微电子器件设计与制备研究

第４４卷第２期　２０１４年４月　微电子学　ｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖｏ１．４４。Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１４　

微电子器件抗辐射加固技术发展研究　

王健安，谢家志，赖凡　（中国电子科技集团公司第二十四研究所，重庆４０００６０）　

摘要：　对微电子器件抗辐射加固的发展态势进行了分析研究。目前，对微电子器件进行抗辐射　

加固的主要技术是抗辐射加固设计和抗辐射加固工艺；微电子技术的进步促进了抗辐射加固的新　设计技术、新工艺技术、封装技术和试验手段不断发展，刺激了完整有效的设计、验证体系和制造能　

力的形成；领先国家的技术发展重点在于加强设计、工艺、制造领域的抗辐射加固能力，提升微电子　器件的抗辐射加固指标、容错能力和高可靠性品质。研究结果对建立完整的抗辐射加固体系，加速　

抗辐射加固技术发展具有一定的参考价值。　

关键词：　微电子器件；抗辐射加固；ＳＯＩ；ＳｉＧｅ　中图分类号：ＴＮ４０６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—３３６５（２０１４）０２—０２２５—０４　

Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｉｎｔｏ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　

Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　

ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎ’ａｎ，ＸＩＥ　Ｊｉａｚｈｉ，ＬＡＩ　Ｆａｎ　（Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｇｒｏｕｐ　ｃＤ憎．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００６０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｎ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｉｎｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｅｔｒｏｎｉｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｗａｓ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｅｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ，ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ａｒｅ　ｅｍｅｒｇｉｎｇ，　ｗｈｉｃｈ　ｈｅｌｐｅｄ　ｔＯ　ｆｏｌ＇Ｉｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ　ｓｔｒｅｓｓ　ｓｔｒｏｎｇｌｙ　ｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ，ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｌｅｖｅ１。ｆａｕｌｔ　ｔｏｌｅｒａｎｔ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ａｎｄ　ｈｅｌｐｆｕｌ　ｔＯ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ａ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｒａｄｈａｒｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔＯ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　

电子元器件散热方法研究

摘要：电子器件正朝着高频、高速、高集成的方向发展。电子元件的固结率总密度增加，但物理尺寸逐渐减小，因此热流密度直接增加。在高温下，电子元件的性能直接受到影响，因此，实施热控制是必要的。结合目前的情况，应选择电子元件的冷却方式.选择有效的除热方法的问题值得深入研究。在此基础上研究了电子元件的冷却方法。本文首先概述了电子元件的冷却方法，然后详细介绍了电子元件的各种冷却方法。最后讨论了电子元器件散热方法的选择。

关键词：电子元器件；散热；研究

引言

近年来，随着现代科学技术的发展，电子技术的发展速度逐渐加快。电子设备具有高频、高速、高集成度、单位体积电子设备的高功率密度和高得多的发热量。因此，电子学的冷却很困难.电子元件的散热性能如何良好，需要深入研究。考虑到电子元件小型化、集成化的特点，选择紧凑度高、可靠性强、灵活性高、散热效率高的散热和冷却介质是合适的。

一、电子元器件散热方法概述

在目前电子技术发展阶段，依靠传统的单向流体对流和强制空气冷却来达到电子元件散热的目的，目前大多数现代电气元件散热条件都无法满足，特别是在风冷技术的应用过程中，一般需要保证冷却剂表面的有效膨胀，但这受到环境因素的制约，针对众多限制，不符合冷却设备的要求，设备无法达到高效散热的目的，通过研制具有有效散热性能的设备，解决了高密度热流问题。为了满足发展需要，电子元器件的散热是电子设备开发和运行中的重要环节。电子元件散热的最终目标是确保电气设备能够在高质量和稳定的条件下工作。以及电子设备运行的可靠性和安全性。

二、电子元器件散热技术 （一）空气制冷技术

在众多与电子元件冷却相关的技术中，可以看到，目前风冷技术作为一种电子冷却方法得到了广泛的应用，它包括强制空气冷却和自然空气冷却两种分部门。这两种不同类型的散热技术主要是为了在不同的条件和条件下处理特定的散热，而强制空气对流冷却技术通常是为了冷却比散热率较高的电气元件，例如，在设备自主运行消耗高达7W或更高的情况下，当面板功率超过300W时，采用强制空气对流技术实现高效空气冷却。制冷设备强制空气对流技术的原理是，通过风机和空气箱等装置的作用，强制移动电子元件附近的空气，充分利用电子仪器中热形成时的风效应，达到设备散热的目的。应用强制空气对流的优点主要表现在操作上，不仅非常方便，而且性能效果好，运行成本低，应用空间非常广阔。提高强制对流空气冷却技术的效率，可以通过扩大冷却剂的具体体积和实际面积，提高强制对流到冷却剂表面的基本传热系数，并通过在航空中采用湍流法，达到散热效果。在当前固定设备类型的散热器中安装阻尼器，同时在散热器外部环境中引入湍流，可以更有效地提高设备的散热效率。

微电子技术和芯片设计

在当今信息时代，微电子技术和芯片设计已成为重要的科技领域。随着微型化、高性能、低功耗等需要的增加，这一领域的发展进入了一个新的时代。本文将从微电子技术和芯片设计的发展历程、技术应用、未来趋势等方面进行探析。

一、微电子技术和芯片设计的发展历程

微电子技术是集电子、物理、化学、材料、光学等学科于一体的新兴学科。其核心是对微小的电子器件进行设计、制备和应用，目的是为了实现高速、高集成度、低功耗的电子器件。微电子技术的发展历程可以分为4个阶段。

第一阶段：1950年代到1960年代，微电子技术刚刚诞生，主要是以硅为基础的微电子器件的研究和开发。这个阶段的主要发明是晶体管，其应用推动了半导体工业的崛起。

第二阶段：1970年代到1980年代，微电子技术进入了高集成度时代。大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）得到了广泛应用。同时，加工工艺和自动化技术的不断进步也为集成度的提高提供了支持。

第三阶段：1990年代到21世纪初，微电子技术进入了系统级集成时代。系统级集成是指将多种芯片模块集成到一个芯片上，形成一个完整的系统。此时，计算机、通信等领域的重要应用得到了极大的发展。

第四阶段：21世纪至今，微电子技术正在向纳米级别迈进。纳米技术可以实现器件功能的单一化和可重构性，大大提高芯片的性能和功能。随着芯片尺寸的缩小和集成度的提高，微电子技术在人类生活、商业发展和国家安全等领域中的作用也越来越大。

二、微电子技术和芯片设计的技术应用

微电子技术和芯片设计在许多领域都有广泛的应用。比如：

1. 通信领域：通过微电子技术和芯片设计，可以开发出更高速、更稳定、更低功耗的通信设备。手机、无线通信技术、卫星通信技术等都是微电子技术的应用。

2. 汽车产业：汽车电子化越来越普及，汽车电子控制单元（ECU）也越来越重要。通过微电子技术和芯片设计，可以降低汽车的油耗、减少排放、提高安全性等。

微电子制造的基本原理与工艺流程

一、微电子制造的定义

微电子制造是指设计、加工和制造微电子器件和微电子系统的过程。它是现代信息技术和通信技术的基础，也是现代工业制造的重要组成部分。

二、微电子制造的基本原理

1. 半导体材料的特性

半导体材料是微电子器件的基础材料，具有良好的导电性和隔离性。在半导体中掺杂少量杂质或者改变其温度、光照等物理性质可以改变其导电性。半导体器件就是利用这种变化制作的。

2. 器件结构的设计

微电子器件的结构设计是制造的重要一环。器件结构包括电极、栅、控制信号输入端等。这些结构的设计要考虑各方面的因素，如器件应用场合、功率、尺寸等因素。

3. 制造工艺的选择

制造工艺是微电子制造的基础，是将器件结构设计转化为实际产品的过程。制造工艺包括硅片切割、形成电极和栅、掺杂和扩散、制造成品等多个环节。

三、微电子制造的工艺流程

1. 半导体材料制备

半导体材料是微电子制造的基础，其制备是微电子制造的第一步。半导体材料制备的过程主要包括单晶生长、多晶生长、分子束外延、金属有机化学气相沉积等多种方法。

2. 硅片制备

硅片是微电子制造的中间产品，它是各种微电子器件的基础。硅片制备的过程包括硅棒制备、硅棒切割、圆片抛光等环节。

3. 电极和栅制造

电极和栅是微电子器件的重要组成部分，制造电极和栅主要通过光刻和蚀刻技术实现。光刻是一种通过光照形成光阻图形的技术，蚀刻是一种将光刻后形成的光阻图形转化为实际器件的技术。

4. 掺杂和扩散

掺杂和扩散是将杂质引入半导体材料中，从而改变其电学性质的过程。其中，掺杂是将杂质引入半导体中，扩散是将杂质在半导体中扩散开的过程。这些过程可以通过化学气相沉积、物理气相沉积等方式实现。

5. 制造成品

制造成品是微电子制造的最后一步。成品制造包括器件组装和测试等环节。器件组装是将各个器件按照要求组装在一起的过程，测试则是对器件进行性能测试的过程。

总之，微电子制造是一项复杂而精密的工艺，它采用了多种制造工艺和技术，涉及到多个环节。在实际制造过程中，需要严格保证各个环节的精度和质量，以确保微电子器件的性能和可靠性。