半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2025-11-10
半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的視頻教程
半導(dǎo)體器件的功率循環(huán)及熱可靠性測(cè)試
本視頻介紹了半導(dǎo)體器件的功率循環(huán)及熱可靠性測(cè)試流程。 第一步：將待測(cè)器件與POWERTESTER連接，輸入相關(guān)參數(shù)，校準(zhǔn)K系數(shù)（溫度敏感因子） 第二步：通過(guò)測(cè)試平臺(tái)內(nèi)置的觸摸屏電腦，設(shè)置待測(cè)器件的循環(huán)策略，啟動(dòng)設(shè)備，進(jìn)行全自動(dòng)熱瞬態(tài)及功率循環(huán)測(cè)試 第三步：數(shù)據(jù)分析（支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出，進(jìn)行結(jié)構(gòu)函數(shù)分析、生成熱模型等）
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Ansys Lumerical光子集成電路PIC 有源器件的設(shè)計(jì)與仿真
Ansys Lumerical 為設(shè)計(jì)人員提供高性能光子模擬軟體，提供專門用于光子器件、電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模擬環(huán)境。針對(duì)PIC的應(yīng)用，Lumerical提供包括光子有源器件，無(wú)源器件及circuit芯片級(jí)的完整解決方案。 本次培訓(xùn)將以PIC有源器件設(shè)計(jì)作為范例，針對(duì)Multiphysics產(chǎn)品作深入淺出的介紹 - 從演算法到實(shí)際范例演示，包括完整軟件的操作、分析及設(shè)計(jì)流程。
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半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的實(shí)例教程
在半導(dǎo)體方面，MATLAB可以使用多個(gè)工具箱來(lái)進(jìn)行半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)、分析和模擬。下面是MATLAB在半導(dǎo)體方面常用的工具箱和相關(guān)計(jì)算任務(wù)的概述：
NO
工具箱
主要功能
1
Simulink
Simulink可以用于建立和仿真半導(dǎo)體器件的動(dòng)態(tài)模型，如晶體管、二極管、集成電路等。它還可以進(jìn)行電路分析、參數(shù)優(yōu)化和系統(tǒng)級(jí)仿真等任務(wù)
2
Simscape Electronics
該工具箱是Simulink的擴(kuò)展工具箱，專門用于建立和模擬電子電路和半導(dǎo)體器件。它提供了各種電子元件的建模組件，如晶體管、二極管、集成電路等，并支持電路分析和仿真
3
RF Toolbox
該工具箱用于射頻（RF）和微波電路的建模和分析。在半導(dǎo)體方面，它可以用于射頻器件和電路的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化，如射頻放大器、混頻器、濾波器等
4
Semiconductor Devices
該工具箱提供了半導(dǎo)體器件的建模和仿真功能，包括晶體管、二極管、MOSFET等。它支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為的分析，如DC特性、AC特性和噪聲分析等
5
Optimization Toolbox
該工具箱提供了各種優(yōu)化算法，用于半導(dǎo)體器件和電路的參數(shù)優(yōu)化、設(shè)計(jì)優(yōu)化和性能優(yōu)化。它可以幫助優(yōu)化器在給定約束下找到最佳解
大部分半導(dǎo)體計(jì)算任務(wù)可以基于CPU進(jìn)行計(jì)算，特別是對(duì)于半導(dǎo)體器件的建模、電路分析和優(yōu)化等任務(wù)，單核計(jì)算足以滿足需求。
展開(kāi) 由于我們的主題是“半導(dǎo)體元器件的熱設(shè)計(jì)”，因此在這里將以安裝在印刷電路板上的IC為例進(jìn)行說(shuō)明。
熱源是IC芯片。該熱量會(huì)傳導(dǎo)至封裝、引線框架、焊盤和印刷電路板。熱量通過(guò)對(duì)流和輻射從印刷電路板和IC封裝表面?zhèn)鬟f到大氣中。可以使用熱阻表示如下：
上圖右上方的IC截面圖中，每個(gè)部分的顏色與電路網(wǎng)圓圈的顏色相匹配（例如芯片為紅色）。芯片溫度TJ通過(guò)電路網(wǎng)中所示的熱阻達(dá)到環(huán)境溫度TA。
采用表面安裝的方式安裝在印刷電路板（PCB）上時(shí)，紅色虛線包圍的路徑是主要的散熱路徑。
具體而言，熱量從芯片經(jīng)由鍵合材料（芯片與背面露出框架之間的粘接劑）傳導(dǎo)至背面框架（焊盤），然后通過(guò)印刷電路板上的焊料傳導(dǎo)至印刷電路板。然后，該熱量通過(guò)來(lái)自印刷基板的對(duì)流和輻射傳遞到大氣中（TA）。
其他途徑還包括從芯片通過(guò)鍵合線傳遞到引線框架、再傳遞到印刷基板來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流和輻射的路徑，以及從芯片通過(guò)封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流和輻射的路徑。
如果知道該路徑的熱阻和IC的功率損耗，則可以通過(guò)熱歐姆定律來(lái)計(jì)算溫度差（在這里為TA和TJ之間的差）。
就如本文所講的，所謂的“熱設(shè)計(jì)”，就是努力減少各處的熱阻，即減少?gòu)男酒酱髿獾纳崧窂降臒嶙瑁?最終TJ降低并且可靠性提高。
03
左中括號(hào)
什么是熱阻
左中括號(hào)
熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。是任意兩點(diǎn)之間的溫度差除以兩點(diǎn)之間流動(dòng)的熱流量（單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的熱量）而獲得的值。
展開(kāi) 由于我們的主題是“半導(dǎo)體元器件的熱設(shè)計(jì)”，因此在這里將以安裝在印刷電路板上的IC為例進(jìn)行說(shuō)明。
熱源是IC芯片。該熱量會(huì)傳導(dǎo)至封裝、引線框架、焊盤和印刷電路板。熱量通過(guò)對(duì)流和輻射從印刷電路板和IC封裝表面?zhèn)鬟f到大氣中?？梢允褂脽嶙璞硎救缦拢? 上圖右上方的IC截面圖中，每個(gè)部分的顏色與電路網(wǎng)圓圈的顏色相匹配（例如芯片為紅色）。芯片溫度TJ通過(guò)電路網(wǎng)中所示的熱阻達(dá)到環(huán)境溫度TA。
采用表面安裝的方式安裝在印刷電路板（PCB）上時(shí)，紅色虛線包圍的路徑是主要的散熱路徑。
具體而言，熱量從芯片經(jīng)由鍵合材料（芯片與背面露出框架之間的粘接劑）傳導(dǎo)至背面框架（焊盤），然后通過(guò)印刷電路板上的焊料傳導(dǎo)至印刷電路板。然后，該熱量通過(guò)來(lái)自印刷基板的對(duì)流和輻射傳遞到大氣中（TA）。
其他途徑還包括從芯片通過(guò)鍵合線傳遞到引線框架、再傳遞到印刷基板來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流和輻射的路徑，以及從芯片通過(guò)封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流和輻射的路徑。
如果知道該路徑的熱阻和IC的功率損耗，則可以通過(guò)熱歐姆定律來(lái)計(jì)算溫度差（在這里為TA和TJ之間的差）。
就如本文所講的，所謂的“熱設(shè)計(jì)”，就是努力減少各處的熱阻，即減少?gòu)男酒酱髿獾纳崧窂降臒嶙瑁?最終TJ降低并且可靠性提高。
什么是熱阻
熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。
展開(kāi) 1 高效能半導(dǎo)體器件研究進(jìn)展
1.1寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵射頻器件
由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN材料具備很強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，使其在AlGaN/GaN界面會(huì)形成高電子遷移率的二維電子氣(
2DEG
)，2DEG導(dǎo)電能力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件導(dǎo)電溝道，這也是GaN器件能夠?qū)崿F(xiàn)高頻高功率的原因。
目前在材料方面，國(guó)內(nèi)GaN，SiC的材料生長(zhǎng)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，這為我國(guó)第三代半導(dǎo)體器件的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在器件方面，國(guó)內(nèi)也取得了非常好的進(jìn)展，一大批高性能GaN器件從實(shí)驗(yàn)室、研究所走出，開(kāi)啟第三代半導(dǎo)體器件的廣泛應(yīng)用。
西安電子科技大學(xué)開(kāi)展了面向5G的C波段的GaN大功率射頻器件的研究，如圖2，在頻率為5GHz，Vd為28V時(shí)進(jìn)行三次諧波調(diào)制研究，連續(xù)波工作狀態(tài)下，器件的功率附加效率到達(dá)了目前國(guó)際最高指標(biāo)85.16%，且功率密度為7.0W/mm，功率增益為14.9 dB，這也為6G通信的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐，為未來(lái)毫米波通信奠定了重要的基礎(chǔ)。
1.2 超寬禁帶半導(dǎo)體氧化鎵材料與器件
寬禁帶半導(dǎo)體材料已經(jīng)能較好支撐高效能半導(dǎo)體器件的發(fā)展。近幾年來(lái)，學(xué)術(shù)界正在發(fā)展超寬禁帶半導(dǎo)體氧化鎵，Ga2O3具有4.8eV的禁帶寬度。超寬禁帶半導(dǎo)體在理論上具備更高的擊穿電壓、更大的功率密度，為高功率、高壓器件的發(fā)展提供了新的思路，讓我們對(duì)未來(lái)半導(dǎo)體器件的發(fā)展充滿期望。
展開(kāi) 據(jù)介紹，不同于市場(chǎng)上大多采用類似平面DMOS的設(shè)計(jì)，英飛凌的SiC產(chǎn)品是采用溝槽式概念，這種設(shè)計(jì)能緩和平面溝道的極低電導(dǎo)率，為此能夠克服性能與魯棒性之間的兩難問(wèn)題。
在今年十一月，11月13日，英飛凌（Infineon）宣布，其已收購(gòu)一家名為 Siltectra 的初創(chuàng)企業(yè)，將一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)（Cold Spilt）也收入了囊中。“冷切割”是一種高效的晶體材料加工工藝，能夠?qū)⒉牧蠐p失降到最低，這能大大提升SiC晶圓的切割效率，并能降低成本。
因?yàn)槠銼iC產(chǎn)品被全球的電動(dòng)車明星特斯拉采用的意法半導(dǎo)體在這個(gè)市場(chǎng)的表現(xiàn)也不容忽視。在早些時(shí)候，意法半導(dǎo)體CEO在接受半導(dǎo)體行業(yè)觀察等媒體采訪也談到，該公司的碳化硅產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)批量出貨，年出貨金額在今年能突破一億美元，市場(chǎng)占有率高達(dá)90%；
國(guó)內(nèi)的比亞迪在日前同樣宣布了他們?cè)赟iC方面的布局。據(jù)介紹，公司已投入巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC，并將整合材料（高純碳化硅粉）、單晶、外延、芯片、封裝等SiC基半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在電動(dòng)車領(lǐng)域的應(yīng)用。
比亞迪宣布，他們已經(jīng)成功研發(fā)了SiC MOSFET（汽車功率半導(dǎo)體包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等），有望于2019年推出搭載SiC電控的電動(dòng)車。預(yù)計(jì)到2023年，比亞迪將在旗下的電動(dòng)車中，實(shí)現(xiàn)SiC基車用功率半導(dǎo)體對(duì)硅基IGBT的全面替代，將整車性能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再提升10%。
其他諸如安森美、東芝、富士電機(jī)、三菱、、Littelfuse、通用電氣和GeneSiC等公司也都是SiC市場(chǎng)的重要玩家，他們都在摩拳擦掌，虛位以待。
展開(kāi) 
半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的最新內(nèi)容
本文原刊登于Ansys.com：《Simulation Enables SiC Module Designs at STMicroelectronics》
作者： Christophe Bianchi | Ansys首席技術(shù)專家
編輯整理：張偉偉 | Ansys 高級(jí)應(yīng)用工程師
“我們?cè)贛echanical中完成了這一分析，它是一款值得信賴的求解器，對(duì)于我們?cè)陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中了解SiC MOSFET
2026深圳國(guó)際半導(dǎo)體及電子元器件展覽會(huì)
2026 Shenzhen International Semiconductor and Electronic Components Exhibition
地點(diǎn)：深圳國(guó)際會(huì)展中心
時(shí)間：2026年10月27-29日
主辦單位：
深圳市電子商會(huì)
勵(lì)展博覽集團(tuán)
展會(huì)介紹：
深圳國(guó)際半導(dǎo)體及電子元器件展覽會(huì)由深圳市電子商會(huì)及勵(lì)展博覽集團(tuán)聯(lián)合打造
深圳國(guó)際半導(dǎo)體及電子元器件展覽會(huì)由深圳市電子商會(huì)主辦，專注于集中展示從元件到系統(tǒng)、從設(shè)計(jì)到制造的全產(chǎn)業(yè)鏈新產(chǎn)品：半導(dǎo)體、分立器件、功率器件和模塊、開(kāi)關(guān)及連接技術(shù)、電阻、電容、電感、繼電器、變壓器、電路保護(hù)等、顯示、嵌入式系統(tǒng)、汽車電子、PCB領(lǐng)域的前沿技術(shù)、新產(chǎn)品和行業(yè)應(yīng)用解決方案。
深圳國(guó)際半導(dǎo)體及電子元器件展覽會(huì)已連續(xù)在深圳國(guó)際會(huì)展中心（寶安）舉行五屆，展會(huì)融合了七個(gè)電子領(lǐng)域?qū)I(yè)展會(huì)
2025大賽優(yōu)秀作品 | 基于多物理場(chǎng)仿真技術(shù)的高速動(dòng)車用功率器件主端子連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)4個(gè)月前
“Ansys 2025 全球仿真大會(huì)”仿真應(yīng)用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應(yīng)用大賽最終評(píng)選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎(jiǎng)及行業(yè)最佳實(shí)踐獎(jiǎng)。近 200 位來(lái)自汽車、半導(dǎo)體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實(shí)踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無(wú)限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎(jiǎng)佳作，帶您一同領(lǐng)略仿真賦能創(chuàng)新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感
展會(huì)時(shí)間：2026年5月20日-22日
展會(huì)地點(diǎn)：武漢·中國(guó)光谷科技會(huì)展中心
預(yù)計(jì)30000㎡+展出面積；30000名+專業(yè)觀眾；400家+領(lǐng)先展商
同期舉辦：中國(guó)（武漢）數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)
在國(guó)家大力推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)逐漸形成了以北京為核心的京津翼地區(qū)、以上海為核心的長(zhǎng)三角地區(qū)、以深圳為核心的珠三角地區(qū)、以四川、重慶、湖北、湖南、安徽等為核心的中西部地區(qū)四大產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)
Ansys Lumerical作為業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)解決方案，擁有完善的Component Level及Circuit Level仿真能力。FDTD被譽(yù)為微納光子器件仿真的黃金標(biāo)準(zhǔn)；MODE是面向平面光波導(dǎo)類器件開(kāi)發(fā)的瑞士軍刀；CHARGE求解載流子的漂移擴(kuò)散方程和泊松方程，能夠精確模擬半導(dǎo)體器件中的電學(xué)特性；HEAT則專注于器件熱效應(yīng)的分析，能夠準(zhǔn)確計(jì)算電致發(fā)熱或光吸收引起的溫升；INTERCONNECT
并支持對(duì)隨時(shí)間變化的熱效應(yīng)進(jìn)行高效分析
利用Mechanical中的全新網(wǎng)格流程，無(wú)需手動(dòng)設(shè)置，即可提高復(fù)雜堆疊電子系統(tǒng)網(wǎng)格劃分的速度、渲染效果和可用性
Ansys Rocky?和Ansys FreeFlow?提供了先進(jìn)的多物理場(chǎng)功能，包括熱耦合、流固耦合和電磁耦合，支持精細(xì)仿真和性能優(yōu)化
Ansys PowerX?調(diào)試工具通過(guò)快速定位寄生參數(shù)引起的問(wèn)題，簡(jiǎn)化設(shè)置任務(wù)并實(shí)現(xiàn)高效的2D網(wǎng)格劃分，可顯著縮短半導(dǎo)體功率器件的設(shè)計(jì)時(shí)間
<p>隨著高速光通信與集成光子學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，行波馬赫曾德調(diào)制器（Travelling Wave Mach-Zehnder Modulator, TW-MZM）因其高帶寬、低驅(qū)動(dòng)電壓等優(yōu)勢(shì)，成為高速光互連系統(tǒng)的核心器件。</p><p>然而，其設(shè)計(jì)涉及光波導(dǎo)模式匹配、微波傳輸線阻抗調(diào)諧等多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題的協(xié)同優(yōu)化，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在效率低、迭代周期長(zhǎng)、跨域協(xié)同難等問(wèn)題。</p><p>基于此，<strong
<p><strong>無(wú)線通信器件</strong>是實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的基礎(chǔ)，包括<strong style="color: rgb(9, 64, 142);">射頻芯片</strong><strong>、</strong><strong style="color: rgb(9, 64, 142);">功率放大器</strong><strong>、</strong><strong style="color
<p><a href="https://hubs.ly/Q033s4Rg0" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/x0yLiaf5fF6wic5VvibDKLQhNJxycb2jiark5byljsoWYEdaJqpIzWic1cqlO2ib9mficwlKiaqjDjic68QGdwKicsFt6tRQ
