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为您的开发板选择合适的半导体材料

各种有色半导体材料

带有微电路的硅半导体材料

一些金属和非金属具有使其更具吸引力的特性 PCBA制造材料。例如,电路板走线几乎总是由过渡金属铜(Cu)制成的,铜是一种出色的导体。PCB叠层包括用于信号和碳基编织的铜片,可作为预浸料和铁芯的良好绝缘体。对于组件而言,迄今为止,利用导电率介于大多数导体和绝缘体之间的半导体材料是最常用的。

让我们看一下一些常用的半导体材料,它们的好处,以及它们如何影响您的开发板设计。

半导体材料:为何如此重要

自19世纪以来,研究人员一直在研究半导体材料及其许多独特特性。卡尔·布劳恩(Karl Braun)于1874年发现了“二极管效应”。这一单向电流是当今使用的无数半导体器件的特征。用于创建半导体器件的其他属性包括:

半导体特性

  • 可控制的电导率

流过半导体器件的电流量可以通过添加杂质(掺杂)或将器件暴露于电场(门控)来设置和控制。

  • 产生与重组

对于某些半导体材料,光的引入将通过光伏效应产生电子。相反,电子可以与空穴复合并产生光。电子和空穴的产生和复合是光电器件的基本工作功能。  

  • 热能转换

半导体通过整个设备上的电势差产生热量。珀耳帖(Peltier)和塞贝克(Seebeck)器件取决于此特性。 

  • 发光量

恢复热平衡时,材料可以发光而不是发光。为了 例如,LED照明系统中的组件包含此类材料。

上面列出的半导体特性已导致设计和生产各种半导体组件。

通用半导体器件

  • 二极管 
    • 整流器
    • 别针
    • 冈恩
    • 激光
    • 引领
    • 肖特基
    • 齐纳 
    • 照片
  • 晶体管
    • 双极(BJT)
    • 结场效应(JFET)
    • 金属氧化物半导体场效应(MOSFET)
    • 绝缘栅双极晶体管(IGBT)
    • 照片
  • 光耦合器

半导体材料及其衍生的元件对于大多数PCBA设计至关重要,包括 评估和发展委员会

为开发板选择半导体材料

半导体是电子制造中不可或缺的组成部分。尽管到目前为止,硅是最常用的半导体材料,但仍有其他半导体材料,如下表所示以下。 

半导体材料比较

半导体材料性能比较

上表说明了在电子组件中发现的常用半导体材料的电性能变化。如图所示,您选择的半导体组件确实会影响开发板的电气性能。下面列出的注意事项也应考虑到您的组件选择决定中。

为开发板选择半导体材料的注意事项

  • 电学特性

诸如掺杂极限,热导率和带隙能量之类的电特性都会影响电压和 当前水平 设备和板将在其上运行。

  • 热性能

半导体温度和电阻率成反比。半导体会产生高热量,从而影响PCB布局和散热和分布

  • 水分敏感性

一些组件比其他组件对水分更敏感,这可能会影响制造。例如,可能需要组装后烘烤或涂层。此参数还会影响包装,存储和其他防潮方法

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