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晶体三极管的结构和类型
   晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把 正块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种,如图从三个区引出相应的电极,分别为基极b发射极e和 集电极c。
  发射区和基区之间的PN结叫发射结,集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄,而发射区较厚,杂质浓度大,PNP型三极管发射 区"发射"的是空 穴,其移动方向与电流方向一致,故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故发射极箭头向外。发射极箭头 向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

三极管的封装形式和管脚识别
   常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类,引脚的排列方式具有一定的规律,如图对于小功率金属封装三极管,按图示底视图位置放置,使三个引脚 构成等腰三角形的顶点上,从左向右依次为e b c;对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己,三个引脚朝下放置,则从左到右依次为e b c。

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  目前,国内各种类型的晶体三极管有许多种,管脚的排列不尽相同,在使用中不确定管脚排列的三极管,必须进行测量确定各管脚正确的位置,或查找晶体管使用手册,明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。

晶体三极管的电流放大作用
   晶体三极管具有电流放大作用,其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将 ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数,用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值,但随着三极管工作时基极电流的变化 也会有一定的改变。

晶体三极管的三种工作状态
  截止状态:当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压,基极电流为零,集电极电流和发射极电流都为零,三极管这时失去了电流放大作用,集电极和发射极之间相当于开关的断开状态,我们称三极管处于截止状态。
  放大状态:当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并处于某一恰当的值时,三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置,这时基极电流对集电极电流起着控制作用,使三极管具有电流放大作用,其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb,这时三极管处放大状态。
   饱和导通状态:当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并当基极电流增大到一定程度时,集电极电流不再随着基极电流的增大而增大,而是处于某 一定值附近不怎么变化,这时三极管失去电流放大作用,集电极与发射极之间的电压很小,集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之 为饱和导通状态。
   根据三极管工作时各个电极的电位高低,就能判别三极管的工作状态,因此,电子维修人员在维修过程中,经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压,从而判别三极管的工作情况和工作状态。

使用多用电表检测三极管
   三极管基极的判别:根据三极管的结构示意图,我们知道三极管的基极是三极管中两个PN结的公共极,因此,在判别三极管的基极时,只要找出两个PN结的 公共极,即为三极管的基极。具体方法是将多用电表调至电阻挡的R×1k挡,先用红表笔放在三极管的一只脚上,用黑表笔去碰三极管的另两只脚,如果两次全 通,则红表笔所放的脚就是三极管的基极。如果一次没找到,则红表笔换到三极管的另一个脚,再测两次;如还没找到,则红表笔再换一下,再测两次。如果还没找 到,则改用黑表笔放在三极管的一个脚上,用红表笔去测两次看是否全通,若一次没成功再换。这样最多没量12次,总可以找到基极。
  三极管类型的 判别: 三极管只有两种类型,即PNP型和NPN型。判别时只要知道基极是P型材料还N型材料即可。当用多用电表R×1k挡时,黑表笔代表电源正极,如果黑表笔接 基极时导通,则说明三极管的基极为P型材料,三极管即为NPN型。如果红表笔接基极导通,则说明三极管基极为N型材料,三极管即为PNP型。
电子三极管

在弗莱明为改进无线电检波器而发明二极管的同时,美国物理学博士弗雷斯特也在潜心研究检波器。正当他的研究步步深入时,传来了英国的弗莱明发明成功真空二 极管的消息,使他大受震动。是改弦易辙还是继续下去呢?他想到弗莱明的二极管可用于整流和检波,但还不能放大电信号。于是,德弗雷斯特又 经过两年的研制,终于改进了弗莱明的二极管,作出了新的发明。在二极管的阴极和阳极中间插入第三个具有控制电子运动功能的电极(棚极)。棚极上电压的微弱 信号变化,可以调制从阴极流向阳极的电流,因此可以得到与输入信号变化相同,但强度大大增加的电流。这就是德弗雷斯特发明的三极管的“放大”作用。

 1912 年,德弗雷斯特又成功地做了几个三极管的连接实验,得到了比单个三极管大得多的放大能力。很快,德弗雷斯特研制出第一个电子放大器用于电话中继 器,放大微弱的电话信号,他是在电话中使用电子产品的第一人。此外,三极管还可振荡产生电磁波,也就是说,所以,国外许多人都将三极管的发明看作是电子工 业真正的诞生。

MOS场效应管

即 金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor),属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻(最 高可达1015Ω)。它也分N沟道管和P沟道管,符号如图1所示。通常是将衬底(基板)与源极S接在一起。根据导电方式的不同,MOSFET又分增强型、 耗尽型。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。 耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。



以N沟道为例,它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+,再分别引出源极S和漏极D。源极与衬底在内部连通,二者总保持等电 位。图1(a)符号中的前头方向是从外向电,表示从P型材料(衬底)指身N型沟道。当漏接电源正极,源极接电源负极并使VGS=0时,沟道电流(即漏极电 流)ID=0。随着VGS逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子,形成从漏极到源极的N型沟道,当VGS大于管子的 开启电压VTN(一般约为+2V)时,N沟道管开始导通,形成漏极电流ID。

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国产N沟道MOSFET的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4(以上均为单栅管),4DO1(双栅管)。它们的管脚排列(底视图)见图2。

MOS场效应管比较“娇气”。这是由于它的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形 成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使G极与S极呈等电位,防止积累静电荷。管子不用时,全部引 线也应短接。在测量时应格外小心,并采取相应的防静电感措施。下面介绍检测方法。

1.准备工作

测量之前,先把人体对地短路后,才能摸触MOSFET的管脚。最好在手腕上接一条导线与大地连通,使人体与大地保持等电位。再把管脚分开,然后拆掉导线。

2.判定电极

将万用表拨于R×100档,首先确定栅极。若某脚与其它脚的电阻都是无穷大,证明此脚就是栅极G。交换表笔重测量,S-D之间的电阻值应为几百欧至几千 欧,其中阻值较小的那一次,黑表笔接的为D极,红表笔接的是S极。日本生产的3SK系列产品,S极与管壳接通,据此很容易确定S极。

3.检查放大能力(跨导)

将G极悬空,黑表笔接D极,红表笔接S极,然后用手指触摸G极,表针应有较大的偏转。双栅MOS场效应管有两个栅极G1、G2。为区分之,可用手分别触摸G1、G2极,其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。

目前有的MOSFET管在G-S极间增加了保护二极管,平时就不需要把各管脚短路了。


VMOS场效应管

VMOS 场效应管(VMOSFET)简称VMOS管或功率场效应管,其全称为V型槽MOS场效应管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器 件。它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高(≥108W)、驱动电流小(左右0.1μA左右),还具有耐压高(最高可耐压1200V)、工作电流大 (1.5A~100A)、输出功率高(1~250W)、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身,因此在电压 放大器(电压放大倍数可达数千倍)、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。



众所周知,传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上,其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同,从图1上可以看 出其两大结构特点:第一,金属栅极采用V型槽结构;第二,具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平流动,而是自重掺杂N+区 (源极S)出发,经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区,最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示,因为流通截面积增大,所以能通过大电流。由于在栅极 与芯片之间有二氧化硅绝缘层,因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。

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国内生产VMOS场效应管的主要厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等,典型产品有VN401、VN672、VMPT2等。表1列出六种VMOS管的主要参数。其中,IRFPC50的外型如图3所示。图片点击可在新窗口打开查看screen.width-333) {this.width=screen.width-333;this.alt='Click Here to Open New Window';}" border=0>

下面介绍检测VMOS管的方法。

1.判定栅极G

将万用表拨至R×1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。

2.判定源极S、漏极D

由图1可见,在源-漏之间有一个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(一般为几千欧至十几千欧)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极。

3.测量漏-源通态电阻RDS(on)

将G-S极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S极,红表笔接D极,阻值应为几欧至十几欧。

由于测试条件不同,测出的RDS(on)值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。

4.检查跨导

将万用表置于R×1k(或R×100)档,红表笔接S极,黑表笔接D极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高。

注意事项:

(1)VMOS管亦分N沟道管与P沟道管,但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管,测量时应交换表笔的位置。

(2)有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。

(3)目前市场上还有一种VMOS管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块,内部有N沟道、P沟道管各三只,构成三相桥式结构。

(4)现在市售VNF系列(N沟道)产品,是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信号低频跨导gm=2000μS。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。

(5)使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm)的散热器后,最大功率才能达到30W

场效应晶体管

场效应晶体管(FET)简称场效应管,它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109Ω)、噪声小、功耗低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

场 效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目 前在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和 VMOS功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。

按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。见附图1。

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MOS场效应晶体管使用注意事项。

MOS场效应晶体管在使用时应注意分类,不能随意互换。MOS场效应晶体管由于输入阻抗高(包括MOS集成电路)极易被静电击穿,使用时应注意以下规则:

1. MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行随便拿个塑料袋装。也可用细铜线把各个引脚连接在一起,或用锡纸包装

2.取出的MOS器件不能在塑料板上滑动,应用金属盘来盛放待用器件。

3. 焊接用的电烙铁必须良好接地。

4. 在焊接前应把电路板的电源线与地线短接,再MOS器件焊接完成后在分开。

5. MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。

6.电路板在装机之前,要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子,再把电路板接上去。

7. MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下,最好接入保护二极管。在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。

场效应管的测试。

下面以常用的3DJ型N沟道结型场效应管为例解释其测试方法:

3DJ 型结型场效应管可看作一只NPN型的晶体三极管,栅极G对应基极b,漏极D对应集电极c,源极S对应发射极e。所以只要像测量晶体三极管那样测PN 结的正、反向电阻既可。把万用表拨在R*100挡用黑表笔接场效应管其中一个电极,红表笔分别接另外两极,当出现两次低电阻时,黑表笔接的就是场效应管的 栅极。红表笔接的就是漏极或源极。对结型场效应管而言,漏极和源极可以互换。对于有4个管脚的结型场效应管,另外一极是屏蔽极(使用中接地)。

目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如图2所示。

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场效应晶体管的好坏的判断。

先 用MF10型万用表R*100KΩ挡(内置有15V电池),把负表笔(黑)接栅极(G),正表笔(红)接源极(S)。给栅、源极之间充电,此时万用表指 针有轻微偏转。再该用万用表R*1Ω挡,将负表笔接漏极(D),正表笔接源极(S),万用表指示值若为几欧姆,则说明场效应管是好的。

硅管、锗管的判别

硅管和锗管在特性上有很大不同,使用时应加以区别。我们知道,硅管和锗管的PN结正向电阻是不一样的,即硅管的正向电阻大,锗管的小。利用这一特性就可以用万用表来判别一只晶体管是硅管还是锗管。

判别方法如下:

将万用表拨到R*100挡或R*1K挡。测量二极管时,万用表的正端接二极管的负极,负端接二极管的正极;测量NPN型的三极管时,万用表的负端接基极,正端接集电极或发射极;测量PNP型的三极管时,万用表的正端接基极,负端接集电极或发射极。

按上述方法接好后,如果万用表的表针指示在表盘的右端或靠近满刻度的位置上(即阻值较小),那么所测的管子是锗管;如果万用表的表针在表盘的中间或偏右一点的位置上(即阻值较大),那么所测的管子是硅管。

测判三极管的口诀

 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功,为了帮助读者迅速掌握测判方法,笔者总结出四句口诀:“三颠倒,找基极;PN结,定管型;顺箭头,偏转大;测不准,动嘴巴。”下面让我们逐句进行解释吧。

  一、 三颠倒,找基极

  大家知道,三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同,可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管,图1是它们的电路符号和等效电路。

  测试三极管要使用万用电表的欧姆挡,并选择R×100或R×1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。由图可见,红表笔所连接的是表内电池的负极,黑表笔则连接着表内电池的正极。
   假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型,也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时,我们任取两个电极(如这两 个电极为1、2),用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻,观察表针的偏转角度;接着,再取1、3两个电极和2、3两个电极,分别颠倒测量它们的 正、反向电阻,观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中,必然有两次测量结果相近:即颠倒测量中表针一次偏转大,一次偏转小;剩下一次必然是颠倒测量前后 指针偏转角度都很小,这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极(参看图1、图2不难理解它的道理)。

  二、 PN结,定管型

   找出三极管的基极后,我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型(图1)。将万用表的黑表笔接触基极,红表笔接触另外两 个电极中的任一电极,若表头指针偏转角度很大,则说明被测三极管为NPN型管;若表头指针偏转角度很小,则被测管即为PNP型。

  三、 顺箭头,偏转大

  找出了基极b,另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。
   (1) 对于NPN型三极管,穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理,用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec,虽然两次测量中 万用表指针偏转角度都很小,但仔细观察,总会有一次偏转角度稍大,此时电流的流向一定是:黑表笔→c极→b极→e极→红表笔,电流流向正好与三极管符号中 的箭头方向一致(“顺箭头”),所以此时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。
  (2) 对于PNP型的三极管,道理也类似于NPN型,其电流流向一定是:黑表笔→e极→b极→c极→红表笔,其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致,所以此时黑表笔所接的一定是发射极e,红表笔所接的一定是集电极c。

四、 测不出,动嘴巴

   若在“顺箭头,偏转大”的测量过程中,若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时,就要“动嘴巴”了。具体方法是:在“顺箭头,偏转大”的两 次测量中,用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部,用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b,仍用“顺箭头,偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极 e。其中人体起到直流偏置电阻的作用,目的是使效果更加明显。

高频管和低频管的判别

高频管和低频管因其特性和用途不同而一般不能互相代用。

这里介绍如何用万用表来快速判别它高频管与低频管。判别方法为:

首先用万用表测量三极管发射极的反向电阻,如果是测量PNP型管,万用表的负端接基极,正端接发射极;如果是测量NPN型管,万用表的正端接基极,负端接 发射极。然后用万用表的R*1KΩ挡测量,此时万用表的表针指示的阻值应当很大,一般不超过满刻度值的1/10。再将万用表转换到R*10KΩ挡,如果表 针指示的阻值变化很大,超过满刻度值的1/3,则此管为高频管;反之,如果万用表转换到R*10KΩ挡后,表针指示的阻值变化不大,不超过满刻度值的 1/3,则所测的管子为低频管。

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一、根据构造分类
半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型,也被列入一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内,根据PN结构造面的特点,把晶体二极管分类如下:

1、点接触型二极管
点 接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。因此,其PN结的静电容量小,适用于高频电路。但是,与面结型相比较, 点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。因为构造简单,所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用 途而言,它是应用范围较广的类型。

2、键型二极管
键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。其特性介于点接触型二 极管和合金型二极管之间。与点接触型相比较,虽然键型二极管的PN结电容量 稍有增加,但正向特性特别优良。多作开关用,有时也被应用于检波和电源整流(不大于50mA)。在键型二极管中,熔接金丝的二极管有时被称金键型,熔接银 丝的二极管有时被称为银键型。

3、合金型二极管
在N型锗或硅的单晶片上,通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。正向电压降小,适于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大,所以不适于高频检波和高频整流。

4、扩散型二极管
在高温的P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部变成P型,以此法PN结。因PN结正向电压降小,适用于大电流整流。最近,使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。

5、台面型二极管
PN 结的制作方法虽然与扩散型相同,但是,只保留PN结及其必要的部分,把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形,因而得名。初期生产的 台面型,是对半导体材料使用扩散法而制成的。因此,又把这种台面型称为扩散台面型。对于这一类型来说,似乎大电流整流用的产品型号很少,而小电流开关用的 产品型号却很多。

6、平面型二极管
在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在 N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此, 不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整,故而得名。并且,PN结合的表面,因被氧化膜覆盖,所以公认为是稳定性好和寿命长的 类型。最初,对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的,故又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言,似乎使用于大电流整流用的型号很少,而作小电 流开关用的型号则很多。

7、合金扩散型二极管
它是合金型的一种。合金材料是容易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质,就能与合金一起过扩散,以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。

8、外延型二极管
用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布,故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。

9、肖特基二极管
基 本原理是:在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程 度只有40V左右。其特长是:开关速度非常快:反向恢复时间trr特别地短。因此,能制作开关二极和低压大电流整流二极管。

二、根据用途分类

1、检波用二极管
就 原理而言,从输入信号中取出调制信号是检波,以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型、工作频率 可达400MHz,正向压降小,结电容小,检波效率高,频率特性好,为2AP型。类似点触型那样检波用的二极管,除用于检波外,还能够用于限幅、削波、调 制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。

2、整流用二极管
就原理而言,从输入交流中得到输 出的直流是整流。以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。面结型,工作频率小于 KHz,最高反向电压从25伏至3000伏分A~X共22档。分类如下:①硅半导体整流二极管2CZ型、②硅桥式整流器QL型、③用于电视机高压硅堆工作 频率近100KHz的2CLG型。

3、限幅用二极管
大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用,通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售:依据限制电压需要,把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。

4、调制用二极管
通常指的是环形调制专用的二极管。就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。即使其它变容二极管也有调制用途,但它们通常是直接作为调频用。

5、混频用二极管
使用二极管混频方式时,在500~10,000Hz的频率范围内,多采用肖特基型和点接触型二极管。

6、放大用二极管
用二极管放大,大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大,以及用变容二极管的参量放大。因此,放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。

7、开关用二极管
有 在小电流下(10mA程度)使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管,也有在高温下 还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。而肖特基型二极管的开关时间特短,因而是理想的开关二极管。2AK型点接触 为中速开关电路用;2CK型平面接触为高速开关电路用;用于开关、限幅、钳位或检波等电路;肖特基(SBD)硅大电流开关,正向压降小,速度快、效率高。

8、变容二极管
用 于自动频率控制(AFC)和调谐用的小功率二极管称变容二极管。日本厂商方面也有其它许多叫法。通过施加反向电压, 使其PN结的静电容量发生变化。因此,被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常,虽然是采用硅的扩散型二极管,但是也可采用合金扩散型、 外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管,因为这些二极管对于电压而言,其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化,取代可变电容,用作调谐 回路、振荡电路、锁相环路,常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路,多以硅材料制作。

9、频率倍增用二极管
对二极管的频率倍增 作用而言,有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃(即急变)二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器,可变电抗器虽然 和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同,但电抗器的构造却能承受大功率。阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管,从导通切换到关闭时的反向恢复时间 trr短,因此,其特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。如果对阶跃二极管施加正弦波,那么,因tt(转移时间)短,所以输出波形急骤地被夹断,故能 产生很多高频谐波。

10、稳压二极管
是代替稳压电子二极管的产品。被制作成为硅的扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线急骤变化的 二极管。作为控制电压和标准电压使用而制作的。二极管工作时的 端电压(又称齐纳电压)从3V左右到150V,按每隔10%,能划分成许多等级。在功率方面,也有从200mW至100W以上的产品。工作在反向击穿状 态,硅材料制作,动态电阻RZ很小,一般为2CW型;将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为2DW型。

11、PIN型二极管(PIN Diode)
这 是在P区和N区之间夹一层本征半导体(或低浓度杂质的半导体)构造的晶体二极管。PIN中的I是"本征"意义的英文略语。当其工作频率超过100MHz 时,由于少数载流子的存贮效应和"本征"层中的渡越时间效应,其二极管失去整流作用而变成阻抗元件,并且,其阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向 偏置时,"本征"区的阻抗很高;在直流正向偏置时,由于载流子注入"本征"区,而使"本征"区呈现出低阻抗状态。因此,可以把PIN二极管作为可变阻抗元 件使用。它常被应用于高频开关(即微波开关)、移相、调制、限幅等电路中。

12、 雪崩二极管 (Avalanche Diode)
它 是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是栾的:利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越晶片需要一定的时间,所以其 电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路 中。

13、江崎二极管 (Tunnel Diode)
它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。其基底材料是砷化镓和锗。 其P型区的N型区是高掺杂的(即高浓度杂质的)。隧道电流由这些简并态半导体的 量子力学效应所产生。发生隧道效应具备如下三个条件:①费米能级位于导带和满带内;②空间电荷层宽度必须很窄(0.01微米以下);简并半导体P型区和N 型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。江崎二极管为双端子有源器件。其主要参数有峰谷电流比(IP/PV),其中,下标"P"代表"峰";而下 标"V"代表"谷"。江崎二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中(其工作频率可达毫米波段),也可以被应用于高速开关电路中。

14、快速关断(阶跃恢复)二极管 (Step Recovary Diode)
它 也是一种具有PN结的二极管。其结构上的特点是:在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区,从而形成"自助电场"。由于PN结在正向偏压下,以少数载流子导 电,并在PN结附近具有电荷存贮效应,使其反向电流需要经历一个"存贮时间"后才能降至最小值(反向饱和电流值)。阶跃恢复二极管的"自助电场"缩短了存 贮时间,使反向电流快速截止,并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。快速关断(阶跃恢复)二极管用于脉冲和高次谐波电路中。

15、肖特基二极管 (Schottky Barrier Diode)
它 是具有肖特基特性的"金属半导体结"的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓, 多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微, 所以其频率响仅为RC时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极 管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。

16、阻尼二极管
具有较高的反向工作电压和峰值电流,正向压降小,高频高压整流二极管,用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。

17、瞬变电压抑制二极管
TVP管,对电路进行快速过压保护,分双极型和单极型两种,按峰值功率(500W-5000W)和电压(8.2V~200V)分类。

18、双基极二极管(单结晶体管)
两个基极,一个发射极的三端负阻器件,用于张驰振荡电路,定时电压读出电路中,它具有频率易调、温度稳定性好等优点。

19、发光二极管
用磷化镓、磷砷化镓材料制成,体积小,正向驱动发光。工作电压低,工作电流小,发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。

三、根据特性分类
点接触型二极管,按正向和反向特性分类如下。

1、一般用点接触型二极管
这种二极管正如标题所说的那样,通常被使用于检波和整流电路中,是正向和反向特性既不特别好,也不特别坏的中间产品。如:SD34、SD46、1N34A等等属于这一类。

2、高反向耐压点接触型二极管
是最大峰值反向电压和最大直流反向电压很高的产品。使用于高压电路的检波和整流。这种型号的二极管一般正向特性不太好或一般。在点接触型锗二极管中,有SD38、1N38A、OA81等等。这种锗材料二极管,其耐压受到限制。要求更高时有硅合金和扩散型。

3、高反向电阻点接触型二极管
正向电压特性和一般用二极管相同。虽然其反方向耐压也是特别地高,但反向电流小,因此其特长是反向电阻高。使用于高输入电阻的电路和高阻负荷电阻的电路中,就锗材料高反向电阻型二极管而言,SD54、1N54A等等属于这类二极管。

4、高传导点接触型二极管
它与高反向电阻型相反。其反向特性尽管很差,但使正向电阻变得足够小。对高传导点接触型二极管而言,有SD56、1N56A等等。对高传导键型二极管而言,能够得到更优良的特性。这类二极管,在负荷电阻特别低的情况下,整流效率较高。



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鉅亨網查淑妝‧台北綜合報導
2008 / 04 / 25 星期五 15:50

美國太空總署(NASA)24日宣佈,其下屬的艾姆斯研究中心將與一家企業聯手研製被稱作「奈米衛星」的超小型衛星,以打造下一代太空通信和網路系統。

新華網報導,這顆「奈米衛星」重量在11磅到110磅之間(大約5-50公斤之間)的小型衛星。

美國太空總署表示,今後將把很多「奈米衛星」發射到低地球軌道,形成一個「衛星星座」。這些「奈米衛星」將構建一個基於互聯網及相關服務的「第5代通信和網路系統(5G)」,大幅提高移動通信服務能力。

美 國太空總署說,他們在奈米感測器、無線網路、「奈米衛星」方面具有技術優勢,與之合作的m2mi公司則擅長軟體技術、感測器、全球系統、自適應控制和商業 化轉化等領域。雙方合作構建的5G系統,將把網路電話、視頻、資料、無線和機器對機器之間的智慧服務等整合到一起,實現無縫的資訊交換和使用。

m2mi公司首席執行長傑夫‧布朗表示,「奈米衛星」星座將提供一個強大的、以太空為基礎的全球高速通信、資料存儲和地球觀測網路。他說,「奈米衛星」可以充分利用微電子學領域的最新技術,而且「奈米衛星」可利用低成本技術進行大規模生產。

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Q.gif (3210 bytes)自行磨銳Q.gif (3210 bytes)

精工002.jpg (49445 bytes) 精工001.jpg (46282 bytes)

刮鬍刀片是否須磨刀片??

不用,因為與外刀在刮削中可自行銳化

同理:精密加工亦可利用此原理,而保持刀具銳利。

諺語: 養老鼠咬布袋,老鼠為何要咬布袋?因其可是自行銳化其牙齒保持覓食能力。

 

q6.gif (4921 bytes)()表面精模法

(一)搪磨(honing):

搪 磨是一種低速磨削過程。因為是在較一般磨削速度為低的情形下切除材料,故壓力和產生的熱量可減至最少,所以可良 好地控制尺寸、表面粗度和金相組織。由於工件處在浮動狀態,而不由任何型架支持著,因此不會變形。搪磨雖然可以得到非常光平的加工面,但其表面會具有一種 交叉紋的外觀。

()研磨(lapping)

研 磨的目的在於產生真正合於幾何圖形之面,修正鏡面上的不良點,增進尺寸的 精確度或者配合面的密合接觸等。研磨可用於平坦面、圓柱面、球面或特殊形狀面等的精密加工。研磨加工時,研磨器的研磨面會接觸工件的加工面,兩者作相對運 動,連續不斷地產生新的接觸面。同時在兩面之間放入混以油、油脂或水等磨料粒,以便產生摩擦作用,完成所需的研磨。有時磨料粒亦可膠結成砂輪,則此時研磨 的動作就類似垂直轉軸之無心平面磨床的磨削。

()超級精磨(super finishing)

所 有切削加工以及一般研磨加工,表面上均會留有一層片狀、非結晶,或變質的 金屬,雖然利用滑動摩擦可以很容易除去,但往往會產生過度磨損,增加間隙、噪音以及潤滑上的困難。超級精磨是一種改進表面品質的加工法,除去上述不良的片 狀表層金屬,顯示出堅實的結晶金屬。此種加工法亦使用磨石。超級縮磨是最後的精磨加工過程,而非改變尺寸的研磨加工。在完成其他加工法之後,再作一次表面 的精磨加工。精磨時,工件作低速旋轉,其而速度不高,並使用輕級潤滑油,以便能帶走細小的磨屑。磨石做短程的來回運動,類似刷掃的動作,以除去工件表面的 多餘和片狀的金屬。加工時,工件置於一旋轉的圓盤上,另外使用一旋轉的杯形磨石。磨石有擺動的動作,但由於工件和磨石皆有旋轉運動,此擺動的動作,對磨粒 連續改變摩擦路徑的影響並不重要。球形面的超級精磨方法類似於平坦精磨方法,只不過所用的杯形磨石的轉軸和工件的轉軸成一角度,且沒有擺動的動作。

()滾筒磨光(barrel finishing or tumbling)

滾 筒磨光是磨除零件表面之毛邊、銹皮、尖刺以及氧化物,並改進表面光度的加 工法。滾筒磨光可得均勻之表面光度,手工方式甚難達到此目的。因此廣泛地用於磨光數量較多的零件。滾筒磨光是將工件和磨光用的磨料一同置於旋轉滾筒或振動 器中,必要時,須加入適量的水或油以及有助操作的化學化合物質。當圓筒緩慢轉動,上層之工件向下滑動,磨料就在其表面產生摩擦和拋光的作用。至於振動式磨 光機的加工方式是磨料和工件同時振動,互相磨擦,並不限於上層工件方能得到磨擦作用,故加工速度頗高。

()鋼絲刷法(wire brushing)

鋼絲刷法是利用旋轉中之鋼絲輪,刷除鑄件表面之刮痕、銹皮、尖角和其他表面缺點。如果材料不太硬,可選用較軟之鋼刷,鋼刷上並加適當之磨料化合物,工件於刷擦後,僅刷除少量金屬,表面呈現如鍛面般的光亮,如果需要更光之面,則需使用布輪拋光。

()拋光(polishing)

拋 光是指在布輪或皮帶上塗敷磨料顆粒,以磨光表面的加工,此種方法雖然不用 於精密的金屬切除加工,但能磨去相當數量的金屬,足以消除工件表面的擦痕和其他的缺點。因而輪和布帶都具有柔曲性,可適應不規則的形狀和圓形。寬布帶常用 拋光板、片和大件金屬工件。拋光時,金屬的磨除量及表面的光度視工件材料的特性、布帶的速度、壓力和磨粒的大小而定。拋光輪由棉布、帆布、皮革、毛氈或類 似材料等的膠合或縫綴而成,備有適當的表面寬度。且時常在輪之兩側面,以金屬側板加強之。在輪子周圍面上,塗以膠水或冷黏劑,並且立即在含有磨料粒的糟中 滾過,其表面上即黏結一層磨料粒。等乾燥後,重複上項工作,加工第二層膠和磨料粒。乾燥後,輪表面就會有一層頗為堅硬的磨料。各種大小不同的氧化鋁和碳化 矽顆粒,均可作為磨料。通常在作最後拋光之前,工件需經過數種不同粒度的拋光輪,由粗而細,依次地操作。

()擦光(buffing)

擦光是改進金屬表面光度,以及產生最佳光澤的最後一次加工,擦光所使用的布輪和拋光所用者相似。不過所用質料更 為柔軟,所用的磨料很細。一般常在電鍍之前先作擦光處理。

()擦光(burnishing)

已 經加工的內孔,有時可用擦光法矯正其尺寸或增進其光平的程度。擦光並無切 削作用,只是擦平先前加工時,刀具所留的痕跡,產生光硬的表面,擦光操作中,可使用專作擦光的擦光拉刀,也可在正規拉刀的完成加工齒之後,加上幾個擦光套 筒,作擦光之用。擦光操作是冷加工的一種,目的是在產生光硬的表面。

q6.gif (4921 bytes)(二)化學機械拋光加工法

q7.gif (3089 bytes)拋光加工法之回顧

  拋光加工技術至今已有數百年的歷史,其最初的目的僅在於物體表面粗度的降 低,以求得光滑表面。而隨著磨粒尺寸的微小化,拋光技術所能達到的粗度也不斷降低。基本上,一般的拋光加工法的行為,在拋光區域內的磨粒分佈和受壓力情 況,本質上傾向於雜亂或不確定的。利用刀具推動磨粒在工件上運動而產生加工行為;其罩住時間之加工量多寡取決於磨粒之密度以及磨粗之加工能力。若欲克服拋 光磨粒分佈和承受壓力的隨機性來降低加工的不確定性,則磨粒之密度與加工能力必須適當的控制。對一般的拋光加工法,欲達到上述的兩個目的是相當困難的。而 由於其加工本質的不確定性,一般的拋光法在模具或晶圓的加工中,反而會破壞模具的形狀精度與晶圓的平面度。

 近年來拋光加工研究,主要偏重在探討如何獲得極低的表面粗度和表面完整性,例如Leistne等人以鐵氟龍 (Teflon)製成的拋光刀具在光學玻璃上的拋光,可以製造出0.08nm粗度(Rq)的加工表面。Siekman 等在脆性合金材料拋光中,探討磨粒的大小與加工表面的組度關係等以及加工機制中可能的化學效應,例如Landis以及Hoshino等人於晶圓拋光時均先以化學方式腐蝕後,再進行拋光

來避免破壞晶圓表面,雖然也有研究應用在製造平整表面的拋光,但對加工行為(加工率)和操作參數之間的關係並未做深入的研究。此外,亦有少數研究在探討新的拋光方法或策略,以下將列舉幾個與本研究相關的重要拋光方法。

q3.gif (1525 bytes)*磁性研磨法

磁性研磨法在(Magnetic Abrasive Polishing)40 年代即被人發展使用,80年代即被廣為實際運用做加工後段拋光之用,M. Fox等人利用此法對非磁性材料做過相關實驗,其加工後的表面精度約可達 8nm,但磁性研磨法僅能進行小區域修補加工,對於大型平面工件而言相當費時。

q3.gif (1525 bytes)E.E.M(Elastic Emission Polishing)

其使用聚合聚氨基甲酸酯(Polyurethane)球,在含有座粒的懸浮液(加工液)中,推入工件而高速旋轉,使磨粒碰撞工件產生彈性破壞之加工法 ;因單位時間內加工面積小且材料去除率低,雖可對任意三次曲面進行加工修整,並得相當良好之加工精度(0.01um),但對大平面式之加工不易且經濟效率低。

q3.gif (1525 bytes)懸浮式拋光法

拋 光加工無論如何處理,若以磨料介入拋光器與工件之間直接接 觸之機械研磨方法,均會發生由拋光器的磨耗而形成工件變化、磨粒的切削造成工件加工變質、摩擦熱造成工件與刀具變形等因素,這些因素都會影饗加工後工件之 平面度,為了改善上述機械拋光的缺點,進而發展出非接觸式的懸浮式拋光法。懸浮式拋光法(Floating Polishing)是由Soares等 人提出的懸浮式拋光法,是可以全面性拋光為目的加工法。所謂全面性拋光,乃指加工瞬間刀具對整面的工件表面進行拋光加工。該加工系統中,包括了一較工件為 大的刀具圓盤,而刀具盤內盛放著含有磨粒的磨漿,刀具圓盤的上方為一可以固定工件的浮頭。盤內的磨漿利用刀具面上具有曲率邊緣的溝槽,因液動壓效應形成壓 力梯度,使刀具與工作間存在著微小的間隙。並透過刀具與工件之相對運動,促使磨漿中的磨粒,由刀具與工件之間的間隙進入而產生加工行為。此法應用在石英(Quartz)尚可加工出0.2 nm的表面粗度(Rq)。然而該法在加工時,刀具圓盤之旋轉運動會產生離心力,使得磨粒有往刀具外圍集中的傾向 ;因此,隨著時間的加長,磨粒的分佈可能與起始狀態有明顯的不同,所以該法之加工行為是否傾向於具確定性之特質,為未知之數。

q3.gif (1525 bytes)*漸進式機械化學拋光

漸進式機械化學拋光(Progressive Mechanical and Chemical Polishing,簡稱P-MAC) 加 工法為結合了機械與化學式於一體的加工法。該法於加工初期,令刀具與工件直接接觸,以機械接觸式的剪力來進行加工,加工量較大。加工中段,以外加之機械力 將刀具拉起,刀具與工件呈半接觸的狀態,而以機械接觸的剪力和化學作用兩者併行來進行拋光。最後階段,刀具與工件完全分離,來進行化學式的拋光加工,其加 工移除量以原子為單位非常微小。對於鋅化砷單晶片的拋光,可加工出小於2nm的表面粗度(Rq)P-MAC加工法的優點在於加工初期可獲得較高的加工率,並於隨後之加工以更輕微的加工型態,得到無缺陷的加工表面。利用 P-MAC的策略來進行加工的化學機械拋光法 (Chemical-Mechanical Polishing),加工時也是以機械力拉起、壓低的方式來控制薄膜厚度,以獲取低缺陷的加工表面,為該加工法若薄膜厚度控制不當,亦容易導致表

面粗度不良,同時亦有研究指出,當刀具與工件拉開來進行加工時,反而破壞了原來的工件表面。其間是否會因為薄膜厚度控制不易,使薄膜中的剪應力不夠,因此對工作表層部分結合力較大的原子無法去除,所以造成工件表面的坑洞將有其可能性存在。

q3.gif (1525 bytes)*液動壓拋光法

液動壓拋光法 (Hydrodynamic Polishing)是由 Su等的液動壓拋光法,工件與加工刀具 (球狀體)一同的浸入溶劑和磨粒(Abrasive Powder) 混合而成的磨漿(Slurry)中,刀具對工件適度的施壓並高速旋轉。旋轉的刀具加上刀具與工件間的楔形作用產生了液動壓效應,也由於刀具為軟質材料,受壓後變形,形成液動潤滑區 (即瞬間加工區) 。 由彈液動潤滑原理得知,當刀具做旋轉運動時,刀具和工作表面產生磨漿薄膜,磨粒隨著磨漿在刀具和工件間流動,而磨粒在工件表面有相對運動再加上離心力的作 用,使磨粒在工件表面產生滑動或滾動,在工件表面產生微量的加工行為。而由於刀具和工件間使用於推動磨粒運動的剪應力來自磨漿薄膜中的穩定流使得加工量穩 定,因此加工上具有確定性為超精密的加工法,若經由加工路徑的規劃則可加工出任意的形狀,其形狀精度可達 0.lum,但受限於瞬間加工區域較小,僅適合於小型精密模具的開發。而MoriEnso等在類似的加工機構則提出在某些特定的環境與條件下,加工的進行是先透過磨粒和工件表層原子產生鍵結之後再行移除,為之彈射加工(Elastic Emission Machining),也由於磨粒和工件的材質必須要能產生鍵結,如此才能被移除,因此使用上受限更大。

 

q16.gif (2587 bytes)化學機械拋光加工法之簡介

拋光加工是一項使用已久的工藝,其是以微小的磨粗切刀對加工材料去進行連續極微量之切削,其目的為去除前加工之殘留應力,降低變質層並達到良好表面粗糙度之要求。

化學機械研磨技術(Chemical Mechanical Polish Technology)就是利用一個研磨平台與配合適當的化學溶液,將晶片表面高低起伏不一的輪廓加以磨平。就整體而言,化學機械拋光(Chemical-MechanicalPolishing,簡稱CMP) ,其法為利用聚樹酯(Polyurethane)不織布等定盤面注加微粒子懸浮的加工液,上加置被

加 工物,接觸、滑動切削之加工法。加工液用易與加工物化學反映的藥品,微粒 子與加工面接觸部份的機械性摩擦、化學結合作用與化學液溶去作用複合,進行高效率的去除加工。若製程參數控制得恰當,這項技術可以達到整個晶粒的全面性平 坦化效果,對於深次微米製程技術中的平坦化技術瓶頸,提供一個最直接及有效的解決方案。

機 械化學拋光法的加工效率高於只用粒子的加工效率或只用化學液的腐蝕效率, 且加工表面幾無缺陷,且此法適合對大型平面行機械加工,且在精密輪磨加工結果中顯示由最後經加工所造成之表面硬度相當高,此時用一般拋光法產生之材料去除 效率是相當低的,若能加入化學反應軟化材質必能提高加工效率。故本文採用化學機械拋光法來探討,並且針對其加工製程參數來進行分析研究與探討,進而達到最 佳化與預測之目的。

q17.gif (1519 bytes)化學機械拋光加工法之實驗設備[9]

下圖顯示一個用來進行CMP平坦化製程之設備簡圖。化學機械研磨設備與傳統研磨拋光機械是十分類似的,它走出一個用於進行晶片研磨的研磨平台 (TablePlaten),與一個用於固定晶片和施加壓力的晶片承載器 (Carrier)所組合而成。其中晶片承載器靠真空吸住晶片背面,然後將晶片之正面即需要被平坦化的積體電路部分,置於貼有一層或多層研磨墊(Polish Pad)的研磨平台上,藉由研磨平台及晶片承載器旋轉所產生的相對運動進行機械研磨作用。

上圖 2.1所示為主研磨墊上之機構運動圖例。拋光運動中,主研磨墊平台被下方旋轉軸帶動,研磨液(S1urry)則由導管控制以200ml/sec 速度噴出,均勻散佈於主研磨墊上,成為中間介質層。而晶圓(Wafer)被固定於承載器及主研磨墊間,被施予向下的正壓力,並被承載器轉軸帶動旋轉,進行拋光加工。

q3.gif (1525 bytes)*化學機械拋光機械台

Westech Systems Mode1 372M 系列機械化學拋光機 (如圖2.3所示)為實驗工具機,用於進行矽單晶化學機械拋光加工,其可行無崩緣的高平面度加工。因為以軟質粒子剝離反應生成物,反應領域僅幾十個 A以下的微小單位脫落而進行表面加工,故加工面的機械損傷小,幾無加工缺陷發生,可滿足此實驗之表面精度規格要求。

q3.gif (1525 bytes)*表面輪廓儀(Tencor P-lO與Dektak 3st Surface profiler)

用以量測工件拋光完成後之表面粗糙度、平坦度(Flatness)及量測蝕刻凹槽之深度,藉以計算出材料去除率(MMR)值。

q3.gif (1525 bytes)*物性檢測儀器

OM光學式顯微鏡、AFM等為物性檢測儀器,用以對加工表面形狀之觀察,透過顯像瞭解其實際輪廓。

q17.gif (1519 bytes)化學機械拋光加工法之實驗步驟[9]

在化學機械拋光加工實驗中,其實驗基本流程簡圖如下所示:

首先編輯蝕刻機程式設計如圖24之田形圖樣,將其分為9處位置,以光蝕刻方法產生於矽晶圓上,其蝕刻深度均為1.5um

為先量測正確之刻深,以便計算出材料移除率值,所以在未拋光加工前,先用Tencor P-10 之表面輪廓儀掃出表面蝕刻圖形之初始深度。其中,機械行程示意圖如下所示,並將量測值加以記錄整理。

在選取CMP製程之各項加工參數後,進行化學機械拋光加工實驗,並於各定點時間(實驗中取每一分鐘為一單位)停止CMP加工,重新至Tencor P-l0表面輪廓儀處進行量測拋光加工後剩餘之凹槽深度,並記錄比較初始深度值,以求得CMP加工之詳細進程 (與拋光時間之關係)

在量測中,不均勻度N.U.(Non-Uniformity)之定義為:

N.U%=Dmax-Dmin*100% (2.1)

2*Davg

在本實驗中,總共加工時間定為 3分鐘,是因為此時蝕刻凹槽去除深度已達臨界值,幾乎無凹槽之存在,此時,若在進行化學機械拋光加工實驗,則以無法再量測出結果之故。

q17.gif (1519 bytes)化學機械拋光加工法之作動原理

CMP 的主要特性乃是材料的移除,在化學機械拋光加工過程中,材料移除率(Material Remove Rate, MRR)之值依Preston's Equation可視為相關於拋光壓力及相對運動速度之函數,通常由Preston's的方程式[10]來描繪,如下:

dT/dt=k*N/A*dS/dt (2.2)

其中 T:為晶圓的厚度 N:為正向力

A:為面積 S:為相對移動距離

t:為時間 K:為常數

同時,上式也可表為

MRR=k*P*c IIVII (2.3)

其中,P:施加拋光壓力 V:相對運動速度

KPreston's常數(其與化學蝕刻及材料性質有關,受研磨墊種類、溫度、研磨液種類、加工材料特性等因素影響)

若將彈性力學及流體力學的模型加以考慮進去,則上式之移除率可加以推導成[11]

MRR=M(p,v)*P5/6*V1/2 (2.4)

其中MPV的函數,存在著複雜的關係需要進一步的研究。8吋晶圓上的實驗數據顯示符合上述的模型預測。

2.6 所示為化學機械拋光機台機械運動行程示意圖,在化學機械拋光操作過程中,我們可對單獨拋先正壓力參數加以控制,但對於相對速度而言,其卻可被分解為Platen轉速及 Carrier轉速之關係式[12]

V=V(WcWprdt)=(r2(Wc-Wp)2+d2Wp2+2drWp(Wp-Wc)cos(Wc*t-y))1/2 (2.5)

其中 WpPlaten Pad轉速

WcCarrier轉速

d:從Platen Padp中心到Carrier中心之距離

r:加工點到Carrier中心之距離

x:加工點到Platen Pad中心之距離

q17.gif (1519 bytes)化學機械拋光加工法缺陷之探討[13]

在化學機械拋光加工中,常見四種缺陷如圖2.7所示,包括不均勻(Non-Uniformity)、圓角(Rounding)、碟狀(Dishing)與腐蝕(Erosion)等四種。

碟狀定義為銅線中心碟形凹處最低點與SiO2最高點之間的差,如圖2.8所示。發生的原因乃是因為研磨墊允許輕微的彎曲並且移除SiO2表面下的銅。腐蝕定義為拋光前後SiO2的高度差,如圖2.8所示。腐蝕的生成乃是因為SiO2在過拋光時的拋光率不為零。

銅線遺留百分比乃是銅線厚度的改變(碟狀+腐蝕) 除以銅線厚度。銅的碟狀及SiO2腐蝕皆是不希望產生,因為他們會減少最後銅線的厚度,且銅的碟狀會造成表面不平坦致使將來增加金屬鍍層的困難。我們將探討碟狀與腐蝕受到銅線尺寸及銅線圖案密度的影響。

2.9顯示密度(Density)的定義,圖案密度越大代表銅線所佔有的面積越大。而在圖2.10中顯示了寬度 100um的銅線實際拋光過程碟狀(Dishing)與腐蝕(Erosion)的值。圖2.11顯示了圖案密度(Pattern Density)與碟狀量(Amount of Dishing)的關係,碟狀與線寬(Line Width)有很大的關係但與圖案密度沒什麼關係。

如圖2.12顯示腐蝕量(Amount of Erosion)與圖案密度(Pattern Density)的關係,由圖可顯示出腐蝕與圖案密度有很大的關係而與線寬(Line Width)無關。

在圖2.13中為銅線遺留量(Thickness Remaining)百分比的關係圖,遺留銅線為原始厚度減去腐蝕及碟狀,故共值與圖案密度及線寬皆有關係。而圖2.14中所示為是否有過拋光對碟狀的影饗,由圖可得知拋光可能為碟狀的重要原因之一。至於圖2.15顯示為阻障層Ti剛剛顯露出來時的表面輪廓圖。

上圖中顯示Ti造成碟狀的現象,這與我們觀念中Ti的移除率較低是相矛盾的,其可能的原因為銅的還原電位的絕對值較少,故在研漿中的銅離子易於還原析出在銅的表面而減緩了銅的移除率。Ti而只能氧化而溶解在研漿中,造成快速的碟狀情形,如圖2.16所示:

以上化學反應行為將持繽到銅周圍的Ti完全溶解剩下二氧化矽層露出,二氧化矽不易溶解將造成銅線的迅速移除而形成銅的碟狀。




Ref: http://www.me.ntou.edu.tw/~pml/newpage35.htm

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隨著綠色製造技術在切削加工中的應用,在高速銑削加工中採用壓縮空氣冷卻取代切削液冷卻已成為一種不錯的選擇。但是,對於具體的高速銑削加工任務, 選用何種冷卻方式更為恰當,則應根據不同的加工目的和被加工材料仔細加以權衡,以獲得最佳的加工效果。以下是選擇冷卻方式時需要考慮的四個主要工藝因素。

工件材料的硬度

如果工件材料的硬度點42HRC,選擇壓縮空氣冷卻通常可獲得更佳的效果。高速銑削高硬度材料的加工特點為:①切削溫度很高;②切 屑在冷作硬化作用下會變得比母體材料更硬。切削此類材料時,如果採用切削液冷卻,可能會使刀具承受間歇性升溫-冷卻造成的熱衝擊,溫度的劇烈變化容易引起 硬質合金切削刃碎裂。反之,如果採用壓縮空氣冷卻,不僅可使刀具溫度保持恒定,而且可將切屑吹離切削區,避免因高硬度切屑的二次切削(re- cutting)作用對刀具造成損壞。

工件材料的種類

如果工件材料的硬度<42hrc,則應根據工件材料的種類確定選用何種冷卻方式。在高速銑削粘性材料(如鋁、軟性不銹鋼等)>

刀具涂層

氮碳化鈦(TiCN)涂層和氮鋁鈦(TiAlN)涂層是高速銑削模具鋼時最常用的兩種刀具涂層。球頭銑刀在低於245m/min (800sfm)的切削速度下銑削硬度小于42HRC的工件材料(或圓銑刀在低於600sfm的切削速度下銑削相同材料)時,刀具採用TiCN涂層較為合 適。如果被加工材料的硬度或切削速度高於上述切削參數範圍,則最好選用TiAlN涂層。

TiCN涂層對切削液冷卻具有很好的適應性。雖然切削溫度的劇烈變化仍有可能引起硬質合金切削刃碎裂,但在上述切削參數範圍內進行加工,一般不會產生足以引起熱衝擊危險的切削高溫。

反之,高溫切削性能較好的TiAlN涂層不太適合切削液冷卻。這種涂層在進行高溫切削時,可在涂層外表面形成一層堅硬而光滑的氧化 鋁層,有助於提高刀具的切削性能。(事實上,美國Millstar公司開發的“Exalon”TiAlN涂層的高溫切削性能更為先進,這種TiAlN涂層 的外面又增加了一層固體潤滑層,可使切屑更易於沿著刀具切削刃滑離。)

石墨電極工件的銑削加工對刀具涂層的要求一般不太嚴格,選用TiAlN涂層或金剛石涂層均可。雖然這兩種涂層採用壓縮空氣冷卻即可獲得很好的切削效果,但許多加工車間仍然願意使用切削液,這是因為切削液有助於清除加工中產生的粉塵。

表面光潔度要求

用球頭銑刀進行高速銑削時,為了獲得較高的工件表面光潔度,可能需要採用切削液冷卻。由於球頭銑刀端部的切削速度為零,採用切削液 可起到很好的潤滑作用。當用典型的球頭銑刀進行微進給精銑加工時,位於銑刀端部低速切削區域的工件材料可能會卡在“橫刃(web)”內。處於紅熱狀態的殘 留材料被刀具拖曳著劃過工件,並可能熔焊在工件表面,從而破壞工件的表面光潔度。(為解決這一問題,某些具有球形輪廓的機夾刀片式銑刀,如美國 Millstar公司的“Super Finisher”刀片,可通過改進刀片的設計消除這種“橫刃”。)切削液通過對刀具和工件的潤滑作用,可以減小切 屑熔焊現象的影響,獲得較高的表面光潔度。基於這種考慮,即使在使用TiAlN涂層刀具的加工場合,也應採用切削液冷卻方式。雖然刀具壽命可能因此而縮 短,但有時為了達到表面光潔度要求,有必要犧牲部分刀具壽命
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磁场的强度会影响阴极工作的电压。工作电压随着磁场的增加而降低。工作电压也随着靶上的刻蚀加深而降低,这是因为靶的表面会越来越接近磁场(相当于磁场增强)。因此,实际可以使用的靶的厚度也是有限制的。较厚的非磁性靶能够在较强的磁场中使用。铁磁体材料和铁素体会对磁控管造成影响,会有偏转磁场和减少表面磁场。因此就会造成需要很高的靶电压才能在靶上点火。除非磁场是非常的强,否则磁性材料的溅射靶必须比非磁性材料要薄(典型值<0.16cm)。 >

直流电源和射频电源都可以用于大多数的磁控阴极。脉冲直流和低、中频电源也在磁控溅射中使用。新的概念如覆盖射频的直流(DC with RF overlay)也被开发用于很多的镀膜应用(TCO)。
在靶的区域间的等离子体越强烈和密集,靶上的原子脱离率(或沉积率)就越高。每个入射离子溅射的原子数量称为溅射产量,溅射产量也取决于入射离子的能量。离子的质量和靶上的原子的质量比较起来显得更为重要。如果质量相当的话,那么动量交换就会更有效率。惰性气体通常用于产生等离子体。最普通(和最便宜)的溅射气体是氩气(Ar),然后是氪气(Kr),氙气(Xe),氖气(Ne)和氮气(N2)。
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バイエリッシェ・モトーレン・ヴェルケ・アーゲー
Bayerische Motoren Werke AG
種類 AG
略称 BMW
本社所在地 ドイツ
バイエルン州ミュンヘン
設立 1916年
業種 製造業
事業内容 乗用車の製造・販売等
代表者 最高経営責任者(CEOノルベルト・ライトホーファー
売上高 560億ユーロ
従業員数 107710名(2007年時点)
主要子会社 MINIロールス・ロイス
関係する人物 カール・フリードリッヒ・ラウプ(創業者)
外部リンク http://www.BMW.com/
ドイツ・ミュンヘンのBMW本社ビルとBMW博物館(左下)

ドイツ・ミュンヘンのBMW本社ビルとBMW博物館(左下)

Bayerische Motoren Werke AG(バイエリッシェ・モトーレン・ヴェルケ・アーゲー〈バイエルンエンジン製造工場〉通称:BMW)は、ドイツバイエルン州ミュンヘンを拠点とする自動二輪車及び四輪自動車メーカー。高級車メーカーとしては、世界最大である。
本社ビルは、エンジンのシリンダーを模した円筒形を4つ組み合わせたような形をしており、Vier Zylinder(フィア・ツィリンダー、英語でfour cylinders)と呼ばれる。傘下には、それぞれイギリスロールス・ロイスMINIという2つのブランドがある。

[編集] 概要

株式の約47%がズザンネ・クラッテンシュテファン・クヴァントら、ドイツ・クヴァント家により所有[1]される同族会社である。

モータースポーツに積極的で、F1にはエンジン供給者として1980-1987年と2000-2005年の2期参戦した。2006年ザウバー・チームを買収しBMWザウバーF1チームとしてワークス参戦した。

[編集] 製品の特徴

キドニーグリル

キドニーグリル

全体的にスポーティーな車が特徴。BMWブランドの乗用車の駆動方式は、いずれもFRもしくは、それをベースとした四輪駆動であり、現在までFFの市販車はない。FFの研究開発そのものは行われており、その技術はローバー・75、およびNew MINIに生かされている。

丸形四灯式(そもそもは二灯式+補助灯)のヘッドランプと、「キドニーグリル(kidney = 腎臓)」と呼ばれる独特の形状をしたグリルをもつフロントマスクが特徴である。キドニーグリルは、1933年に発表されたBMW初のオリジナル車「BMW303」に始まり、イソイセッタライセンス生産である「イセッタ」、およびその派生車である「600」、やはり空冷フラットツイン リアエンジンの「700」を除いた全てのモデルに使われている。BMW325(1937-1940)にもキドニーグリルは無い。

デザイン部門のチーフは、アメリカ人デザイナー・クリス・バングルであり、初代X5シリーズ以降に発売された全ての新型車のエクステリアデザインを担当している。フォーマルサルーンである7シリーズ の新型車のデザインがあまりにも奇抜であったため、「バングルは、BMWを潰すためにメルセデスが送り込んだ刺客だ」などといった、旧くからのBMWファンをはじめとし、多くの批判が寄せられた。(もっとも実際にBMWのデザインを行っているのがクリス・バングル1人というわけではなく、例えば現行の3シリーズであるE90のエクステリア・デザインは日本人デザイナーの永島譲二の手によるものである。現在のBMWのデザインの方向性を定めているのがクリス・バングルであるといえよう。)

過 去の製品は、メルセデスと比較した場合、新機軸や電気仕掛けを好み、それがトラブルの基となりやすいこと、部品の交換周期がやや短いことなどの傾 向があった。 しかし2002年位からデビューした車は、日本人が開発の一翼を担っていると言うこともあり、改善が見られるが、これはイタリアのフェラーリなど、欧州車 全般に見られる流れである。

[編集] エンブレムの由来

バイエルン州旗

バイエルン州旗

黒く縁取った円の中央を十字に4等分し、点対象に青と白に塗り分けたデザインである。色はバイエルンヴィッテルスバッハ家の紋章に起源を持つ旧バイエルン王国(現在は州)旗にちなむ(「回転するプロペラ+バイエルンの青い空と白い雲」のイメージ)。円と十字は飛行機の回転するプロペラを表している(かつては航空機エンジンメーカーであった事に由来)。エンブレムのデザインは過去に何度か微妙に変わっているが、基本的な部分は変わらない。変わっているのはBMWの字体とその位置程度である。

[編集] 歴史

BMW R37(1924年モデル)


BMW R37
(1924年モデル)
BMW 328

BMW 328
BMW 502 V8 Super

BMW 502 V8 Super
BMW 2002 touring

BMW 2002 touring

[編集] 経営状況

経営状況は良好であり、40年以上赤字を出していないとも言われる。一方、傘下に収めた英国ローバー・グループの経営に失敗、2000年には同グループを解体に追い込んだ。ランドローバーフォードに譲渡、収益の見込めるミニなどは自社で継続所有した他、ローバーMGなどを僅か10ポンドで投資会社に売却したことは話題となった。

2003年の世界市場での販売実績はBMWグループ全体として110万4916台。収入は415億2500万ユーロ。

1970年代から稼動する南アフリカの工場のほか、近年はアメリカ中国パキスタンなど、ドイツ国外における生産拠点の展開に積極的である。

[編集] 日本での販売

1981年までの輸入は、バルコムトレーディングカンパニーが行っていた。1981年、ドイツBMW・AGの100%出資によりビー・エム・ダブリュー株式会社(BMWジャパン)が設立され、以降は同社が輸入元となっている。BMW Japanの完全子会社には、販売会社BMW東京がある。BMW東京による販売台数は日本国内販売の1割以上を占め、ドイツ国外では最大規模のBMW販売会社となっている。[2]

日本市場での販売実績は4万9074台、うちBMWブランドが3万6539台で、MINIブランドが1万2535台であった。

[編集] その他

ヴィッテルスバッハ家の末裔バイエルン候プリンツ・レオポルト・ヴィッテルスバッハ・フォン・バイエルンは度々BMWのレーシングドライバーとして活躍している。

大阪府堺市には「カメラのドイ」創業者、土居君雄が新婚時代に堺市浜寺)にて生活していたゆかりで、夫人・満里恵からコレクションしていた約50台のBMWが寄贈され、財団法人 堺市文化振興財団の手によって保存されている。

BMWもある期間、この工場で車を製造していただけに余計に紛らわしいのだが、1951年から1953年まで、似たような名称の「EMW」があった。EMWは、旧東ドイツのEisenacher Motorenwerk(アイゼナッハ原動機工場)の略で、旧東欧圏でのヒット車となるヴァルトブルクを製造するVEBアウトモビルヴェルク・アイゼナハ社(VEB Automobilwerk Eisenach:AWE)の前身である。

日本で BMW は英語読みの「ビー・エム・ダブリュー」が一般的であるが、ドイツ語読みでは「ベー・エム・ヴェー」である。

[編集] 四輪モデル名について

近年のBMW生産モデル名は原則として318、525等の3桁の数字であらわされている。この3桁のモデル名は1972年発表の5シリーズからのネーミングである。3桁の最初の数字は車種区分を表し、かつては3、5、7、8の4種類であったが、現行では1、3、5、6、7の5種類である。

シ リーズを表す最初の数字以下の2桁は、かつては排気量のヘクトリットル表記(2,500ccならば、○25)を表していた。しかし、現在では下2 桁の数字は「数値が示す排気量並の出力を表す」ということになっており、表記と実際の排気量が異なっている例がある。 その中でも、数値が実際の排気量より小さい例と、大きい例があり、その位置付けが微妙に異なっている。

実際の排気量より小さい表記の例と しては、現行E90型3シリーズの323iがある。 数字は323でも、実際の排気量は2.5Lであり、本来の排気量に沿った表記であれば325iとなる所であるが、同じE90系に325iという名のモデル もあり、両車共に同じ2.5Lエンジンを搭載している。 ただし、325iが出力160kWであるのに対し、323iでは出力130kWであり、323iは325iに比べ若干ディチューンされたエンジンが搭載されている。 1シリーズの118iと120iも同様の例であり、同排気量モデルに廉価版が設定される場合に実際よりも小さな数値のネーミングとなることが多い。

逆 に実際の排気量よりも大きな数値になっている例もある。 こちらは、同排気量のモデルの高性能版としての位置付けであり、古くは初代7シリーズの735iと745iがあり、745iは、735iのターボモデルで あった。 現在では、330iと、335iがその関係に当り、どちらも排気量3Lのガソリンエンジンであるが、330iが自然吸気で出力190kw、335iがツイ ンターボで出力225kWとなっている。 ディーゼルモデルでの同様の例が530dと535dである。どちらも同じ3Lディーゼルターボであるが、530dがシングルターボで出力170kW、 535dがツインターボで出力200kWである。

また末尾のアルファベットは

i :インジェクション仕様
d :ディーゼル仕様
h :水素エンジン仕様
is:高性能インジェクション仕様
x :四輪駆動モデル
ti:ツーリングインターナショナル。現行車種ではコンパクトボディ。
C :クーペボディ
L :ロングホイールベースモデル

を意味している。

例: 530i → ボディサイズ5シリーズ、排気量3L、インジェクション仕様

ただし、SAV(スポーツ・アクティブ・ヴィークル、SUVのBMWでの呼称)やロードスターに関しては、 (アルファベット)+(1桁数字)-(排気量(L)) の表記が用いられている。このアルファベットはボディタイプをあらわす。

X :四輪駆動オフロードタイプ
Z :ロードスター

例: Z4 2.5i →ロードスター、排気量2.5L、インジェクション仕様

[編集] 四輪現行モデル

3シリーズ(E90)

3シリーズ(E90)
6シリーズ(E63)

6シリーズ(E63)
X3(E83)

X3(E83)

[編集] セダン/サルーン

[編集] クーペ/カブリオレ

[編集] SUV/クロスオーバーSUV

  • X3【E83】
  • X4(発売予定)
  • X5【E70】
  • X6(発売予定)

[編集] ツーリングワゴン

[編集] ミニバン/1BOX

Fシリーズが登場する予定。(2008年~2009年頃)

[編集] ハッチバック/2BOX

M5

M5

[編集] Mモデル

BMWのモータースポーツ関連研究開発部門子会社であるエム・有限責任会社M GmbH。以下M社。旧BMWモータースポーツ社)によりBMWの通常モデルに大幅に手を加え、高い走行性能を与えられたモデル。旧モデルでは生産もM社で行われていたが現行モデルでは開発はM社、生産はBMWで行われている。

  • M3クーペカブリオレセダン
    旧型モデル(E46)のカブリオレは日本では発売されていない。同じくセダンモデルは実用性の面からクーペモデルよりも拡販が見込めると思われるが、現在のところ日本には輸入されていない。なお、M3には次の派生モデルがある。
    • M3 CSL(E46)
      カーボンファイバー強化プラスチックを導入したM3の軽量モデル。日本にも輸入されているが極めて稀少。日本国内販売価格は1150万円。
    • M3 GTR(E46)
      レーシング用に開発されたM3のGTモデル。ニュルブルクリンク24時間レースで活躍している。ヨーロッパの公道仕様(最高エンジン出力、最低地上高等の規制)を満たしていないため一般には発売されていないが、公道用にデチューンされたM3 GTRストリートが存在する。発売当初の価格は25万ユーロ。
  • M5セダン
  • M5touringツーリング
  • M6 (クーペ)
  • M6 (Cabriolet)
  • M Roadster
  • M Coupe

[編集] 過去の四輪モデル

イセッタ

イセッタ

[編集] 二輪機種

BMWの2輪は他の2輪とは異なる機構を採用している例が多いのが特徴である。特に水平対向2気筒エンジン、乾式単板クラッチ、シャフトドライブ、このいずれかを採用しているものが多い。

  • 縦置き水平対向2気筒エンジン
    1923年「R32」に初採用された。シリンダーが左右に突き出した縦置きレイアウトをとり、クラッチとトランスミッションを介してそのままドライブシャフトに至る基本レイアウトは、今日においてもRシリーズにおいて健在である。
  • シャフトドライブ
    発 進時のテールリフトが嫌われるため、日本車では一部の2輪車にしか装備されていないが、BMWではF&Gシリーズを除く全車がシャフト ドライブモデルである。チェーンドライブに比べてほぼメインテナンス・フリーであること、チェーンの摺動によるパワーロスがないことが利点である。

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