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半导体制冷片的工作原理及特点

Release time：2024-08-13

author：AMEYA360

source：网络

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　　半导体制冷片，又称为Peltier制冷片，是一种基于Peltier效应的制冷装置。它利用半导体材料在电流通过时产生热量吸收或释放的特性，实现对物体的制冷或加热。

半导体制冷片的工作原理及特点

　　1.工作原理

　　1. Peltier效应

　　Peltier效应是指通过将两种不同导电性的半导体材料连接在一起形成热电偶，当直流电流通过热电偶时，会使其中一个半导体表面吸热，另一个表面则放热，从而实现热量的转移。

　　2. 热电偶结构

　　半导体制冷片由多个热电偶组合而成，每个热电偶包含一个N型半导体和一个P型半导体，通过交替连接N型和P型半导体，形成热电偶结构。

　　3. 制冷工作模式

　　当直流电流通过热电偶时，N型和P型半导体之间的Peltier效应将导致一个表面吸热，另一个表面放热。这样，制冷片的一侧会变冷，另一侧则变热，实现对物体进行制冷。

　　4. 加热工作模式

　　调换电流方向可以改变热电偶的热传递方向，使原本的冷面变为热面，热面变为冷面，从而实现对物体的加热。

　　5. 温度差与能效

　　半导体制冷片的制冷效果取决于Peltier效应产生的温度差，同时也受到热阻等因素的影响。其能效受到电流、环境温度等因素的影响，需要恰当的控制以提高性能。

　　2.特点

　　1. 静音无振动：半导体制冷片无需机械压缩机，工作时无震动和噪音，适合在要求低噪音环境下使用。

　　2. 小巧轻便：相比传统制冷设备，半导体制冷片体积小、重量轻，易于安装和携带，适合空间有限的场所使用。

　　3. 快速响应：半导体制冷片响应速度快，可快速实现制冷或加热，适用于需要快速调节温度的场合。

　　4. 高效节能：半导体制冷片具有较高的能效比，可以根据实际需要调节电流大小，节约能源，并且对环境友好。

　　5. 长寿命稳定性：由于没有易损件和机械运动部件，半导体制冷片具有较长的使用寿命和稳定的工作性能，减少维护成本。

　　3.应用领域

　　1. 冷藏保鲜：在小型冷藏盒、药品箱、便携式冷藏袋等产品中广泛应用，可为食品、药品等提供持续低温保鲜。

　　2. 光电子器件：在光电子器件中，如激光二极管、CCD摄像头等，半导体制冷片可用于控制器件的温度，提高其性能和稳定性。

　　3. 激光器冷却：激光器工作时会产生大量热量，半导体制冷片可用于激光器冷却系统，保持激光器的稳定输出和性能。

　　4. 电子元件测试：在电子元件测试过程中，需要对元件进行温度控制以模拟实际工作环境，半导体制冷片可用于温度控制装置。

　　5. 热敏器件校准：许多热敏器件的性能受温度影响较大，半导体制冷片可用于对热敏器件进行温度校准和调试，确保其准确性和稳定性。

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　　一、设计与EDA/IP　　1. IC设计：集成电路设计。　　2. EDA：电子设计自动化。指用于设计芯片的软件工具套件。　　HDL：硬件描述语言。如 Verilog, VHDL。　　RTL：寄存器传输级。设计过程中的一个抽象层次。　　DFT：可测试性设计。在设计中加入便于测试的结构。　　DFM：面向制造的设计。优化设计以提高制造良率。　　PDK：工艺设计套件。晶圆厂提供给设计公司的工艺文件包。　　Simulation：仿真。　　Verification：验证。　　Synthesis：逻辑综合。　　P&R：布局布线。　　STA：静态时序分析。　　3. IP：知识产权核。预先设计好、可复用的电路模块(如CPU核、接口IP等)。　　SoC：片上系统。将多个功能模块集成到单一芯片上。　　ASIC：专用集成电路。为特定应用定制的芯片。　　ASSP：专用标准产品。为特定应用领域设计的标准芯片(介于ASIC和通用芯片之间)。　　FPGA：现场可编程门阵列。可编程的逻辑芯片。　　4. Fabless：无晶圆厂模式。公司只负责芯片设计和销售，制造外包给晶圆代工厂。　　5. IDM：集成器件制造商。公司覆盖设计、制造、封装测试等全产业链环节(如 Intel, Samsung)。　　二、制造(晶圆加工 / Foundry)　　1. Wafer：晶圆。制造芯片的硅基片。　　Ingot：硅锭。切割成晶圆的原材料。　　Si：硅。　　SOI：绝缘体上硅。一种特殊结构的晶圆。　　Epitaxy：外延。在晶圆表面生长单晶层。　　2. Fab：晶圆厂。　　3. Foundry：晶圆代工厂。专门为其他公司制造芯片的工厂(如 TSMC, SMIC)。　　4. Process Node：工艺节点/制程节点。描述制造工艺先进程度的指标(如 7nm, 5nm, 3nm)。越小通常代表技术越先进。　　5. Front End Of Line：前道工艺。在晶圆上制造晶体管和互连线的过程。　　CVD：化学气相沉积。　　PVD：物理气相沉积。　　ALD：原子层沉积。　　Wet Etch：湿法刻蚀。　　Dry Etch / Plasma Etch：干法刻蚀/等离子刻蚀。　　Mask / Reticle：掩模版/光罩。承载电路图形的母版。　　Stepper / Scanner：步进式/扫描式光刻机。　　DUV：深紫外光刻。使用 248nm 或 193nm 波长的光刻技术。　　ArF / KrF：分别指 193nm 和 248nm 光刻使用的激光光源类型。　　Immersion Lithography：浸没式光刻。提高光刻分辨率的技术。　　EUV：极紫外光刻。使用 13.5nm 波长的下一代光刻技术。　　Lithography：光刻。使用光将电路图形转移到晶圆上的关键工艺。　　Etch：刻蚀。将光刻胶图形转移到下层材料的过程。　　Deposition：沉积。在晶圆表面生长薄膜材料的过程。　　Ion Implantation：离子注入。将杂质离子注入硅中形成特定电学特性的区域。　　CMP：化学机械抛光。平坦化晶圆表面的工艺。　　Thermal Processing：热处理。如氧化、扩散、退火等。　　Cleaning：清洗。去除晶圆表面污染物的工艺。　　Metrology：量测。对晶圆进行各种物理和电学参数的测量。　　Inspection：检测。查找晶圆上的缺陷。　　Yield：良率。合格芯片占总芯片数的百分比。　　6. Transistor：晶体管。芯片的基本开关单元。　　MOSFET：金属氧化物半导体场效应晶体管。最常见的晶体管类型。　　FinFET：鳍式场效应晶体管。3D结构晶体管，用于先进节点。　　GAA：环绕栅极晶体管。FinFET的后继技术。　　7. Interconnect：互连线。连接晶体管的金属导线。　　BEOL：后道工艺。制造互连线的过程。　　Damascene Process：大马士革工艺。制造铜互连的主流工艺。　　三、封装与测试　　1. Back End Of Line / OSAT：后道工艺 / 外包半导体封装和测试厂商。指芯片制造完成后的封装和测试环节，通常由专门的封测厂完成。　　Assembly：封装/组装。　　Packaging：封装。　　Test：测试。　　2. Wafer Test / CP：晶圆测试/中测。在晶圆切割前对每个芯片进行基本功能测试。　　3. Dicing / Scribing：划片/切割。将晶圆切割成单个芯片。　　4. Die：裸片/晶粒。切割下来的单个芯片。　　5. Packaging Types：封装类型　　TSV：硅通孔。穿透硅片的垂直电连接通道。　　Interposer：中介层。连接不同裸片的硅基板或有机基板。　　DIP：双列直插式封装。　　SOP/SOIC：小外形封装。　　QFP：四方扁平封装。　　BGA：球栅阵列封装。　　LGA：栅格阵列封装。　　CSP：芯片尺寸封装。封装尺寸接近芯片尺寸。　　WLP：晶圆级封装。在晶圆上进行大部分封装步骤。　　SiP：系统级封装。将多个不同功能的裸片封装在一个模块内。　　MCM：多芯片模块。　　2.5D / 3D IC： 2.5维/三维集成电路。使用硅中介层或TSV实现裸片堆叠的高密度封装技术。　　6. Final Test / FT：成品测试。封装完成后对芯片进行的全面功能和性能测试。　　7. Burn-in：老化测试。在高温高压下测试芯片的长期可靠性。　　8. Quality Control / QC：质量控制。　　四、材料与设备　　1. Materials：　　Silicon Wafer：硅晶圆。　　Photoresist：光刻胶。　　Mask Blank：掩模版基板。　　Electronic Gases：电子气体(如高纯氮气、氩气、特殊气体)。　　CMP Slurry： CMP研磨液。　　Targets：靶材(用于PVD)。　　Precursors：前驱体(用于CVD/ALD)。　　Wet Chemicals：湿电子化学品(酸、碱、溶剂等)。　　Lead Frame：引线框架。　　Substrate：封装基板。　　Molding Compound：塑封料。　　Underfill：底部填充胶。　　Thermal Interface Material：热界面材料。　　2. Equipment：　　Lithography Tool：光刻机 (EUV Scanner, DUV Scanner/Stepper)。　　Etcher：刻蚀机。　　Deposition Tool：薄膜沉积设备 (CVD, PVD, ALD)。　　Ion Implanter：离子注入机。　　CMP Tool：化学机械抛光机。　　Furnace：扩散炉/氧化炉。　　RTP：快速热处理设备。　　Metrology & Inspection Tool：量测检测设备。　　Wafer Cleaner：清洗机。　　Prober：探针台(用于Wafer Test)。　　Tester：测试机(用于Wafer Test和Final Test)。　　Dicer：划片机。　　Die Bonder：固晶机/贴片机。　　Wire Bonder：引线键合机。　　Molder：塑封机。　　SMT：表面贴装技术设备(用于将封装好的芯片贴到PCB上)。

2025-08-22 11:08 reading：269

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