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圆片级封装(WLP)和圆片级芯片尺寸封装 (WL-CSP)是同一概念，它们表示在电路封装完成后，仍以圆片形式存在。它们可用于有源IC 和无源元件的封装。同其它封装一样，WLP必须为芯片提供导热和电气通道，还要为芯片提供合适的机械和环境保护。同样重要的是WLP还必须与标准的表面安装技术(SMT)兼容。

　　1 器件与应用

　　圆片级封装产品正以惊人的速度增长。预计到2005年，其平均年递增率(CAGR)可达210％。拉动这种增长的器件是集成电路、无源元件、高性能存贮器和引脚数量少的器件，如闪存／EEPROM、高速DRAM、SRAM、LCD驱动器、射频器件、逻辑器件、电池组电源管理器件及模拟器件(
电压调整器、温度传感器、控制器、运算放大器、功率放大器等)。这些器件支撑移动电话、存储器件、PDA、笔记本电脑、数字视频控制器及通信网络等终端应用。

　　在分析一种圆片是否适合于WLP时，圆片上的器件尺寸、焊盘数量、以及希望的节距等必须联系起来考虑，才能确认在芯片表面是否有足够的面积来分布所需的互连。这是因为：圆片级封装需要采用与"扇出"布线相反的"扇人"布线方式(如图1所示)，芯片的边缘就是圆片级封装电路的边界。

　　相反，CSP(比IC大，不超过20％)可使用扇人和扇出布线两种方式，有时还可在横向或纵向增添焊球

　　和CSP相同，当前圆片级封装采用与SMT兼容的0．8mm、0．75mm、0．65mm和0．5mm节距。图2示出了这四种节距与器件尺寸和 I/O数量的关系。该图近似地表明当节距从0．5mm至0．8mm变化时，IC表面能否支撑一个给定的I/O数。图中仅为近似值，设计者可利用公共I/O 末减少电路与线路板间的互连数。随着0．5mm节距新标准(随后将是0．4mm节距)的出现，将会有更多类型的器件采用圆片级封装。因为节距减小时，可以分布更多的互连。

　　味着器件不足以支撑给定节距的全部I/O。公共I/O可以合并，以减少I／O数。该图可用来简单地估计"扇人"能力

　　2 WLP工艺

　　Atmel、Bourns、加利福尼亚微器件、达拉斯半导体、仙童、富士通、日立、国际整流器、Maxim、Micro、三菱、国家半导体、日本电气、冲电气、菲利普、ST微电子、德克萨斯仪器及Xicor等厂商推出了不同型式的WLP产品。所有这些产品的封装工艺可分成三种基本工艺类型(表 1)。

　　薄膜再分布WL-CSP-E艺是当今使用最普遍的工艺。因为它的成本较低，非常适合大批量、便携式产品板级应用可靠性标准的要求。

　　目前正在开发适合于更省I／O数器件的下一代WLP工艺。因为薄膜再分布工艺主导着当今市场，所以我们有必要仔细考察这类WL-CSP的现有设计和工艺。

　　3 薄膜再分布WL-CSP

　　如同其它的WLP一样，薄膜再分布WL-CSP的圆片仍采用常规圆片工艺制作。在圆片送交WLP供货商之前，要对圆片进行测试，以便对电路进行分类和绘出合格电路的圆片图。圆片在再分布之前，先要对器件的布局进行评估，以确认该圆片是否适合于进行焊球再分布。

　　当初次评估一种圆片级封装工艺时，对于器件工程师来说，典型的办法是选取一种现有的引线键合器件来进行WLP转换。这一策略可为评估和转换的确认提供最快的途径。但是，引线键合的I／O焊盘通常排布得过于靠近，以致于不能安放焊球。即使可在现有的I／O焊盘上放置焊球，但焊球的分布不可能是最佳的，因而不能获得最好的可靠性。

　　再分布工艺就是在器件表面重新布置I／O焊盘。图3示出了引线键合闪速存储器上再分布的情形。从图上可见，闪速存储器芯片的两个短边上的原有焊盘转换成了凸点阵列。在此实例中，器件表面使用了两层介质层，中间夹有的一层再分布金属化层用于改变I／O的分布。在这工序之后，安装上焊料球(见图 4)，于是芯片就变成了WLP产品。

　　将引线键合焊盘设计再分布成焊球阵列焊盘的缺点是：生产的WLP产品在器件设计、结构或制造成本方面不可能是最佳时。但是，一旦证明其技术上可行，那么就可对这种电路重新设计，于是就可以消除外加再分布。这种情况已成共识。为此，特别定义了一种双相判定程序。下一代的变化可能是在芯片最后金属层内集成再分布层，或者是一种用以改进性能的最短信号线的新设计。

　　重新设计可能需要补充新的软件工具。由于重新设计可消除外加的再分布工序和相关工艺，因此，重新设计的信号、电源和接地线的结构非常低廉。比较一下图4中所示的两种WLP结构。第一种示出的是较为复杂的薄膜再分布的截面第二种是把焊球直接安装在芯片I／O焊盘顶部的设计。第二种WLP被定义为单层聚合物WLP。聚合物用于硅片平坦化，对芯片提供必要的保护，以及用作标准的表面涂敷。对于薄膜再分布WLP来说，后一种方法不失为一种成本--效益更佳的设计。


　　如果一种器件是以WLP和引线键合封装两种形式供货，把这种器件重新设计成非再分布结构是一种例外。在这种情况下，外加再分布工艺仍将必要，因为直到圆片制作好还不能确定封装类型。

　　WLP的最终结构取决于IC的要求及其应用情况。例如，设计高性能存储器要求WIJ遵守总的电容规范。在这种情况下，为了使最终互连结构增加的电容量尽可能少，必须把焊料凸点置于再分布介质层表面，并且，在这种结构中必须使用低介电常数材料。在第二种实例中，最终金属层中的布线可能非常强，甚至其间距小到了可靠性要求的最小设计规则以下。因此，封装制造厂家推荐增加介质层数以使结构稳定。

　　当前，如同
有许多产品类型一样，也有许多互连方案。造成这种现象的原因是WLP技术还是新技术，以及缺乏内部的和工业化设计的标准。这就要求ⅢM和封装制造厂家相互密切联系，理解对方的规范和设计规则，以便生产出性能／价格比最佳的产品。

　　4 WLP制造考虑

　　4．1 焊球节距与直径

　　焊料连接可靠性与焊料体积有关，增加焊料高度和直径可延长疲劳寿命。对于0．75~0．80mm节距的IC来说，典型的焊球直径为0．5mm。当节距接近0．5mm时，焊球尺寸可以减少至0．30~0．35mm。这类结构通常使用预成型焊球。尺寸≤0．25mm的焊料连接，要采用别的连接方式，因为预成型焊球的成本尚无竞争力。

　　4．2合金类型

　　目前，共晶Sn／Pb焊料是WLP应用最广的合金。市场还可买到其它合金，包括在电源应用中使用的高Pb(95Pb／Sn)合金；用于对。粒子敏感产品或"绿色"环保产品的无铅合金。

　　4．3布线性能及专门特性

　　WLP上布线情况取决于封装制造者的设计规则。对于非阻抗匹配布线来说，通常将线条和间隔特征最大化并避免90°角，以便减少电流积聚。为了把应力和电流积聚减少到最低程度，金属化图形要在焊球处散开。其它设计考虑有熔丝或探测焊盘。这些特征在驯LP转换之后可以保留或利用。但在最初评估期间，需要向WLP制造厂家指出来。

　　4．4背面研磨

　　较薄的芯片可增加热循环可靠性，且支持薄形产品。但芯片薄到什么程度取决于圆片直径和WLP工艺，其原因是：薄的圆片表面容易产出损伤，引起微裂纹，以及在其后的操作中造成圆片破裂。由于圆片背面研磨是圆片加3232艺的最终步骤，而圆片要减薄到什么程度却受WLP工艺限制。因此，把圆片级封装看作是圆片工艺的延伸，在设计圆片工艺时应考虑到封装工艺步骤的适用范围。

　　4．5 背面打标

　　背面打标就是在产品的背面做出器件编号、批号、型号及公司标识等。背面打标标准取决于使用的器具和技术。像铅字尺寸、字符间隔、标记区域面积等参数必须根据所采用的打印技术来确定。当使用激光打标时，最佳清晰度取决于激光光点尺寸。此外，光点数、起始和终止位置、打印标记深度等都必须给予考虑，以免产生的应力使IC中已有的微裂纹增长。背面表面抛光有助于提高标记清晰度。因为粗糙的氮化硅、二氧化硅或基底表面不仅激光能量难以(反射或吸收)起作用，采用其它工艺技术也难产生清晰的标记。

　　4．6 圆片测试与老化

　　如果在圆片上就能够完成WLP产品的最终测试，便可大大节省测试成本。目前使用圆片级封装的IC，如IPD、EEPROM及模拟器件等，不需要圆片级老化(WLBI)处理。但是，下一代高I／ODRAM将需要WLBI。预计DRAMWL-CSP的WLBI将在2005年前出现。

　　图5 两种WLP的维1白尔曲线比较图。此图说明了是否使用聚合物环技术在可靠性上的差别。在试验中使用的WLP产品DNP为4．88mm，焊球为0．5mm 63Sn／Pb，组装在6层1．3mm厚的FR4电路板(具有0．35NSMD Cu-OSP焊盘)上。高β说明了一致的可重复失效机理。

　　4．7分选与封装

　　WLP设计必须考虑电路的分离问题，诸如锯片上的材料堆积、芯片暴露和由划片产生的结构损伤等。由于这些原因，再分布层必须分布在划片槽以内。尽管电路往往带卷形式包装和发运，但一些装配商要求IC以圆片形式发运。在装配时，可以直接从划片膜上拾取和放置电路。圆片图可保证使用合格芯片，这样就节省了包装和元件装配的成本。

　　5 表面安装考虑


　　圆片级封装是与标准的表面安装技术兼容的。因此，0．75~0．8mm节距的WLP产品迅速被人们所接受，并在全球获得应用。而0．5mm节距的IC在1999年已进人大批量生产，通过OEM(委托加工商)也迅速为人们接受。合同制造商正在工厂中推广组装诀窍。

　　同任何其它新型封装产品一样，组装工艺必须围绕着WLP产品进行优化。这不仅对以圆片供货的WLP来说是正确的，而且对分离的WLP产品也是如此，因为结构的改变可能会引入不同的失效机理和失效发生时间。为了说明组装工艺和封装结构的变化是怎样影响电路板级可靠性的，表2列出了薄膜再分布WLP 的几种参数及其比较结果。

　　6 WLP可靠性

　　在评价一种新型圆片级封装工艺时，制造厂商应向用户提供一定的可靠性信息，如果没有，那么由用户提出要求。例如，应当对最普通的焊接失效机理进行试验。焊料疲劳、腐蚀、电迁移等是焊接的最普通的失效机理。

　　也应向用户提供试验条件的详尽信息。对于这些试验条件，不同的应用、甚至相同的应用也有不同的姜求。例如，对蜂窝电话热循环，一种用户要求为-40℃~125℃、500次循环；而另一种用户
的要求可能为0~100℃、800次循环。与此相似，对DRAM-SRAM要求可能是-40℃~100℃、600~1000次循环。

　　失效判据必须被确定(即在给定时间期间内电阻值增加20％)。

　　22、45和77个／元件是统计上有重要意义的取样数量，随着取样数的增加，统计分析的置信度就增高。较少的采样数量可以用来预计初期的可靠性情况，但不能用来预计整体的可靠性性能。

　　不应当把热冲出与热循环试验混同起来。在单室热循环试验中的温度变化率应不超过10℃~15℃／min。热循环试验会导致产生与时间相关的焊接点蠕变失效，此失效模式与应力场失效相同。甚至在温度变化梯度不超过5℃/lmin的应用场合，温度变化引起的失效仍与应力场失效机理相似。相反，热冲击试验是不同结构封装和失效模式开发的。20~25℃／min的温度冲击会导致在焊料连接点产生与时间相关的弹性及塑性形变，这种试验会引起早期失效。不主张将热冲击试验用于WLP、CSP和球栅阵列封装。

　　封装级和电路板级试验都必须进行，以便找出在封装级试验中不能暴露的失效机理。

　　关于温度循环数据的专门报道包括维泊尔曲线图(图5)或常规对数曲线图。因为终端用户需要了解的不仅是失效元件总数，而且还要知道失效的最初开始情况、封装失效的累积速率及曲线斜率等，这一点非常重要。失效机理的一致性是最有用的数据部分，它有助于系统综合设计者预计-种产品可能具有的可靠性系数(表3)。

　　7 WLP的发展方向

　　除了努力降低成本之外，下一代WLPT工艺的焦点仍将继续集中在提高其可靠性上，以便将WLP扩展用于更大的IC上。其它工艺技术包括使用替代合金焊料，如无铅或高铅焊球；薄形封装，像薄形PC卡；开发与中300mm圆片相适应的WLP212艺技术开发与铜布线和低K介质工艺兼容的封装工艺；开发具有经受更大电流和更高温度能力的WLP等。WLBI技术也将用于高性能存储器。

　　8 结论

　　把半导体芯片和WLP封装结合起来设计，对WLP器件的布局无疑会带来好处，并可改善器件性能。在WLP中，由于圆片上的所有器件的封装步骤都是同时进行的，成批加工可降低封装成本。

　　WLP的成本与IC成本成比例，也和圆片尺寸有关，但和器件的I／O数无关。随着圆片上制作的器件数的增多，封装成本成比例下降。受系统OEM的推动，WLP将继续向着更小、更薄、更多功能的方向发展。

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变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。
一、变压器的基本原理
图1是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形 成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限 制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个 电流我们称为“空载电流”。
如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁 心中总的磁通量有所减少，从而使初级 自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2 所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变 压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。
二、变压器的损耗
当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回 路并产生电流，好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称 为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损 耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。
由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。
三、变压器的材料
要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。
1、铁心材料：
变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢 片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为 9000-11000，高硅片为12000-16000，
2、绕制变压器通常用的材料有
漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。
3、绝缘材料
在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。
4、浸渍材料：
变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。

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1 CCD的基本工作原理

CCD （Charged Coupled Device，电荷耦合器件）是由一系列排得很紧密的MOS电容器组成。它的突出特点是以电荷作为信号，实现电荷的存储和电荷的转移。因此，CCD工作过 程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测[1]。以下将分别从这几个方面讨论CCD器件的基本工作原理。

1.1 MOS电容器

CCD是一种固态检测器，由多个光敏像元组成，其中每一个光敏像元就是一个MOS（金属—氧化物—半导体）电容器。但工作原理与MOS晶体管不同。

CCD 中的MOS电容器的形成方法是这样的[2]：在P型或N型单晶硅的衬底上用氧化的办法生成一层厚度约为100～150nm的SiO2绝缘层， 再在SiO2表面按一定层次蒸镀一金属电极或多晶硅电极，在衬底和电极间加上一个偏置电压（栅极电压），即形成了一个MOS电容器（见图3—1）。

图3－1 MOS电容器栅极电压变化对耗尽层的影响

CCD 一般是以P型硅为衬底，在这种P型硅衬底中，多数载流子是空穴，少数载流子是电子。在电极施加栅极电压VG之前，空穴的分布是均匀的，当电极 相对于衬底施加正栅压VG时，在电极下的空穴被排斥，产生耗尽层，当栅压继续增加，耗尽层将进一步向半导体内延伸，这一耗尽层对于带负电荷的电子而言是一 个势能特别低的区域，因此也叫做“势阱”。

在耗尽状态时，耗尽区电子和空穴浓度与受主浓度相比是可以忽略不计的，但如正栅压VG进一 步增加，界面上的电子浓度将随着表面势成指数地增长，而表 面势又是随耗尽层宽度成平方率增加的。这样随着表面电势的进一步增加，在界面上的电子层形成反型层。而一旦出现反型层，MOS就认为处于反型状态（如图 3­;;—1所示）。显然，反型层中电子的增加和因栅压的增加的正电荷相平衡，因此耗尽层的宽度几乎不变。反型层的电子来自耗尽层的电子—空穴对的热产生 过程。对于经过很好处理的半导体材料，这种产生过程是非常缓慢的。因此在加有直流电压的金属板上叠加小的交流信号时，反型层中电子数目不会因叠有交流信号 而变化。

1.2 电荷存储

当一束光投射到MOS电容器上时，光子透过金属电极和氧化层，进入Si衬底，衬底每吸收 一个光子，就会产生一个电子—空穴对，其中的电子被吸引到电 荷反型区存储。从而表明了CCD存储电荷的功能。一个CCD检测像元的电荷存储容量决定于反型区的大小，而反型区的大小又取决于电极的大小、栅极电压、绝 缘层的材料和厚度、半导体材料的导电性和厚度等一些因素。

QS ( ×10 – 8C/cm2 )

图3—2 给定CCD参数时表面势VS与电荷QS的关系

图3 —2表示了Si-SiO2的表面电势VS与存储电荷QS的关系。曲线的直线性好，说明两者之间有良好的反比例线性关系，这种线性关系很容易用半 导体物理中“势阱”的概念来描述。电子所以被加有栅极电压VG的MOS结构吸引到Si-SiO2的交接面处，是因为那里的势能最低。在没有反型层电荷时， 势阱的“深度”与电极电压的关系恰如表面势VS与电荷QS的线性关系，如图3—3(a)所示。图3—3(b)为反型层电荷填充势阱时，表面势收缩。当反型 层电荷足够多，使势阱被填满时，如图3—3(c)所示，此

时

表面势下降到不再束缚多余的电子，电子将产生“溢出”现象。

UG=5V

UG=10V

UG=15V

0

4

0

8

另外，衬底每吸收一个光子，反型区中就多一个电子，这种光子数目与存储电荷的定量关系正是CCD检测器用于对光信号作定量分析的依据。

转 移到CCD输出端的信号电荷在输出电路上实现电荷/电压（电流）的线性变换，称之为电荷检测。从应用角度对电荷检测提出的要求是检测的线性、检测 的增益和检测引起的噪声。针对不同的使用要求，有几种常用的检测电路，如栅电容电荷积分器、差动电路积分器以及带浮置栅和分布浮置栅放大器的输出电路。这 里就不一一叙述了。

2 CCD的光谱分析特性

2.1 电荷转移效率（CTE）

CCD以电荷作为 信号，所以电荷信号的转移效率就成为其最重要的性能之一。把一次转移之后，到达下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比称为电荷 转移效率。好的CCD具有极高的电荷转移效率，一般可达0.999995[3]，所以电荷在多次转移过程中的损失可以忽略不计。例如，一个有2048像元 的CCD，其信号电荷的总的电荷转移效率为0.9999952048，即0.9898，损失率只有约0.1%。

图3—5 常用固态光谱检测器量子效率对比

2.2 量子效率（QE）[4]

图3 —5比较了典型的PMT（光电倍增管）、PDA（光电二极管阵列）、CID（电荷注入器件）和CCD的量子效率。可见，CCD的量子效率大大优 于PDA和CID，在400～700nm波段优于PMT。但是，不同厂商制造的CCD在几何尺寸、制造方法、材料上有所不同，结果它们的QE差别较大。如 有的CCD只在350～900nm波段的QE达10% 以上，有的CCD在200～1000nm波段都有很高的量子效率。造成QE下降的主要原因是CCD结构中的多晶硅电极或绝缘层把光子吸收了，尤其是对紫外 部分的光吸收较多，这部分光子不产生光生电荷。许多线阵CCD对紫外光的响应较差就是这个原因。采用化学蚀刻将硅片减薄和背部照射方式，可以减少由吸收导 致的量子效率损失。背部照射减薄的CCD在真空紫外区的工作极限可达1000Å;;。

2.3 暗电流

CCD在低温 工作时，暗电流非常低，暗电流是由热生电荷载流子引起的，冷却会使热生电荷的生成速率大为降低[3]。但是CCD的冷却温度不能太低， 因为光生电荷从各检测元迁移到放大器的输出节点的能力随温度的下降而降低。制冷到150°K的CCD暗电流小于0.001个电子╱检测元╱秒[5]。

2.4 动态范围

（3.1）

动态范围DR的定义为：

其 中VSAT为饱和输出电压，VDRK为有效像元的平均暗电流输出电压。在正常工作条件下，CCD检测器的所有像元经历同时曝光，式（3.1）表示 的是单个检测像元的动态范围，即简单动态范围。CCD的简单动态范围非常大，宽达10个数量级。以7500Å;;的红光光子为例，CCD可在1毫秒积分时 间内对光强达每秒5×109个光子的光束响应。可以对每秒7×10-2个光子的光源响应。而且在整个动态范围响应内，都能保持线性响应。这一特性对光谱的 定量分析具有特别的意义。

但在一些光谱分析中，如AES（原子发射光谱）中，实际的动态范围达不到那么大的值。一种扩展CCD动态范 围的方法是根据光的强弱改变每次测量的积 分时间[7，8]。强信号采用短的积分时间，弱信号采用长的积分时间。这种方法测量强信号旁的弱信号非常不利，存在Blooming（溢出）的问题，特别 是对于AES。通过改进CCD制作工艺生产出来的性能优秀的CCD已在不同程度上解决了这个问题。

12

16

(a)空势阱 (b)填充1/3的势阱 (c)全满势阱

图3—3 势阱

1.3 电荷转移

为了便于理解在CCD中势阱电荷如何从一个位置移到另一个位置，取CCD中四个彼此*得很近的电极来观察，见图3—4。

图3—4 三相CCD中电荷的转移过程

假 定开始时有一些电荷存储在偏压为10V的第二个电极下面的深势阱里，其他电极上均加有大于域值电压的较低电压（例如2V）。设图3—4（a）为零 时刻（初始时刻），过t1时刻后，各电极上的电压变为如图3—4（b）所示，第二个电极仍保持为10V，第三个电极上的电压由2V变到10V，因这两个电 极*得很紧（间隔只有几微米），他们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第二个电极下的电荷变为这两个电极下的势阱所共有，如图3—4（b）和3—4 （c）所示。若此后电极上的电压变为图3—4（d）所示，第二个电极电压由10V变为2V，第三个电极电压仍为10V，则共有的电荷转移到第三个电极下面 的势阱中，如图3—4（e）。由此可见，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。

通过将一定规则变化的电压加到CCD各电极上，电极下的 电荷包就能沿半导体表面按一定方向移动。通常把CCD电极分为几组，每一组称为一相，并施加 同样的时钟脉冲。CCD的内部结构决定了使其正常工作所需的相数。图3—4所示的结构需要三相时钟脉冲，其波形图如图3—4（f）所示，这样的CCD称为 三相CCD。三相CCD的电荷耦合（传输）方式必须在三相交迭脉冲的作用下才能以一定的方向，逐个单元的转移。另外必须强调指出的是，CCD电极间隙必须 很小，电荷才能不受阻碍地自一个电极下转移到相邻电极下。这对于图3—4所示的电极结构是一个关键问题。如果电极间隙比较大，两相邻电极间的势阱将被势垒 隔开，不能合并，电荷也不能从一个电极向另一个电极转移。CCD便不能在外部时钟脉冲的作用下正常工作。

1.4 电荷的注入和检测

CCD 中的信号电荷可以通过光注入和电注入两种方式得到。光注入就是当光照射CCD硅片时，在栅极附近的半导体体内产生电子—空穴对，其多数载流子 被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。而所谓电注入，就是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，将信号电压或电流转换为信号 电荷。在此仅讨论与本课题有关的光注入法。

CCD利用光电转换功能将投射到CCD上面的光学图像转换为电信号“图像”，即电荷量与当 地照度大致成正比的大小不等的电荷包空间分布，然后利用移 位寄存功能将这些电荷包“自扫描”到同一个输出端，形成幅度不等的实时脉冲序列。其中光电转换功能的物理基础是半导体的光吸收。当电磁辐射投射到半导体上 面时，电磁辐射一部分被反射，另一部分透射，其余部分被半导体吸收。所谓半导体光吸收，就是电子吸收光子并从一个能态跃迁到另一个较高能级的过程。我们这 里将要涉及到的是价带电子越过禁带到导带的跃迁，和局域杂质或缺陷周围的束缚电子（或空穴）到导带（获价带）的跃迁。他们分别称为本征吸收和非本征吸收。 CCD利用处于表面深耗尽状态的一系列MOS电容器（称为感光单元或光敏单元）收集光产生的少数载流子。这些收集势阱是相互隔离的。由此可见，光转换成电 的过程实际上还包括对空间连续的光强分布进行空间上分离的采样过程。

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1、中国半导体器件型号命名方法
半导体器件型号由五部分（场效应器件、半导体特殊器件、复合管、PIN型管、激光器件的型号命名只有第三、四、五部分）组成。五个部分意义如下：
第一部分：用数字表示半导体器件有效电极数目。2-二极管、3-三极管
第二部分：用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性。表示二极管时：A-N型锗材料、B-P型锗材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三极管时：A-PNP型锗材料、B-NPN型锗材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅材料。
第 三部分：用汉语拼音字母表示半导体器件的内型。P-普通管、V-微波管、W-稳压管、C-参量管、Z-整流管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼管、 U-光电器件、K-开关管、X-低频小功率管(F<3mhz,pc<1w)、g-高频小功率管（f>3MHz,Pc<1w)、 d>1W)、A-高频大功率管（f>3MHz,Pc>1W)、T-半导体晶闸管（可控整流 器）、Y-体效应器件、B-雪崩管、J-阶跃恢复管、CS-场效应管、BT-半导体特殊器件、FH-复合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。
第四部分：用数字表示序号
第五部分：用汉语拼音字母表示规格号
例如：3DG18表示NPN型硅材料高频三极管

2、日本半导体分立器件型号命名方法
日本生产的半导体分立器件，由五至七部分组成。通常只用到前五个部分，其各部分的符号意义如下：
第一部分：用数字表示器件有效电极数目或类型。0-光电（即光敏）二极管三极管及上述器件的组合管、1-二极管、2三极或具有两个pn结的其他器件、3-具有四个有效电极或具有三个pn结的其他器件、┄┄依此类推。
第二部分：日本电子工业协会JEIA注册标志。S-表示已在日本电子工业协会JEIA注册登记的半导体分立器件。
第三部分：用字母表示器件使用材料极性和类型。A-PNP型高频管、B-PNP型低频管、C-NPN型高频管、D-NPN型低频管、F-P控制极可控硅、G-N控制极可控硅、H-N基极单结晶体管、J-P沟道场效应管、K-N沟道场效应管、M-双向可控硅。
第四部分：用数字表示在日本电子工业协会JEIA登记的顺序号。两位以上的整数-从“11”开始，表示在日本电子工业协会JEIA登记的顺序号；不同公司的性能相同的器件可以使用同一顺序号；数字越大，越是近期产品。
第五部分：用字母表示同一型号的改进型产品标志。A、B、C、D、E、F表示这一器件是原型号产品的改进产品。

3、美国半导体分立器件型号命名方法
美国晶体管或其他半导体器件的命名法较混乱。美国电子工业协会半导体分立器件命名方法如下：
第一部分：用符号表示器件用途的类型。JAN-军级、JANTX-特军级、JANTXV-超特军级、JANS-宇航级、（无）-非军用品。
第二部分：用数字表示pn结数目。1-二极管、2=三极管、3-三个pn结器件、n-n个pn结器件。
第三部分：美国电子工业协会（EIA）注册标志。N-该器件已在美国电子工业协会（EIA）注册登记。
第四部分：美国电子工业协会登记顺序号。多位数字-该器件在美国电子工业协会登记的顺序号。
第五部分：用字母表示器件分档。A、B、C、D、┄┄-同一型号器件的不同档别。如：JAN2N3251A表示PNP硅高频小功率开关三极管，JAN-军级、2-三极管、N-EIA注册标志、3251-EIA登记顺序号、A-2N3251A档。

4、国际电子联合会半导体器件型号命名方法
德国、法国、意大利、荷兰、比利时等欧洲国家以及匈牙利、罗马尼亚、南斯拉夫、波兰等东欧国家，大都采用国际电子联合会半导体分立器件型号命名方法。这种命名方法由四个基本部分组成，各部分的符号及意义如下：
第 一部分：用字母表示器件使用的材料。A-器件使用材料的禁带宽度Eg=0.6~1.0eV如锗、B-器件使用材料的Eg=1.0~1.3eV如硅、C -器件使用材料的Eg>1.3eV如砷化镓、D-器件使用材料的Eg<0.6eV如锑化铟、E-器件使用复合材料及光电池使用的材料
第 二部分：用字母表示器件的类型及主要特征。A-检波开关混频二极管、B-变容二极管、C-低频小功率三极管、D-低频大功率三极管、E-隧道二极管、 F-高频小功率三极管、G-复合器件及其他器件、H-磁敏二极管、K-开放磁路中的霍尔元件、L-高频大功率三极管、M-封闭磁路中的霍尔元件、P-光敏 器件、Q-发光器件、R-小功率晶闸管、S-小功率开关管、T-大功率晶闸管、U-大功率开关管、X-倍增二极管、Y-整流二极管、Z-稳压二极管。
第三部分：用数字或字母加数字表示登记号。三位数字-代表通用半导体器件的登记序号、一个字母加二位数字-表示专用半导体器件的登记序号。
第四部分：用字母对同一类型号器件进行分档。A、B、C、D、E┄┄-表示同一型号的器件按某一参数进行分档的标志。
除四个基本部分外，有时还加后缀，以区别特性或进一步分类。常见后缀如下：
1、 稳压二极管型号的后缀。其后缀的第一部分是一个字母，表示稳定电压值的容许误差范围，字母A、B、C、D、E分别表示容许误差为±1%、±2%、± 5%、±10%、±15%；其后缀第二部分是数字，表示标称稳定电压的整数数值；后缀的第三部分是字母V，代表小数点，字母V之后的数字为稳压管标称稳定 电压的小数值。
2、整流二极管后缀是数字，表示器件的最大反向峰值耐压值，单位是伏特。
3、晶闸管型号的后缀也是数字，通常标出最大反向峰值耐压值和最大反向关断电压中数值较小的那个电压值。
如：BDX51-表示NPN硅低频大功率三极管，AF239S-表示PNP锗高频小功率三极管。

5、欧洲早期半导体分立器件型号命名法
欧洲有些国家，如德国、荷兰采用如下命名方法。
第一部分：O-表示半导体器件
第二部分：A-二极管、C-三极管、AP-光电二极管、CP-光电三极管、AZ-稳压管、RP-光电器件。
第三部分：多位数字-表示器件的登记序号。
第四部分：A、B、C┄┄-表示同一型号器件的变型产品。
俄罗斯半导体器件型号命名法由于使用少，在此不介绍。

http://hi.baidu.com/unionwin/blog/item/3dbed41b7ed1231b8718bf54.html

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