进行热交换器实现，即通过水、水强制对流的方式。该方式的传热系数达到2000 W/（m2·k）～15000W/（m2·k），在热交换两侧温差较大时可以实现很大的热交换功率。硅片基底进行薄膜化学气相沉积工艺中，对温度点没有严格精度要求，主要作用是带出大量热量、冷却反应腔体的温度，水、水热交换的制冷方式比较适合。

2 蒸汽压缩制冷系统

蒸汽压缩制冷系统如图2所示：制冷系统由压缩机、冷凝器、气液分离器、干燥过滤器、示液镜、膨胀阀和蒸发器组成。冷却水回路包括水力调节阀，循环冷却介质回路包括流量调节阀。压缩机制冷系统中的蒸发温度是较为恒定温度点，循环冷却介质温度为-20℃时蒸发温度一般设置略低-20℃，如果循环冷却介质的温度变为80℃将造成蒸发温度过高引起高低报警。为此，在高温工况下通过循环冷却介质回路的流量调节阀在换热前进行分流，避免了压缩机高低压报警。控制系统设计采用逻辑PID控制，运用PID算法分别对电子膨胀阀、流量调节阀和加热器的输出量进行调节，其中电子膨胀阀PID控制旨在监控压缩机吸气温度，避免吸气温度过高引起高、低压报警；流量调节阀PID控制旨在控制混流完成后循环冷却介质的温度，使它略低于设定工况；最终通过加热PID控制实现出水口优于±0.5℃的温度控制。

3 热电制冷技术

半导体制冷片经过直流电经过后会形成冷、热端，利用它的冷端可以进行制冷。如图3所示，将制冷片的冷、热端分别贴在冷端散热器与热端散热器，循环冷却介质经过冷端散热器被冷却，半导体制冷片将热量转移至热端散热器，最终冷却水经过热端散热器将热量带走。半导体制冷片与金属壁间为热传导，冷却水、循环冷却介质在散热器内为对流换热。

设计冷、热端散热器时需进行对流换热分析、热传导分析，还应考虑制冷片的温差与制冷量的关系、循环水的温控范围、冷却水的温度波动范围，以及目标制冷功率与最大电流等。降低半导体制冷片冷、热端的温差可以提高制冷效率。热端散热器的换热系数应设计大于冷端散热器，因为它除了转移循环冷却介质带出的热量外还要带出半导体制冷片自身发热的热量。通过控制半导体制冷片的供电电流大小来实现制冷量的调节，供电电路包括功率控制器、整流桥、保护元件等，功率控制器根据输入的控制信号调节输出三相电压的大小，整流桥将交流电压转换为直流电，供给制冷片。温度控制器根据实际温度与目标温度的差值，经处理器的算法运算，最终向功率控制器输出模拟量的控制信号。

4 水、水热交换制冷

循环冷却介质通过换热器与厂务供应的冷却水进行热交换来实现制冷。如图4所示，循环水回路包括温度传感器、流量调节阀；冷却水回路包括温度传感器、流量传感器、流量调节阀。循环冷却介质温度的调节是通过调节与冷却水发生热交换的支路流量实现，温度传感器、流量调节阀形成温度反馈控制系统。冷却水的温度与流量会影响制冷功率，因此在冷却水回路中增加温度、流量传感器进行监测。热交换器的设计与对流量调节阀控制是该方案的关键。

根据厂务冷却水的技术参数及使用工况确定热交换器的设计输入的参数：循环冷却介质侧的最低进水温度48℃、出水温度33℃、制冷功率100 kW、流量100 L/min；冷却水进水最高温度18℃、出水温度43℃、流量60 L/min；经分析换热系数为4350 W/（m2*K）、换热面积2.3 m2。选用西门子两通阀对流量进行调节，选型时应考虑最小调节量、响应时间。选用欧姆龙PLC作为控制器，根据循环冷却介质的当前温度与设定温度对两通阀的开度进行调节，实现温度控制，选用科宝公司流量传感器、温度传感器对冷却水流量、温度进行监测。该方案主要换热器与流量调节阀，简单、经济性高。

5 结论

集成电路制造工艺设备的温度控制涉及宽温区、大功率、超精密的复杂要求，制冷技术是温控技术的关键。本文分析上述温控特点与制冷技术，对宽温区（-20℃～80℃）场合提出蒸汽压缩式制冷方式，对大功率换热（100 kW）场合提出水、水热交换的制冷方式，对超精密（±0.01℃）场合提出热电制冷方式并对各方案的原理实现、控制技术进行探讨，提出旁通式蒸汽压缩机制冷技术、基于流量调节的温度反馈控制系统、基于半导体制冷片的制冷系统设计等。

参考文献

[1]机械工程师手册编委会.机械工程师手册[M].机械工程出版社，2007.

[2]姚汉民，胡松，刑延文.光学投影曝光微纳加工技术[M].北京工业大学出版社，2006.

集成电路的应用范文第5篇

Abstract： The core function of Running Monitoring Platform for Transmission Line in Smart Grid is the status of primary electric power equipment monitoring. Base on the functions of real-time safety monitoring and safety early-warning and integrated electric asset management system， this platform implements the life cycle management of electric asset. The tradition platforms are only focus on real-time status of electric asset monitoring and early warning which cannot form the whole cycle of asset management. By using this platform， the electric company will reduce a bunch of time and cost on manage the electric asset and improve the efficiency of emergency repair.

关键词： 电力资产管理；全生命周期管理；电力一次设备状态监测

Key words： electric asset management；whole life cycle management；primary electric power equipment monitoring

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0163-02

0 引言

近年来，随着电力资产全寿命周期管理理念的提出，已有众多电力企业在此领域展开深入的实践与探索。资产全寿命周期管理起源于全周期成本管理（LCC），是LCC管理理念的发展，是系统工程理论在资产管理上的应用。资产全寿命管理是以资产作为研究对象，从系统的整体目标出发，统筹考虑资产的规划、设计、采购、建设、运行、检修、技改的全过程。在满足安全、效能的前提下，追求资产全寿命周期成本最优、实现系统优化的科学方法。电网公司作为资金密集型企业，具有资产分布广泛、管理链条长、设备寿命周期长、实物变动与价值变动不一致等特点，给电网资产运行、维护与管理带来了极大压力。

随着山东电网的快速发展和状态评价工作的全面开展，山东电力集团公司检修公司在状态评价与电力资产精益化管理方面不断深化研究，实现状态评价工作的可持续发展。本文将介绍面向服务输变电设备状态评价工作的电力资产管理系统与智能电网输电线路运行监控平台集成的方法设计与实现。

1 系统设计需求分析

1.1 电力资产仓库管理目标分析 电力设备管理是一项复杂而艰巨的工作。作为电力资产全寿命周期管理的一部分，系统目标定位从电力设备使用的现状和设备资产管理的现实出发，以设备的运维检修为着眼点，侧重于设备的运维管理，建立以设备管理为核心、服务输变电设备状态评估为目标的资产管理系统，包括记录设备基础台账数据、运行技术参数以及运行状态和检修数据，同时还有备品配件的管理信息。我们希望通过该系统的使用，可以提高设备可利用率及可靠性、控制维护与维修费用、延长设备生命周期，实现企业利润最大化。系统将目标定位在优化资源配置、降低生产成本以及提高状态评价工作的效率。

1.2 电力资产仓库管理对象分析 电力企业属于资产分散型企业，具有资产使用部门众多、使用地方范围大、资产分类复杂等特点。电力资产大致可以分为输电线路、变电设备、配电线路及设备、用电计量设备及通讯设备、自动化设备、工具器具、运输设备、房屋建筑物等十几大类。

由于该系统是面向服务输变电设备状态评价工作的开展而设计的，并非一般企业的固定资产管理系统，因此在管理目标的划定及分类设计上，我们秉承国家电网公司下达的《网省公司输变电设备状态评价中心运行管理规范》中的指导思想，将电力设备设定为主要管理目标，并涉及到与设备检修过程中有密切关系的工具器具、运输设备、通讯设备等相关物品。由于管理对象包含范围大，为了在实际应用过程中方便用户查询和管理，根据实际情况，将所有物品首先按照电力一次设备、二次设备、辅助设备三大类进行划分，其中又可以以电压等级、资产管理单位等方法对物品进行子类划分。

1.3 系统功能性需求分析 根据系统目标的设定，该系统以设备资产全生命周期为功能设计主线，跟踪物料的入库、出库、安装、运行、维修、变更和报废。功能主要分为两大方面：仓库物料出入库管理和仓库物料调配管理。在仓库物料出入库管理方面应实现物料台账管理，为每一件物品建立基础台账，包括物品的名称、分类名称、入库日期、生产厂家信息、管理单位名称、物品型号、存储地点、出库日期、安装位置、物品状态等。仓库物料调配管理基于各类物品的综合查询和统计管理，具体查询方式可以按照部门、物品类型、厂家或设备ID，使用者可以通过系统快速统计出该类物品可用数量和分布位置。

2 系统设计

2.1 功能设计 仓库管理系统主要包括以下功能模块：台账管理、维护维修管理、设备查询、设备调拨、系统后台管理等功能模块。

（1）资产台账管理：建立资产目录位置结构树，按照公司各部门、各工区逐级划分资产归属单位，为各部门建立电力资产设备台账；建立设备资产卡片，建立资产卡片和设备台账对应名录。台账不但包括设备基本的入库、厂家信息以及具体的存放位置，还包括各类设备的型号及特性参数。

（2）维护维修管理：建立资产健康记录表，为每一件设备建立起一份设备运行健康情况的详细记录，其中包括设备生产日期、最后一次检修日期、缺陷记录、检修人员、厂家信息。健康记录表的建立可以方便仓库管理员掌握每一项资产的运行情况，合理重估资产价值，便于安排下一年的采购计划。

（3）设备查询：可以根据设备采购日期、使用年限、供应商品牌、设备分类等多种条件进行综合查询。

（4）设备调拨：通过电网运行状态实时预警报警功能和电网缺陷故障记录，可获知哪些设备需要进行维修或更换，根据具体情况，可调拨巡检人员需要的维修工具、替换设备、抢修车辆，依照就近原则安排所需设备出库，并做出库登记。

2.2 架构设计 仓库管理系统作为智能电网输电线路运行监控平台的一个二级子系统，延续了主系统的B/S结构设计，数据库管理系统采用Oracle，主要负责数据的存储、检索，为数据提供完整性、安全性控制。客户端运行在Windows操作系统上，通过网络及Oracle专用接口连到服务器。业务处理模块是针对各仓库出入库所需要处理的管理模块，包括物料到货登记、入库登记、物料出库、物料报损以及缺损登记。智能电网输电线路运行监控平台通过调用接口读取仓库管理系统的资产库存的电网资产相关信息，结合电网运行状态实时预警报警功能和电网缺陷故障记录，综合分析出电网巡检和电网抢修的最佳方案。

3 仓库管理在智能电网输电线路运行监控平台中的应用

智能电网输电线路运行监控平台主要业务模块侧重于对在线运行电力一次设备的状态监控和预测，仓库管理系统信息的集成可以实现对电网资产的全寿命周期管理，以及对固定资产进行全过程跟踪。通过仓库管理信息的集成，展现了资产历经的整个生命周期过程，掌握资产信息及变动情况。查看资产的详细信息时，可以浏览到资产经历的整个生命周期过程，包括入库、出库、安装、运行、维修、折旧、报废在内的全生命周期管理，降低了管理人员统计维护的工作难度。

智能电网输电线路运行监控平台中的主要功能模块——状态预警以及状态评估，可以指导合理有效地安排巡检作业，科学性地判断电力一次设备的检查维护需求，结合仓库管理系统中的物品库存信息，可以实现现代资产盘点管理流程闭环，有效避免人员的重复性劳动。

两系统集成后的核心功能为抢修方案辅助决策模块，其最主要的优势为使巡视检修和抢修工作转变为流程化、规范化管理模式。通过与工作流的结合，系统可实现智能化辅助决策功能，大大提高在突发事件发生后形成决策的效率并可以有效复用以往的经验。

参考文献：

[1]李磊，曲俊华.电厂资产管理系统的设计与实现[J].电力系统自动化，2005，29（13）：80-83.