第一章習(xí)題參考答案1．功率集成電路與普通集成電路的主要區(qū)別是什么？功率集成電路與普通集成電路的核心區(qū)別在于它們的功能不同。普通集成電路（如CPU、內(nèi)存芯片）主要負(fù)責(zé)處理信息，關(guān)心的是運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)精度和邏輯功能，它們工作在低電壓、小電流下。而功率集成電路的使命是處理和控制電能，負(fù)責(zé)高效地進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換、電流放大和功率開關(guān)，直接驅(qū)動電機(jī)、燈光或?yàn)槠渌酒╇?，因此必須承受高電壓、大電流的考?yàn)。由于功能不同，兩者的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和制造工藝也截然不同。普通集成電路追求晶體管尺寸的不斷縮小，采用先進(jìn)的CMOS工藝來提升集成度和能效。功率集成電路則采用特殊的工藝（如BCD工藝），在同一芯片上集成耐高壓的功率器件和精細(xì)的控制電路。它不盲目追求最小尺寸，而是特別優(yōu)化器件的耐壓能力、導(dǎo)通電阻和開關(guān)速度，以最大限度地減少能量損耗和發(fā)熱。這種差異直接體現(xiàn)在產(chǎn)品的外觀和使用上。功率集成電路的封裝往往更大、更厚重，常常帶有金屬散熱片或裸露的焊盤，因?yàn)樗ぷ鲿r會產(chǎn)生大量熱量，散熱設(shè)計(jì)是其可靠性的生命線。而普通集成電路的封裝則以小型化、高密度引腳為主。在應(yīng)用上，手機(jī)的快充芯片、電動汽車的電機(jī)控制器、工業(yè)電源里的核心模塊，都是功率集成電路的舞臺；而我們手機(jī)里的處理器、電腦里的內(nèi)存條，則是普通集成電路的典型代表。2.功率集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？手機(jī)、電腦和穿戴設(shè)備：快充芯片、電源管理芯片、屏幕背光驅(qū)動工業(yè)、汽車和能源：電機(jī)驅(qū)動芯片、電機(jī)驅(qū)動、電池管理、車載充電和逆變器等3.功率集成電路的未來發(fā)展趨勢是什么？1、第三代半導(dǎo)體：碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）?將逐步替代傳統(tǒng)硅基材料，成為高壓、高頻、高效率應(yīng)用的主流。2、更高的集成度：從單一功能芯片向“系統(tǒng)級封裝”?和“智能功率模塊”?發(fā)展，將控制、驅(qū)動、保護(hù)乃至無源元件集成在一起，提升功率密度和可靠性。3、更高的功率密度：持續(xù)追求在更小體積內(nèi)處理更大功率4、更高的可靠性：受新能源汽車和自動駕駛驅(qū)動，對功能安全、長壽命、零缺陷?的要求達(dá)到極致，成為技術(shù)發(fā)展的核心標(biāo)桿。挑戰(zhàn)性拓展請闡述功率集成電路技術(shù)在國際上的最新發(fā)展現(xiàn)狀和國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀。功率集成電路技術(shù)在全球正處于從硅基向?qū)捊麕Вㄌ蓟琛⒌墸┛焖俚?、系統(tǒng)級集成與智能化深度發(fā)展的新階段，國際巨頭憑借全產(chǎn)業(yè)鏈布局和先發(fā)優(yōu)勢主導(dǎo)高端市場；我國在消費(fèi)與工業(yè)級中低壓領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模國產(chǎn)替代，并在新能源驅(qū)動的IGBT和寬禁帶半導(dǎo)體賽道上取得關(guān)鍵突破，但仍在車規(guī)級可靠性、高端制造工藝及上游核心材料環(huán)節(jié)面臨挑戰(zhàn)，處于奮力追趕、加速攻堅(jiān)的核心瓶頸期。試給出一個功率集成電路系統(tǒng)的典型構(gòu)成。由控制電路、接口電路、驅(qū)動電路，檢測電路、保護(hù)電路、功率器件構(gòu)成，如圖

習(xí)題常見的橫向高壓MOS型器件有哪些？有何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？解答：常見的硅橫向高壓MOS型器件有LDMOS、LDIGBT。這類器件背面均為襯底，主電極和控制極在芯片上表面，器件工作時電流水平流動；漂移區(qū)的長度和濃度決定了器件擊穿電壓的大小。只要增加漂移區(qū)的長度，就可以提高其擊穿電壓，但會導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增加。此外，常見的SOI橫向高壓器件包括SOI功率二極管、SOILDMOS及SOILIGBT。橫向器件的工作機(jī)理及與縱向器件是否相同？解答：橫向器件的工作機(jī)理及與縱向器件完全相同。LDMOS與VDMOS相同，導(dǎo)通時要求VGS>VTH且VDS>0；LIGBT與IGBT相同，導(dǎo)通時VGE>VTH且VCE>0。何謂RESURF技術(shù)含義？可用于哪些器件？解答：RESURF技術(shù)即降低表面電場技術(shù)，是指在p型襯底上外延一薄層輕摻雜的n漂移區(qū)，使其在達(dá)到臨界擊穿電場之前全部耗盡，以承擔(dān)大部分的外加電壓，并降低器件表面峰值電場，使擊穿點(diǎn)從表面pn結(jié)轉(zhuǎn)移到體內(nèi)pn結(jié)，從而提高擊穿電壓。目前在硅LDMOS和SOILDMOS中已經(jīng)得到廣泛使用。何謂REBULF技術(shù)含義？可用于哪些器件？解答：RESURF技術(shù)即降低體內(nèi)電場（REBULF）技術(shù)，是指在RESURFLDMOS器件的襯底中引入了高摻雜濃度的埋層，以降漏極側(cè)nn+結(jié)處的高電場，使得漂移區(qū)的電場更加均勻，從而提高器件的擊穿電壓。目前REBULF技術(shù)主要用于RESURFLDMOS、超結(jié)LDMOS以及SOIRESURFLDMOS器件中。如何避免LIGBT的閂鎖效應(yīng)？解答：在LIGBT導(dǎo)通期間，由發(fā)射區(qū)側(cè)的縱向npn晶體管VnV與集電極側(cè)的橫向pnp晶體管VpL之間形成的正反饋效應(yīng)，導(dǎo)致LIGBT柵極失控，即LIGBT發(fā)生閂鎖。為了避免LIGBT的閂鎖效應(yīng)，需要減小發(fā)射極側(cè)npn晶體管VnV的p基區(qū)橫向電阻RB或通過RB的電流，并限制集電極側(cè)pnp晶體管VpL的注入效率。通常采用的措施是，在發(fā)射區(qū)一側(cè)增加p阱、埋層，或者采用表面短路結(jié)構(gòu)，在集電區(qū)一側(cè)增加n緩沖層或采用短路結(jié)構(gòu)，或者采用空穴電流旁路結(jié)構(gòu)。何謂功率器件的優(yōu)值？通常有幾種表征方法？解答：功率器件的優(yōu)值（FOM）共有3種表征方法，不同的表征方法其不同含義不同。1）評價雙極型和單極型功率器件的綜合性能的特性優(yōu)值，與器件的擊穿電壓VBR、導(dǎo)通電阻或電流密度JF，以及開關(guān)速度或關(guān)斷時間toff有關(guān)，可表示為 （1）FOM值越高，器件的綜合性能越好。2）評價單極型功率器件的功率大小的功率優(yōu)值FOM1，與器件的擊穿電壓VBR、特征導(dǎo)通電阻Ron,sp有關(guān)，可表示為 （2）FOM1值越高，器件的功率越大。3）表征單極型功率器件低損耗大小的損耗優(yōu)值FOM2，與器件的特征導(dǎo)通電阻Ron,sp和柵漏電容QGD有關(guān)，可表示為 （3）FOM2值越小，表示器件的功耗越小。采用SOI襯底材料制作PIC有何好處？SOI是怎樣形成的？解答：采用SOI襯底材料制作PIC中，可有效地實(shí)現(xiàn)有源層與襯底之間隔離，同時高、低壓單元之間也可通過絕緣介質(zhì)完全隔離。由于SOI技術(shù)能提供較為理想的隔離，并具有寄生效應(yīng)小、集成度高、抗輻射能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。SOI襯底可以通過注氧隔離（SIMOX）、多孔硅氧化全隔離（FIPOS）、硅片直接鍵合（SDB）及智能剝離技術(shù)（SmartCut）來制備。SOI基功率器件有哪些優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)？解答：SOI基功率器件優(yōu)點(diǎn)，一是斷態(tài)漏電流小，比如SOIRESURFLDMOS中埋氧層實(shí)現(xiàn)了器件縱向隔離，減小器件的耗盡區(qū)寬度，從而減小器件的漏電流；二是關(guān)斷損耗低，比如SOIRESURFLIGBT中的埋氧層可有效阻止載流子注入襯底，使器件的關(guān)斷時間與拖尾電流減小，開關(guān)功耗更低。SOI基功率器件缺點(diǎn)，一是導(dǎo)通電阻較大，且埋氧層阻擋了熱量通過背襯底的傳導(dǎo)，因而存在自加熱效應(yīng)。比如在SOIRESURFLDMOS導(dǎo)通期間，載流子僅限于在n外延層內(nèi)輸運(yùn)，不會進(jìn)入到埋氧層和襯底，導(dǎo)致其導(dǎo)通電阻增加。二是受寄生效應(yīng)（背柵效應(yīng)、??襯底輔助耗盡效應(yīng)）和埋氧層的影響，擊穿電壓較低。增加埋氧層厚度，有利于提高擊穿電壓。但是埋氧層越厚，自加熱效應(yīng)越嚴(yán)重。怎樣克服SOI基橫向器件的自加熱效應(yīng)？解答：為了緩解SOI基橫向器件的自加熱效應(yīng)，通過在埋氧層中開窗口，使外延層與多晶硅層連通，可以緩解自加熱效應(yīng)。或者，采用高導(dǎo)熱率的介質(zhì)，比如氮化硅（Si3N4）及氮化鋁（AlN）替代二氧化硅（SiO2）。SOI橫向高壓器件采用介質(zhì)場增強(qiáng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)有哪些？并說明其特點(diǎn)。解答：SOI介質(zhì)場增強(qiáng)（ENDIF）技術(shù)是指通過增強(qiáng)介質(zhì)埋層的電場來提高SOI器件的縱向擊穿電壓?；贓NDIF技術(shù)的SOI高壓器件結(jié)構(gòu)有電荷型SOI高壓器件、低k和變k埋層SOI高壓器件、薄硅層階梯漂移區(qū)SOI高壓器件。其中，電荷型SOI高壓器件就是在埋氧層上、下界面的形成電荷槽，且電荷越多，埋層電場越高，器件耐壓越高。低k和變k埋層SOI高壓器件是用低k和變k埋層替代埋氧層，以提高其埋層電場，從而提高其耐壓；薄硅層階梯漂移區(qū)SOI高壓器件是利用階梯漂移區(qū)對橫向電場的調(diào)制作用，使其表面電場更加均勻，以提高器件的橫向擊穿電壓；同時，漂移區(qū)電場又調(diào)制了埋氧層電場分布，從而增強(qiáng)了埋氧層電場，提高了器件的縱向擊穿電壓。GaNHEMT的結(jié)構(gòu)和工作原理與硅MOSFET有何不同？解答：GaNHEMT的結(jié)構(gòu)與功率MOSFET相似，表面有柵極、源極和漏極，并有耗盡型和增強(qiáng)型兩種類型。與功率MOSFET結(jié)構(gòu)不同在于，柵極與GaN之間增加了一個AlGaN薄層，于是在GaN晶體與AlGaN薄層的界面處會產(chǎn)生應(yīng)變，感應(yīng)出二維電子氣（2DEG）。GaNHEMT的工作原理與功率MOSFET不同在于，當(dāng)施加電壓時，GaNHEMT中的2DEG可以有效地傳導(dǎo)電子，且因電子氣的遷移率很高，故其工作頻率極高；而功率MOSFET是通過表面反型溝道傳導(dǎo)電子，因溝道電子的遷移率較低，導(dǎo)致其工作頻率較低。試確定200V的LDMOS所需的n-漂移區(qū)的濃度和厚度（不考慮終端的影響）。解答：LDMOS的漏源擊穿電壓VBR由n-漂移區(qū)與p體區(qū)形成的pn結(jié)決定，根據(jù)題意可知，不考慮pn結(jié)終端的影響，并且因n-漂移區(qū)濃度較低且較厚，即使在擊穿電壓下n-漂移區(qū)也無法全部耗盡。因此，可以根據(jù)pin結(jié)構(gòu)在非穿通條件下的擊穿電壓計(jì)算公式來計(jì)算，此時VBR的大小主要與n-漂移區(qū)的濃度ND及長度Ln有關(guān)。當(dāng)VBR一定時，ND越高，對應(yīng)的長度Ln越長，或者ND越低，對應(yīng)的長度Ln越短?？梢姡瑵M足VBR要求的ND、Ln有多組值。由于LDMOS是單極型器件，ND越低或者Ln越長，均會導(dǎo)致器件的導(dǎo)通電阻增大。但是當(dāng)ND較高時，雖然有利于降低器件的導(dǎo)通電阻，會使得柵極與n-漂移區(qū)界面處的電場強(qiáng)度增大，容易發(fā)生柵極擊穿。因此，n-漂移區(qū)的濃度和厚度的選擇，不僅要考慮VBR與Ron之間的折衷，還要考慮柵氧化層的擊穿問題?？梢栽诒ＷCVBR的前提下，取n-漂移區(qū)的長度為對應(yīng)濃度下的耗盡層展寬?？紤]到結(jié)彎曲的影響，由n-漂移區(qū)與p體區(qū)形成的pn結(jié)的擊穿電壓大約只有平行平面結(jié)擊穿電壓的80%，故按VBR=200V/80%=250V來估算n-漂移區(qū)的濃度和長度。取n-漂移區(qū)的ND為9′1014cm3，計(jì)算得到n-漂移區(qū)的耗盡層寬度即長度Ln為取n-漂移區(qū)的ND為1′1015cm3，計(jì)算得到n-漂移區(qū)的耗盡層寬度即長度Ln為取n-漂移區(qū)的ND為1.1′1015cm3，計(jì)算得到n-漂移區(qū)的耗盡層寬度即長度Ln為由以上計(jì)算可知，只考慮pn結(jié)彎曲的影響，不考慮pn結(jié)終端，按80%耐壓效率計(jì)算，200V的LDMOS所需的n-漂移區(qū)的濃度和長度分別為1.0±0.1′1015cm3和16.6±0.2mm。實(shí)際設(shè)計(jì)時，為了避免pn結(jié)終端的影響，通常會將柵極延伸至n-漂移區(qū)上方作為場板，以降低柵極下方pn結(jié)終端的電場強(qiáng)度，此時場板也會對擊穿電壓產(chǎn)生的影響。需要說明的是，對RESURFLDMOS而言，由于n-漂移區(qū)厚度tn較薄，可以完全耗盡，則可以根據(jù)pin的穿通擊穿公式計(jì)算。挑戰(zhàn)性拓展以圖2-8所示的單RESURFLDMOS結(jié)構(gòu)為例，假設(shè)襯底摻雜濃度為1.5×1014cm3，外延層摻雜濃度為8×1014cm3，厚度8m，漂移區(qū)長度都為60m。試建立器件結(jié)構(gòu)模型，分析器件的橫向和縱向電場分布、擊穿電壓及導(dǎo)通電阻。解答：考慮到n-漂移區(qū)與p體區(qū)形成的pn結(jié)終端處電場強(qiáng)度較高，將柵極延伸至n-漂移區(qū)上方作為場板，同時將漏極延金屬伸至n+漏區(qū)上方作為場板，以降低柵極下方pn結(jié)表面以及漏極側(cè)nn+結(jié)表面的電場強(qiáng)度。在單RESURFLDMOS結(jié)構(gòu)中，n-漂移區(qū)即外延層摻雜濃度和厚度、以及p-襯底的濃度和厚度受電荷平衡條件的約束，題中未給出p-襯底的厚度，為了保證外延層完全耗盡，p-襯底的厚度可以適當(dāng)加厚，不影響結(jié)果。根據(jù)題意建立的結(jié)構(gòu)模型的如圖1所示，仿真得到的橫向和縱向電場分布如圖2所示，可見，橫向電場強(qiáng)度為懸鏈線分布，且表面pn結(jié)峰值電場位低于nn+結(jié)處的表面電場；縱向電場強(qiáng)度分布為三角形分布，且峰值電場位于體內(nèi)n-漂移區(qū)與p-襯底之間的pn結(jié)面上，并低于表面電場強(qiáng)度峰值。若保持其他參數(shù)不變，通過優(yōu)化漂移區(qū)摻雜濃度為1×1015cm-3，襯底摻雜濃度為1.5×1014cm-3，可以得到如圖2(c)所示的理想電場強(qiáng)度分布。仿真得到的擊穿特性曲線如圖3所示。可見，在柵源短路條件下的漏源擊穿電壓為600V，對應(yīng)的漏電流為1×10-5A/cm2。仿真得到的導(dǎo)通特性曲線如圖4所示?？梢姡跂旁措妷簽?0V、50A/cm2條件下的比導(dǎo)通電阻為0.38W×cm2。圖1單RESURFLDMOS結(jié)構(gòu)模型(a)橫向電場強(qiáng)度分布(b)縱向電場強(qiáng)度分布(c)優(yōu)化后的的電場強(qiáng)度分布圖2仿真得到的單RESURFLDMOS中橫向和縱向強(qiáng)度電場分布圖3仿真得到的單RESURFLDMOS擊穿特性曲線圖4仿真得到的單RESURFLDMOS導(dǎo)通特性曲線

第三章習(xí)題參考答案1．BCD工藝集成多種器件的好處是什么？BCD工藝（Bipolar-CMOS-DMOS）是將雙極型器件、CMOS器件和DMOS功率器件集成在同一芯片上的工藝技術(shù)，其核心優(yōu)勢在于兼顧高性能模擬信號處理、低功耗數(shù)字控制和大功率驅(qū)動能力，能大幅提升芯片的集成度、可靠性與性價比。它打破了傳統(tǒng)工藝的界限，在一個硅片上創(chuàng)造了一個異構(gòu)集成的系統(tǒng)級平臺。讓精密模擬處理（Bipolar）、智能數(shù)字控制（CMOS）和高效功率處理（DMOS）這三種核心能力協(xié)同使用，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)性能、更小體積、更低成本、更高可靠。這種互補(bǔ)性讓BCD工藝芯片能同時處理模擬信號、數(shù)字信號和功率信號，廣泛應(yīng)用于汽車電子（如發(fā)動機(jī)控制、車燈驅(qū)動）、電源管理芯片（PMIC）、工業(yè)控制等領(lǐng)域。2．LOCOS隔離技術(shù)的主要缺陷是什么？LOCOS（LocalOxidationofSilicon，硅的局部氧化）是早期半導(dǎo)體工藝中常用的器件隔離技術(shù)，其核心原理是利用氮化硅掩膜阻擋氧化，在器件之間形成厚氧化層實(shí)現(xiàn)隔離。但隨著芯片特征尺寸縮?。ㄟM(jìn)入深亞微米、超深亞微米工藝節(jié)點(diǎn)），該技術(shù)的缺陷逐漸凸顯，其主要缺陷是鳥嘴效應(yīng)。高溫氧化過程中，氧化層會橫向鉆入氮化硅掩膜的下方，形成類似鳥嘴的側(cè)向延伸結(jié)構(gòu)。對于小尺寸器件，鳥嘴會占用大量有效芯片面積，降低器件集成度；鳥嘴的邊緣輪廓不規(guī)則，會導(dǎo)致器件的電學(xué)參數(shù)（如閾值電壓）出現(xiàn)偏差，影響器件性能一致性。3．BCD工藝的互連存在什么難點(diǎn)？主要的解決方法有哪些？難點(diǎn)：BCD工藝的核心是在單芯片上集成雙極型器件、CMOS器件和DMOS功率器件，三類器件的工作電壓、電流密度、工藝要求差異極大。雙極型和CMOS器件通常工作在低壓、小電流場景，互連導(dǎo)線可采用細(xì)線條、薄金屬層；而DMOS功率器件需承受高壓、大電流，要求互連導(dǎo)線具備低電阻、高耐壓能力，若采用統(tǒng)一的互連方案，低壓區(qū)導(dǎo)線會因過設(shè)計(jì)造成面積浪費(fèi)，高壓區(qū)導(dǎo)線則易因載流密度不足引發(fā)電遷移（EM），或因絕緣層厚度不夠?qū)е聯(lián)舸┦АＭ瑫r，功率器件的大電流特性還會引發(fā)高壓互連效應(yīng)，大功率互連導(dǎo)線的寬線條、多層金屬結(jié)構(gòu)會引入較大的寄生電容，降低信號傳輸速度；長距離互連則會產(chǎn)生寄生電感，在開關(guān)瞬間引發(fā)電壓尖峰，損壞低壓器件。高壓DMOS器件的大電流會在襯底中形成寄生電流通路，與CMOS器件的寄生PNP/NPN三極管構(gòu)成正反饋回路，導(dǎo)致芯片閂鎖失效，而互連的金屬走線會加劇襯底電流的傳導(dǎo)。解決方法：首先，采用多層金屬布線結(jié)構(gòu)，將低壓互連與高壓互連分離。低壓區(qū)使用上層細(xì)線條、薄金屬層，滿足小電流、高密度布線需求；高壓區(qū)采用下層寬線條、厚金屬層，或局部增加金屬層數(shù)，降低導(dǎo)線電阻，提升抗電遷移能力；高壓互連的絕緣層采用厚氧化層和氮化硅復(fù)合結(jié)構(gòu)，提高耐壓性能，避免與低壓區(qū)的漏電風(fēng)險。其次，針對高壓互連效應(yīng)，可以通過厚介質(zhì)互連技術(shù)、摻雜優(yōu)化技術(shù)、場板技術(shù)、自屏蔽技術(shù)等方法改善。4．寄生MOS管是如何形成的？在BCD工藝中，寄生MOS管的形成源于芯片內(nèi)部不同摻雜區(qū)、介質(zhì)層與襯底之間的結(jié)構(gòu)匹配。由隔離結(jié)構(gòu)引發(fā)的寄生MOS管：BCD工藝中常用LOCOS或STI隔離實(shí)現(xiàn)器件間隔離，隔離氧化層與兩側(cè)的摻雜區(qū)、襯底會構(gòu)成寄生MOS管；由阱結(jié)構(gòu)與互連層引發(fā)的寄生MOS管：BCD工藝存在多層阱結(jié)構(gòu)，阱與阱之間、阱與襯底之間的氧化層和互連層易形成寄生MOS管，這是CMOS與DMOS器件共存時的典型問題；由互連臺階覆蓋不良引發(fā)的寄生MOS管：BCD工藝的多層金屬互連需要跨越不同器件的表面臺階,如隔離氧化層的凸起、阱區(qū)的高低差，若介質(zhì)層臺階覆蓋不良，會導(dǎo)致局部氧化層過薄，進(jìn)而形成寄生MOS管。挑戰(zhàn)性拓展1．SOI基的BCD工藝有什么優(yōu)勢？應(yīng)該如何在體硅和SOI基BCD工藝之間選擇？優(yōu)勢：SOI基BCD工藝是在SOI襯底上集成雙極型、CMOS和DMOS器件的技術(shù)方案，核心優(yōu)勢源于埋氧層（BOX層）的絕緣隔離作用，能從根本上解決體硅BCD工藝的寄生效應(yīng)、閂鎖風(fēng)險等痛點(diǎn)。選擇：選擇體硅或SOI基BCD工藝的核心是平衡成本、性能與可靠性需求：體硅BCD工藝成本低、工藝成熟且導(dǎo)熱性好，適合成本敏感的民用消費(fèi)類、中低壓低頻、大功率場景，以及已有成熟體硅產(chǎn)線的情況；SOI基BCD工藝憑借埋氧層實(shí)現(xiàn)天然隔離，徹底消除閂鎖效應(yīng)，兼具低寄生、高頻高性能、抗輻射耐高溫的優(yōu)勢，更適用于汽車電子、工業(yè)控制等高可靠性領(lǐng)域，以及高頻高壓、特殊環(huán)境和高集成度小型化的場景。2．相比單層場板，多層場板為何能夠?qū)崿F(xiàn)更高的工作電壓？多層場板相比單層場板能實(shí)現(xiàn)更高工作電壓的核心原因是通過階梯式電場分布優(yōu)化，大幅降低器件漂移區(qū)的電場峰值，避免局部電場擊穿。單層場板僅能在柵極邊緣附近對電場進(jìn)行有限調(diào)制，漂移區(qū)的電場峰值仍集中在柵極與漏極之間的局部區(qū)域，當(dāng)電壓升高時，該峰值極易超過半導(dǎo)體材料的擊穿電場強(qiáng)度。而多層場板采用多段金屬層疊加和階梯式延伸的結(jié)構(gòu)，每一層場板都對應(yīng)不同的電勢梯度，可將原本集中在單點(diǎn)的高電場，分散為多個連續(xù)且平緩的電場臺階，顯著降低漂移區(qū)的最大電場強(qiáng)度。同時，多層場板的逐級延伸能覆蓋更長的漂移區(qū)范圍，進(jìn)一步優(yōu)化電場分布的均勻性，從而在不增加器件面積的前提下，大幅提升器件的耐壓能力，實(shí)現(xiàn)更高的工作電壓。

第四章習(xí)題參考答案IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷過程主要包括哪幾個階段？其主要參數(shù)有哪些？IGBT的導(dǎo)通有四個階段，關(guān)斷也有四個階段；導(dǎo)通過程：（1）關(guān)斷狀態(tài)（2）門極充電延遲（3）電流上升（4）續(xù)流二極管反向恢復(fù)（5）電壓下降（6）門極充電；關(guān)斷過程：（1）導(dǎo)通狀態(tài)（2）門極放電延遲（3）電壓上升（4）電流下降（5）拖尾電流（6）門極放電。重要參數(shù)：（1）VCES：最大集-射極電壓。當(dāng)IGBT門極-發(fā)射極之間處于短路狀態(tài)時在集電極-發(fā)射極之間能夠外加的最大電壓，它決定了IGBT的電壓定額。（2）ICM：最大集電極電流。集電極上容許的最大直流電流。（3）BVGE：門-射極擊穿電壓。門極氧化層的擊穿電壓，決定了門極-發(fā)射極之間能夠承受的最高電壓。（4）VGE(th)：門-射極閾值電壓。使IGBT導(dǎo)通所需要的最小門-射極電壓。（5）Cies：輸入電容。集電極與發(fā)射極短路時，門極與發(fā)射極之間的電容。（6）Coes：輸出電容。門極與發(fā)射極短路時，集電極與發(fā)射極之間的電容。（7）td(on)：開通延時，門-射極電壓達(dá)到終值10%的時刻與集電極電流達(dá)到終值10%的時刻之間的時間。（8）td(off)：關(guān)斷延時，門-射極電壓下降到初始值90%的時刻與集電極電流下降到初始值90%的時刻之間的時間。（9）tr：上升時間。集電極電流從終值的10%上升到終值的90%所需的時間。（10）tf：下降時間。集電極電流從初始值的90%下降到初始值的10%所需的時間。（11）Eoff：關(guān)斷損耗。單次關(guān)斷損耗的能量。（12）Eon：開通損耗。單次開通損耗的能量。2.功率器件的驅(qū)動電路主要具有哪些功能？驅(qū)動電路通常有哪些類型？功率器件的驅(qū)動電路主要功能：（1）對控制信號進(jìn)行電平移位；（2）時序控制；（3）驅(qū)動能力增強(qiáng)；驅(qū)動電路的類型：從隔離技術(shù)的角度來說，通常分為隔離型柵極驅(qū)動電路和非隔離型柵極驅(qū)動電路。（1）非隔離型柵極驅(qū)動電路；①pn結(jié)隔離（JI）技術(shù)②絕緣體上硅（SOI）技術(shù)（2）隔離型柵極驅(qū)動電路；①光耦隔離柵極驅(qū)動電路②變壓器隔離柵極驅(qū)動電路③電容隔離柵極驅(qū)動電路

3.柵極驅(qū)動電路的主要電路模塊有哪些？各模塊完成的功能是什么？柵極驅(qū)動電路主要模塊：輸入接口模塊、死區(qū)時間模塊、延時模塊、電平移位模塊、自舉模塊、驅(qū)動輸出模塊。（1）輸入接口模塊：對輸入信號進(jìn)行脈沖整形、濾除噪聲；（2）死區(qū)時間模塊：避免所使用的功率器件發(fā)生上、下同時導(dǎo)通；（3）延時模塊：使高、低側(cè)兩個驅(qū)動輸出信號同步；（4）電平移位模塊：將低壓邏輯信號轉(zhuǎn)換為高壓驅(qū)動信號并提供一定的驅(qū)動電流；（5）自舉模塊：自舉電容作為高側(cè)驅(qū)動電路的電源；（6）驅(qū)動輸出模塊：提供所需的電壓和電流來控制功率器件（通常是MOSFET或IGBT）的柵極，以確保它們能夠有效地導(dǎo)通和關(guān)斷。4.電平移位電路的關(guān)鍵參數(shù)有哪些？在電平移位電路的設(shè)計(jì)過程中，如何提高其抗dv/dt能力？關(guān)鍵參數(shù)：低延遲時間、低損耗和高dv/dt抑制能力等；提高其抗dv/dt能力方法：（1）采用差分對結(jié)構(gòu)電平移位電路，利用其共模抑制能力抵消dv/dt引起的共模噪聲；（2）電平移位器中加入共模瞬態(tài)抑制電路；（3）使用雙穩(wěn)態(tài)鎖存器（如RS鎖存器）存儲信號狀態(tài)，避免因瞬態(tài)噪聲翻轉(zhuǎn)。5．芯片內(nèi)部保護(hù)電路通常有哪些保護(hù)功能？(1).過壓保護(hù):(a)柵極-源極過壓保護(hù)：防止因米勒電容充電導(dǎo)致柵極電壓超過擊穿電壓。常用方法是設(shè)計(jì)柵極箝位電路，如二極管箝位、穩(wěn)壓管箝位、TVS管箝位。(b)漏極-源極過壓保護(hù)：防止關(guān)斷或二極管反向恢復(fù)過程中產(chǎn)生的浪涌電壓擊穿器件。常用方法是采用緩沖保護(hù)電路，如無源或有源緩沖網(wǎng)絡(luò)。(2).欠壓保護(hù):監(jiān)測驅(qū)動芯片的供電電壓VDD。當(dāng)供電電壓不足時，強(qiáng)制關(guān)閉功率器件，防止器件因柵極電壓過低而工作在有源區(qū)或邏輯電路輸出錯誤信號。(3).過溫保護(hù):利用對溫度敏感的半導(dǎo)體器件，如負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻作為傳感器檢測芯片內(nèi)部溫度。當(dāng)溫度超過閾值時，輸出保護(hù)信號并關(guān)斷相應(yīng)電路，防止芯片或器件燒毀。6．輸出驅(qū)動電路如何進(jìn)行功率器件的匹配設(shè)計(jì)？(1)晶體管尺寸的折中設(shè)計(jì)：輸出級功率器件(上拉PMOS和下拉NMOS)的寬長比(W/L)決定了輸出峰值電流能力。W/L越大，驅(qū)動電流能力越強(qiáng)；但同時也意味著需要更長的時間來充放電該驅(qū)動管本身的輸入電容，導(dǎo)致驅(qū)動電路自身的開關(guān)速度變慢。因此，設(shè)計(jì)時需要在驅(qū)動能力和開關(guān)速度之間進(jìn)行折中選取。(2)驅(qū)動電壓匹配：必須將控制電路的低電平邏輯信號轉(zhuǎn)換為適合功率器件的柵極驅(qū)動電壓，確保電壓水平滿足器件導(dǎo)通或關(guān)斷的需求。(3)輸出電流能力匹配：驅(qū)動電路必須提供足夠的源電流(Source)和泄放電流(Sink)，以快速充放電功率器件的柵極電容(Ciss)，從而保證功率器件的快速切換。(4)傳輸延時與死區(qū)時間：設(shè)計(jì)需保證極小的傳輸延時，同時為了防止輸出級自身的上拉管和下拉管直通，需要在它們之間設(shè)置適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時間。7．功率器件的短路電流通常是多大？其通常有哪些檢測方法？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？工程中最常用的是哪些方法？(1)短路電流大?。憾搪钒l(fā)生時，流過器件的電流會迅速上升，通常為正常工作電流的8～10倍。(2)常用檢測方法：(a)退飽和檢測法:檢測功率器件導(dǎo)通時的VDS。短路時VDS會迅速升高并退出飽和區(qū)。優(yōu)點(diǎn)：成本低、實(shí)現(xiàn)簡單。缺點(diǎn)：需要設(shè)置消隱時間(Blankingtime)避開誤觸發(fā)；檢測精度易受溫度影響。(b)di/dt檢測法:利用源極寄生電感LS上的感應(yīng)電壓來檢測電流變化率。優(yōu)點(diǎn)：無檢測盲區(qū)、保護(hù)電路簡單、容易集成。缺點(diǎn)：需要開爾文連接或利用寄生電感。(c)分流器檢測法：在源端串聯(lián)小電阻，直接測量電壓反映電流。優(yōu)點(diǎn)：簡單直接、響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：會產(chǎn)生額外損耗；大電流下電阻兩端電壓可能過高。(d)門極電壓檢測法：檢測短路時門極電壓VGS的異常變化，如米勒平臺消失或電壓尖峰。優(yōu)點(diǎn)：可檢測硬開關(guān)故障。缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)；SiCMOSFET米勒電容小導(dǎo)致特征不明顯，易誤觸發(fā)。(e)羅氏線圈檢測法：測量di/dt通過積分得到電流。優(yōu)點(diǎn)：檢測快，無需死區(qū)時間。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以集成，精度易受電磁干擾影響。(3)工程中最常用的方法：退飽和檢測法：因其低實(shí)施成本和簡單性，它是目前最常用的一種方法。8．功率器件的過載電流的范圍通常是多大？在實(shí)際應(yīng)用中，過載檢測方法有哪些？(1)過載電流范圍：過載故障時，電流緩慢增大，通常為正常電流的1.2～1.5倍。(2)實(shí)際應(yīng)用中的過載檢測方法：(a)直接電流檢測：一般可以通過分流器檢測法檢測電流，來判斷是否發(fā)生過載。(b)專用過載保護(hù)電路（RLC濾波+比較器）：利用RLC網(wǎng)絡(luò)濾除高頻振鈴，測量與電流成比例的輸出電壓。通過比較器設(shè)置閾值，當(dāng)檢測電壓超過閾值時觸發(fā)故障信號并鎖存，從而關(guān)斷電路。挑戰(zhàn)性拓展熱搭建IGBT基本驅(qū)動電路原理圖，設(shè)置不同的柵極驅(qū)動電阻或驅(qū)動電流，仿真IGBT的開關(guān)速度和電氣應(yīng)力情況，分析驅(qū)動強(qiáng)度對開關(guān)速度和電氣應(yīng)力的影響。這是一個基本的柵極驅(qū)動電路的晶體管級電路圖，通過搭建半橋結(jié)構(gòu)仿真雙脈沖實(shí)驗(yàn)來說明，不同的柵極驅(qū)動能力對功率器件開關(guān)特性的影響，其中功率器件為SiCMOSFET（與IGBT原理類似，但是IGBT的器件模型導(dǎo)不進(jìn)這個庫，故用SiCMOSFET代替），其型號是SCT4026DE,負(fù)載為感性負(fù)載電感L=50uH，母線電壓為200V。上圖為當(dāng)驅(qū)動電阻Rg分別為0、5、10歐姆的情況下，即柵極驅(qū)動能力變?nèi)醯那闆r下，柵極驅(qū)動信號到達(dá)最大值依次變慢；上圖為下管MOSFET關(guān)閉時，漏極的電壓因寄生電感而產(chǎn)生的電壓過沖，驅(qū)動電阻Rg分別為0、5、10歐姆的情況下，發(fā)現(xiàn)電壓過沖減小，并且電壓振蕩也隨之變小，減小了器件關(guān)斷時候的損耗，但是這也代表著下管MOSFET關(guān)斷的速度變慢，這又造成器件更多的損耗，所以設(shè)計(jì)者一般要綜合考慮問題，進(jìn)行折中。

第五章習(xí)題參考答案1．PMOS作為功率管的線性穩(wěn)壓器相較NMOS作為功率管的線性穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)是什么？缺點(diǎn)是什么？優(yōu)點(diǎn)：①PMOS作為功率管時，其源極接輸入電壓，柵極由誤差放大器直接驅(qū)動，不需要額外的電荷泵或自舉電路來產(chǎn)生高于輸入電壓的驅(qū)動電壓，簡化了電路設(shè)計(jì)，降低功耗與成本。②柵極電壓低于源極電壓即可導(dǎo)通，容易實(shí)現(xiàn)低壓差（LowDropout）。缺點(diǎn)：①相同電流下PMOS比NMOS的跨導(dǎo)小（遷移率低），導(dǎo)通電阻更大，需要更大的尺寸才能達(dá)到同樣壓差，增加芯片面積與寄生電容。②頻率響應(yīng)可能較差（寄生電容大），補(bǔ)償相對復(fù)雜。2．當(dāng)輸入電壓為2.5V、輸出電壓為1.2V時，計(jì)算穩(wěn)壓電源在該工作條件下的效率。對線性穩(wěn)壓器：效率忽略靜態(tài)電流，則

Iin≈即在忽略靜態(tài)電流的情況下，效率為

48%。但實(shí)際電路中存在靜態(tài)電流

Iqη=當(dāng)

Iq

遠(yuǎn)小于

Iout

時可忽略，所以該穩(wěn)壓電源在該工作條件下的效率約48%，當(dāng)

3．請?jiān)趫D5-7中標(biāo)注PMOS作為功率管的LDO的主極點(diǎn)與次極點(diǎn)的位置，并列出其表達(dá)式。主極點(diǎn)：位于誤差放大器輸出端到地的極點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)

VG），因?yàn)榇颂幾杩购芨咔邑?fù)載電容較大（包括功率管的

Cgs、表達(dá)式，該節(jié)點(diǎn)對地總電容為

CA，總電阻為

RA次極點(diǎn)：位于LDO的輸出節(jié)點(diǎn)

VOUT，因?yàn)檩敵鲭娙?/p>

COUT

與負(fù)載電阻

RL表達(dá)式（忽略

RESR）：p4．在Buck-Boost變換器中，如果使用NMOS功率管作為主開關(guān)管會帶來什么好處？又會帶來什么問題？好處：①NMOS比PMOS遷移率高，相同面積下導(dǎo)通電阻小，效率更高。②開關(guān)速度快，適合高頻工作，減小電感體積。③成本通常更低（工藝上NMOS比PMOS性能好）。問題：①當(dāng)作為上管使用時，NMOS的柵極驅(qū)動電壓需要高于輸入電壓，需要自舉電路或隔離驅(qū)動，增加復(fù)雜性和成本。②在負(fù)輸出或輸入輸出電壓差大時，驅(qū)動電路設(shè)計(jì)更復(fù)雜，可能引起開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴與EMI問題。5．已知在Buck變換器中，輸入電壓為3.3V，輸出電壓為1.2V，最大的負(fù)載電流IO_max為3A，系統(tǒng)工作頻率為2MHz，試用下面公式求出靜態(tài)條件下電感峰值電流（IL_max）和電感電流紋波（?IL）。IO_max為最大負(fù)載電流，D為占空比，fSW為開關(guān)頻率。通常將?IL取最大負(fù)載電流的30%。 已知：V占空比

D=由題意：Δ由紋波公式：Δ可得電感值：L=VOUT電感平均電流

IL峰值電流：I可得：Δ6．已知在Buck變換器中，主功率管的導(dǎo)通電阻為

120mΩ，續(xù)流功率管的導(dǎo)通電阻為220mΩ，電感寄生電阻為25mΩ。在輸入電壓為3.7V、輸出電壓為2.5V的工作條件下，當(dāng)負(fù)載電流為1.5A時，系統(tǒng)的直流導(dǎo)通損耗是多少（忽略靜態(tài)損耗及開關(guān)損耗）？已知：VIN=3.7V,VOUT=2.5V,ILOAD=1.5主開關(guān)管（高邊MOS）導(dǎo)通時，電流流過

Ron_續(xù)流管（低邊MOS）導(dǎo)通時，電流流過

Ron_占空比：D=平均電感電流

IL開關(guān)管導(dǎo)通損耗：高邊管導(dǎo)通時間占比

D：PHS低邊管導(dǎo)通時間占比

1?D：1?D≈0.3243PP電感DCR損耗：

電感電流在整個周期都流過

RL：總直流導(dǎo)通損耗：P≈0.1824+0.1605+0.05625≈0.399157．已知在Boost變換器中，輸入電壓為3.7V，輸出電壓為4.6V，電感為4.7μH，系統(tǒng)的工作頻率為1.5MHz，當(dāng)負(fù)載電流為多大時，系統(tǒng)處在BCM（臨界導(dǎo)通模式）？已知：??????=3.7V，????????=4.6V，??=4.7??H，??????=1.5MHzBCM條件：在周期

TSWBoost的占空比：D=1?電感峰值電流：開關(guān)管導(dǎo)通時間

ton=D?TSW，電感電壓

ITtIIpeak≈787234×1.3043×輸出電流

IOUT

與輸入電流關(guān)系：忽略損耗：V所以：I代入：I8．圖5-75所示為四開關(guān)型電荷泵，φ1～φ4為開關(guān)信號，TON=1μs，T=1.5μs，VIN=3V，VCP為輸出電壓，CP為20pF，CF為20pF。圖5-75四開關(guān)型電荷泵（1）請畫出φ1～φ4開關(guān)信號與輸入電壓、輸出電壓的波形圖并闡述該電荷泵的工作原理。φ1和φ3為相同的驅(qū)動信號，φ2和φ4為相同的驅(qū)動信號，當(dāng)φ1和φ3導(dǎo)通時，φ2和φ4關(guān)斷，輸入電壓VIN向電容CP充電，當(dāng)φ2和φ4導(dǎo)通時，φ1和φ3關(guān)斷，此時由于電容CP兩端電壓不能突變，所以當(dāng)下極板由GND抬升至VIN時，上極板由VIN變?yōu)?VIN，且M2導(dǎo)通，電容CP向電容CF轉(zhuǎn)移電荷。當(dāng)下個周期來臨時重復(fù)充電、抬升、電荷轉(zhuǎn)移的過程，實(shí)現(xiàn)升壓。（2）空載下，經(jīng)過4個周期后的輸出電壓為多少？空載下，穩(wěn)定后的輸出電壓為多少？從0V開始，每次階段2提升電壓為：Δ所以V設(shè)

CPV初始

V0VVVV4個周期后

VOUT穩(wěn)態(tài)

VOUT（3）如果在輸出端接入5μA的負(fù)載電流，則需要多少個周期輸出電壓才能達(dá)到穩(wěn)定時的90%？負(fù)載電流5uA時一個周期內(nèi)消耗的電荷為：ILILVn+1?=Vn?+0.5(6?Vn?)?0.375=3+0.5Vn??0.375=2.625+0.5Vn?穩(wěn)態(tài)

Vf

滿足：可得穩(wěn)態(tài)電壓為：Vf?=5.25

VVVVV即需要4個周期輸出電壓才能達(dá)到穩(wěn)定時的90%（5.25*0.9=4.725V）挑戰(zhàn)性拓展9．在輸入電壓為2.5～5.5V、輸出電壓為1.8～2.5V、輸出電流為1A的芯片中交替使用LDO與Buck變換器供電（主功率管的導(dǎo)通電阻為210mΩ，續(xù)流功率管的導(dǎo)通電阻為350mΩ，電感寄生電阻為25mΩ），試問：（1）LDO與Buck變換器的優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么？LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，外圍元件少（通常只需輸入、輸出電容）。②噪聲低、輸出紋波?。o開關(guān)動作）。③瞬態(tài)響應(yīng)快（帶寬高時）。④沒有電磁干擾（EMI）。缺點(diǎn)：①效率低（η≈V②只能降壓，且

VIN

必須大于

V③功率管一般工作在飽和區(qū)或線性區(qū)，導(dǎo)通電阻或壓降導(dǎo)致效率受限。Buck（開關(guān)降壓變換器）優(yōu)點(diǎn)：①效率高（理想可達(dá)90%以上），尤其當(dāng)輸入輸出電壓差大時。②可大電流輸出，發(fā)熱相對小。③輸入電壓范圍大，

VIN

大于

V缺點(diǎn)：①需要電感、開關(guān)管、續(xù)流管，外圍元件多、體積大。②開關(guān)噪聲大、紋波較大，可能干擾敏感電路。③有EMI問題，需要濾波和布局設(shè)計(jì)。④控制環(huán)路設(shè)計(jì)較復(fù)雜，瞬態(tài)響應(yīng)特性較差。（2）若僅考慮功率管帶來的損耗，在保證系統(tǒng)高效率的條件下，上述兩種電源電路分別工作在哪種輸入電壓和輸出電壓下？LDO高效率條件：效率

η=VOUT/VIN，高效率要求

VBuck高效率條件：Buck效率主要取決于開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。導(dǎo)通損耗（忽略開關(guān)損耗）：高邊管損耗：I低邊管損耗：I電感DCR損耗：IOUT可見

D

越大（即

VIN

接近

VBuck還有開關(guān)損耗（與頻率、輸入電壓、開關(guān)時間有關(guān)），輸入電壓越高，開關(guān)損耗越大；開關(guān)頻率越高，開關(guān)損耗越大。綜合來看，Buck在

中等占空比、輸入電壓較低

時效率較高。（3）如果忽略系統(tǒng)損耗，LDO和Buck變換器分別采用哪種類型的功率管，可以簡單地實(shí)現(xiàn)輸入電壓為2.5V、輸出電壓也為2.5V？如果需要使用另一種類型的功率管，則需要做哪些處理？LDO：壓差為0，此時需要功率管導(dǎo)通電阻極小，且能工作在極低壓差。通常用

PMOS

作為功率管，因?yàn)闁艠O可低于源極導(dǎo)通，容易實(shí)現(xiàn)

VINBuck：D=1

理論上需開關(guān)一直導(dǎo)通，這其實(shí)是“直通”模式，不是正常開關(guān)調(diào)節(jié)。Buck無法在

VIN=VOUT

時穩(wěn)壓（除非允許

D=1

的直通模式，即旁路模式）。若要做成這種旁路，可以

PMOS

作高邊開關(guān)，柵極可低于源極（如果LDO想用

NMOS

為功率管：NMOS源極接輸出，柵極必須高于源極才能導(dǎo)通，所以需要

電荷泵

來升壓柵極驅(qū)動電壓。如果Buck的高邊開關(guān)用

NMOS：當(dāng)

D=1

時，高邊NMOS柵極需高于

VIN

第六章習(xí)題參考答案1．畫出傳統(tǒng)功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6-1所示為傳統(tǒng)的引線鍵合封裝結(jié)構(gòu)的功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖。傳統(tǒng)的引線鍵合封裝結(jié)構(gòu)包括功率半導(dǎo)體芯片、焊料層、直接覆銅（DirectBondCopper，DBC）基板、鍵合線、功率端子、散熱基板、灌封材料和外殼（塑料框架和蓋板）。焊料層與鍵合線用于將IGBT芯片、二極管芯片、功率端子、控制端子以及DBC基板連接起來。DBC基板是由陶瓷基板和上、下銅層組成的三明治結(jié)構(gòu)，銅箔附著在陶瓷基板的上、下兩面。散熱基板對焊接在表面的DBC基板和粘貼的外殼起機(jī)械支撐作用。灌封材料覆蓋模塊內(nèi)部的功率半導(dǎo)體芯片、DBC基板、鍵合線、功率端子等部件，可以提高內(nèi)部的電氣絕緣特性，以及保護(hù)功率半導(dǎo)體芯片、DBC基板和功率端子免受濕氣、化學(xué)腐蝕、灰塵和振動的影響。模塊外部采用塑料框架和蓋板進(jìn)行封裝。圖6-1功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖2．簡述IPM與傳統(tǒng)功率模塊在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。IPM是在傳統(tǒng)功率模塊技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新產(chǎn)物，但與傳統(tǒng)功率模塊相比具有一定差異。IPM是將功率器件、驅(qū)動電路、保護(hù)電路、傳感器（檢測電路）及處理器等集成為一體的智能功率模塊。3．簡述IPM的優(yōu)點(diǎn)。（1）高度集成：IPM集成了多個關(guān)鍵組件，包括功率器件、驅(qū)動電路、保護(hù)電路和傳感器等，減小了系統(tǒng)體積，簡化了電路設(shè)計(jì)。（2）節(jié)省空間：由于高度集成，因此IPM的封裝結(jié)構(gòu)相對緊湊，適用于空間有限的應(yīng)用場景。（3）簡化設(shè)計(jì)：IPM的集成結(jié)構(gòu)簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。（4）高性能：IPM的功率回路、驅(qū)動回路設(shè)計(jì)緊湊，寄生參數(shù)較小，確保了功率器件的高效率和高性能，適用于高頻率應(yīng)用。（5）高可靠性和穩(wěn)定性：IPM內(nèi)部集成了多種保護(hù)電路，用于監(jiān)測功率器件和系統(tǒng)的狀態(tài)，保護(hù)系統(tǒng)免受過流、欠壓、過溫和短路等故障的影響。（6）節(jié)能：IPM在高效率和高性能的特性下工作，能夠降低能源消耗，提高系統(tǒng)的能源利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。（7）易于控制和集成：IPM通常提供了易于使用的控制接口，使得它能夠方便地與微控制器或數(shù)字信號處理器等集成，實(shí)現(xiàn)智能化的控制。（8）適應(yīng)性強(qiáng)：IPM適用于各種應(yīng)用領(lǐng)域，包括家電、工業(yè)自動化、汽車電子、可再生能源系統(tǒng)等。4．簡述傳統(tǒng)功率模塊的保護(hù)類型。傳統(tǒng)功率模塊的保護(hù)類型僅有短路保護(hù)、過壓保護(hù)等。5．分析低溫?zé)Y(jié)技術(shù)與真空回流焊相比有什么優(yōu)點(diǎn)。相比真空回流焊，低溫?zé)Y(jié)技術(shù)是一種典型的在焊劑材料以及焊接環(huán)境上做出突破的焊接技術(shù)，該技術(shù)具有極高的可靠性，通常使用非常細(xì)小的銀粉作為焊劑，均勻散布在兩個被連接物的接觸面上，然后在250℃溫度和高壓的作用下，形成一種多孔銀層，如圖6-8所示，低溫?zé)Y(jié)技術(shù)在工藝上省去了助焊劑涂刷流程的同時，可以讓形成的燒結(jié)層保持Ag的熔點(diǎn)962℃，相比一般的SnAg3焊接