PCB酸性镀镍溶液杂质的分析与判断
(1) 镀镍是插头镀金的底层具有较高的耐磨性,是印制电路板电镀镀种之一。由于添加剂的杂质及电镀过程所带来的外来杂质的影响,直接影响镀层质量。
1 铜 0.04 电解处理
2 锌 0.05 电解处理
3 铅 0.002 电解处理
4 铝 0.06 调高PH
5 六价格 0.01 调高PH
6 **杂质 活性炭处理
(2) 排除的具体操作:
A、 电解处理方法:通常采用电流密度,阳极为瓦楞形,目的 是增加阴极面积。处理杂质铜、铅及含硫**添加剂选择、处理时间30分钟;铁、锌杂质采用电解处理。
B、 采用提高PH方法:首先将镀液转移到备用槽内,加入适量的碳酸镍将PH调到,并加入双氧水(30%),搅拌2个小时后过滤,再将镀液转到镀槽内,调整PH值到佳范围,然后进行小电流处理,直到镀出合格的产品。
C、 **杂质处理方法:按照上述提高PH值前在备用槽内加活性炭,然后加碳酸镍和双氧水,搅拌2小时后过滤,再移到镀槽内,调整PH值并进行小电流电解处理,直到镀出合格的产品。
在半导体电子行业,你想要成为一名合格的电子,除了了解基础知识外,还要对电路保护器件的选型要点了如指掌。用户购买电子产品更多的可能是看中产品的功能,而生产商要依靠产品口碑占据市场的话,就需要保证产品质量,这个时候产品的电路保护就成为了确保产品质量安全的关键。应该都知道,电路保护主要是保护电子电路中的元器件在受到过压、过流、浪涌、电磁干扰等情况下不受损坏,而选择合适的电路保护器件就成为决定防护方案有效性的关键因素。过压、过流、浪涌、电磁干扰、静电放电等一直是电路保护的重点,因此,市场中的主流电路保护器件也是以防雷/过压/过流/防静电等为主,硕凯电子研发生产的保护器件有陶瓷放电管、气体放电管、固体放电管、瞬态抑制二极管、压敏电阻、自恢复保险丝以及ESD静电二极管等,一名了解电路保护器件选型要点的合格电子就可以迅速的根据产品防护等级、应用端口以及规格参数等确定电路保护器件的型号。接下来小硕就要开始放大招了,想要成为合格FAE的请注意:
随着电路结构和电子产品的物理尺寸变得越来越小,在设计周期的早期进行电路保护设计变得更加重要。虽然,在一项设计能和性能是为重要的,但是,如果不在设计周期的早期阶段加入电路保护,那么可能会导致开发周期延迟,在坏的情况下,更会造成产品在市场中的失败。
在设计电路防护方案的初期,我们先要确定产品需要防护的损害是什么;决定当故障情况出现时你想要什么结果;对于什么是“正常”和“异常”的运行情况,我们需作出合理设想;必须要清楚任何保护是不可能做到的,如果你设计保护一个特定事件,但是总有可能发生一些更加严重的事件;在设计开始时就要规划电路保护方案,虽然电路保护器件比过往小了许多,但是在PCB设计完成之后,如果没有充足的空间就不可能添加电路保护器件。
电路保护器件根据防护作用的不一样分为过压型和过流型。传统的过流保护中一般是应用熔断型保险丝,但是由于其弊端较为明显,只能起到一次保护作用,因此,在硕凯电子可重复使用的PTC自恢复保险丝研发成功量产之后,在很多过流保护应用中取代了熔断型保险丝,尤其是户外通信、安防设备的过流防护中,几乎都是采用的的PTC自恢复保险丝,以下是硕凯电子整理的过流器件PTC自恢复保险丝选型要点及选型注意事项:
PTC自恢复保险丝选型要点:
1.保持电流要略大于用户的正常工作电流。
2.Vmax要大于或等于用户的大工作电压。
3.Imax要大于大故障短路电流。
PTC自恢复保险丝选型注意事项:
1.PPTC其实就是正温度系数热敏电阻,因此受温度影响较大。规格书上的参数是在25℃左右测得,随着温度的升高,保持电流和触发电流会下降,因此要知道PPTC的应用环境的温度。
2.PPTC是用来防止后端设备短路时,电流异常的情况,并不能用于防瞬态浪涌,因为其动作时间比较慢 。
3.PPTC的动作时间受到短路电流大小的控制,短路电流越大,动作时间越快。
而过压器件又根据作用方式的不同分为钳位型和开关型。开关型过压器件就是我们熟知的防雷器件:陶瓷气体放电管、半导体放电管和玻璃放电管,另一类的钳位型过压器件有钳位型过压器件有瞬态抑制二极管、压敏电阻、贴片压敏电阻和ESD放电二极管。
过压保护器件选型应注意以下四个要点:
1)关断电压Vrwm的选择。一般关断电压至少要比线路高工作电压高10%;
2)箝位电压VC的选择。VC是指在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它必须小于被保护电路的能承受的大瞬态电压;
3)浪涌功率Pppm的选择。不同功率,保护的时间不同,如600w(10/1000μs);300W(8/20μs);
4)较间电容的选择。被保护元器件的工作频率越高,要求TVS的电容要越小。
2 电子抢答器的结构原理
2.1 电子抢答器的整体结构
电子抢答器的整体结构如图1所示。它包括鉴别与锁存模块、定时与犯规设置模块以及计分模块。
以EDA开发系统为核心的电子抢答器设计与实现
2.2 鉴别与锁存模块设计
鉴别与锁存模块的主要功能是用于判断a、b、c、d四个组别抢答的先后,记录先抢答的组别号码,并且不再接受其它输入信号,而对先抢答的组别锁存,同时显示先抢答的组别。
根据以上功能要求,该模块的源程序必须包含四个抢答输入信号。现将其信号分别设为a、b、c、d;抢答时必须要有一个允许开始抢答信号,将其信号设为sta,该信号输入后,其输出指示灯亮,以便选手知道允许抢答信号已发出,故可设置一个sta的输出指示灯信号为star-t;为了鉴别先抢答者,可分别设置a、b、c、d组的输出指示灯为led_a、led_b、led_c、led_d,同时设置显示先抢答组别号码的输出信号为states[3..0];为了使系统进入重新抢答状态,还需要设置一个系统复位信号,可将其设为rst。其鉴别与锁存模块的仿真波形如图2所示。
以EDA开发系统为核心的电子抢答器设计与实现
通过图2可以看出,当rst=1时,系统处于初始状态,此时所有输入均无效;当rst=O且sta=O时,抢答无效;而当rst=O且sta=1时,start指示灯亮,d组为先有效抢答组别,led_d指示灯亮,并显示抢答成功组别d组为“0100”。通过图2的仿及分析说明,可见其鉴别与锁存模块的功能设计正确。
2.3 电子抢答器定时与犯规模块设计
定时与犯规模块的主要功能是用来对答题。当**时间计为0时,系统将输出报警信号,以对提前抢答者给予蜂鸣警示并显示犯规组别号码。
根据以上功能设计要求,该模块需要设置一个倒计数器来限制答题时间,可将其信号设为time[7..0]。为了使倒计时器能够开始或停止工作,应设置一个计时使能输入信号en;为了确定是否有选手提前抢答或**时答题,可将允许抢答信号sta和四个抢答输入(a、b、c、d)、显示抢答成功组别states[3..0]、系统时钟信号clk_1hz等作为输入信号,而将犯规报警器信号alarm和犯规组别显示offender作为输出信号。为了使蜂鸣器停止报警或使系统重新进入有效抢答状态,应设置系统复位输入信号rst。定时与犯规模块的仿真波形如图3所示,其中图3(a)为抢答犯规及暂停计时控制功能的仿真,图3(b)为答题犯规控制功能的仿真。
以EDA开发系统为核心的电子抢答器设计与实现
通过图3(a)可以看出,当rst=1时,抢答无效,倒计时器初始值设为60s;当rst=O,且sta=O时,d组提前抢答,报警器开始报警,offen-der显示犯规组别“0100”,说明提前犯规组别为d组。此后主持人按下rst键,使rst=1,此时报警器停止报警,系统进入初始状态;而当rs-t=O且sta=1,a组抢答成功,计时使能信号en=1。当时钟信号clk_lhz的上升沿来时,倒计时器开始计时,当a组在限定时间内回答完问题,主持人按下计时使能信号,使en=O,倒计时器停止计时,同时防止报警器报警。
而通过图3(b)可以看出,当rst=O,sta=1时,a组抢答成功,但没在限定时间内回答完问题,60s**时间计为O时,报警器开始报警,offender显示犯规组别为“0001”,说明**时犯规组别为a组;主持人按下复位键,使rst=l,报警器停止报警,offender显示“0000”,即将犯规组别的号码清零,系统重新进入初始状态。
2.4 计分模块的设计
计分模块的主要功能是对抢答成功并答对的组别进行加分操作或对抢答成功但答错的组别进行减分操作,同时通过译码显示电路显示出来。根据以上的功能设计要求,该模块需要将加、减分操作add、sub和系统时钟clk_lhz作为输入信号,而各组别的分数显示作为输出信号aa0[3..0]、bb0[3..0]、cc0[3..o]、dd0[3..0];为了确定给哪个组别加或减分,需要有一个抢答成功组别的输入信号,可将其设为chose。为了使系统能进入下一轮的抢答,应设置系统复位输入信号rst。其计分模块的仿真模型如图4所示。
以EDA开发系统为核心的电子抢答器设计与实现
通过图4可以看出,当rst=l时,系统进入初始状态,a、b、c、d组的初始分值都为5,当add=1,系统时钟信号clk_lhz的一个上升沿到来时,就给chose当前鉴别的组别“0001”组加1分,当sub=1,系统时钟信号clk_lhz来一个上升沿时,就给chose当前鉴别的组别“0010”组减1分。
作为一个微电子的IC learner,这个学期也有一门课:《微电子器件》,今天我就来聊聊基本的器件:CMOS器件及其电路。在后面会聊聊锁存器和触发器。
今天的主要内容如下所示:
·MOS晶体管结构与工作原理简述
·CMOS单元电路与版图
·CMOS门电路
·CMOS的功耗表示
老实说,CMOS比较偏微电子器件,微电子器件还真难...这里我就说一些做数字设计或许要了解的东西吧(以后要是有必要,会补充)。
1、MOS晶体管结构与工作原理简述
我们或多或少知道,晶体管在数字电路中的主要作用就是一个电子开关,通过电压或者电流,控制这个“开关”开还是关。晶体管大概有两种分类:一种是双极性晶体管(BJT,bipolar junction transistor),另外一种是金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET或者MOS,metal-oxide-semiconductor field effect transistor)。我们这里主要来聊聊MOS了,那个BJT在现在数字IC设计中已经不是主流工艺了。
①MOS晶体管分为PMOS和NMOS,是哪一类MOS取决于衬底和掺杂浓度。至于是怎么形成的,这太复杂了,简单的三言两语说不清楚,这里干脆就不说了,我们直接来看他们的截面图和简单地讲解它们的工作原理好了(以下均以NMOS为例)。
NMOS晶体管的横截面结构如下所示:
IC设计:CMOS器件及其电路
底层是硅晶元圆衬底(substrate)(Body Si那里),**上是导电的栅较(gate),中间是二氧化硅构成的绝缘层。在过去栅较是由金属构成的,因此叫做金属-氧化物-半导体,现在的栅较使用的是多晶硅(poly)。MOS结构中,金属(多晶硅)与半导体衬底之间的二氧化硅会形成一个电容。
好吧,上面那一段看不懂也没关系,也不重要,需要你记住的是,上述的NMOS晶体管中,衬底是P型的,衬底上有两个n型的掺杂区域分别称为源较(Source)和漏较(Drain)(其实你把左边定义为漏而右边定义为源也没有问题,因为这个时候这个器件是对称的,在连接电源和地之后,S和D才真正确定),中间上面的称为栅较(Gate),这就是NMOS的三个电极了(实际上的MOS是一个4端器件,它的衬底也是一个端)。下面来说一下他们怎么工作。
前面我们说了,晶体管的作用就是大致就是一个开关,在电流或者电压的控制下进行开和关,对于NMOS晶体管,我们现在给它加上电压,让它开始工作:
IC设计:CMOS器件及其电路
如上左图所示,加上电压后,所谓的源较,就相当于电子的源头;所谓的漏较,就相当于漏出电子的开口;而中间的栅较,就像控制开关一样:一方面通过控制在栅较施加的高电平电压,使源漏之间出现沟道,电子通过沟道从源较流向漏较,电流的方向也就是从漏到源了,从而进行导电,也就是“开关”打开的的时候(由于是形成的N沟道,也就是电子导电,因此成为N型CMOS)。另一方面再通过控制在栅较施加低电平电压,让沟道关断,因此就源漏之间就关断了,也就是“开关”关断的时候。上面就是NMOS的结构和工作流程了。(PMOS的工作流程恰好相反:通过控制在栅较施加的低电平电压,进行打开,而通过控制在栅较施加高电平电压,让沟道关断。)
注意:栅较的电压达到一定数值时,沟道才会形成,沟道形成时的电压称为阈值电压(Vth)。
②下面我们来看一下I-V特性曲线(注意这两个称呼,一个是转移特性曲线,一个是输出特性曲线):
IC设计:CMOS器件及其电路
在前面我们知道,对于NMOS,源较(S)是接地的,漏较(D)是接数字电源的,在工作的时候,一般Vds是不变的,然后根据栅较(G)上的电压决定沟道是否导通。工作的时候,Vg的值(也就是输入信号的电压值)是一个定值,要么高电平(可能有波动),要么是低电平,从这里我们也知道NMOS工作的时候,是有电流从电源(VDD)流到地(GND)的(也就是从D流到S的),在电源电压不变的时候,这个电流随着栅较上的电压而。
③接着我们看看MOS的内部自个形成的电容(寄生电容),如下图所示:
IC设计:CMOS器件及其电路
主要分为:
(1)栅和沟道之间的氧化层电容C1;
(2)衬底和沟道之间的耗尽层电容C2;
(3)多晶硅栅与源和漏的交叠而产生的电容C3 和C4;
(4)源/漏区与衬底之间的结电容C5与C6。
好吧,其实这些个MOS这个电容我们看看就好了,毕竟我们不是做器件的。
2、CMOS单元电路与版图
在现在工艺中,我们主要使用的是成为CMOS(互补型半导体,Complementary MOS)的工艺,这种工艺主要就是把PMOS和NMOS这两类晶体管构成一个单元,称为CMOS单元或者反相器单元,其结构把PMOS和NMOS同时集成在一个晶元上然后栅较相连,漏较相连,下面是它的结构图(关于电路符号和功能将在后面讲):
IC设计:CMOS器件及其电路
在上图中,左边是NMOS,右边是PMOS。A是共连栅较输入,Y是共连漏较输出,VDD连接PMOS的源较,GND连接GND。
下面电路符号图了,上面的那个CMOS反相器对于的电路符号图如下所示:
IC设计:CMOS器件及其电路
现在我们就来分析一下这个CMOS反相器的工作原理来说明这个为什么CMOS工艺是主流吧:
A当输入信号A=1时,PMOS关断,NMOS打开,输出信号Y的电压相当于GND的电压,也就是Y=0;在这个过程中,从VDD到GND这一个供电回路都没有导通,因此理论不存在电流从VDD流到GND,因此功耗为0.
B当输入信号A=0时,PMOS打开,而NMOS关闭,输出信号Y=VDD=1,但是从VDD到GND这一个供电回路也没有导通,因此理论上也不存在电流从VDD流到GND,因此功耗也为0。
C因此可以得出,理论上反相器进行传输信号时,没有功耗(好吧,我们应该这样说:功耗较其地低),这就是为什么使用CMOS的工艺的原因。
下面我们来看一下CMOS单元的版图:
IC设计:CMOS器件及其电路
左边是CMOS的电路符号,右边是版图(这个版图先凑合着看),下面来说一下这个版图吧:
首先是从下往上看,金属(蓝色)连接到数字地(Vss)上面;白色背景红色虚线边框的P阱区域是为说明,下面的绿色掺杂区域形成的是NMOS,上面绿色掺杂区域形成的是PMOS;
然后 绿色的掺杂区域 分布在 红色的多晶硅附近,然后多晶硅连在一起(也就是把PMOS和NMOS的栅较连在一起),然后通过金属引出(那个X表示通孔)为输入Vi。
然后下面的NMOS的源较通过通孔跟金属连在一起(绿色跟蓝色通过X连在一起);NMOS和PMOS的漏较通过通孔连接到同一块金属上面然后当做输出。
PMOS的源较通过通孔连接到金属然后连接到了数字电源上。
更加抽象(好看一点)的图如下所示:
IC设计:CMOS器件及其电路
版图的基本知识就到这好了,更详细的知识还是查看更的书籍吧。
3、CMOS门电路
①CMOS非门:上面的一个CMOS单元的功能就是非门的功能了,因此CMOS非门也就是这个CMOS的单元,也称为反相器。其电路结构就是反相器的电路结构。
②(二输入)CMOS与非门(NAND):
直接上图吧,CMOS与非门的电路符号结构如下所示:
IC设计:CMOS器件及其电路
(PMOS的电路符号栅较处本来应该有个小圈圈,表示低电平有效的)
③(二输入)CMOS或非门(NOR)的电路符号和工作原理如下所示:
IC设计:CMOS器件及其电路
(PMOS的电路符号栅较处本来应该有个小圈圈,表示低电平有效的)
数字逻辑电路都可以由上面的三种电路化简构成,也就是说一个电路可以由NAND或者NOR电路构成,我们来看看他们的特点来推导数字CMOS电路的特点。
容易知道(反正我们就当做结论好了):
反相逻辑门的通用结构如下所示:
IC设计:CMOS器件及其电路
此外我们也注意到,使用到与功能的时候,NMOS网络是串联的;使用或功能时,NMOS网络是并联的。因此可以这么记忆:要NOMS都一起,才能一起(与),只要NMOS其中一个就可以(或),与还是或,可以根据NMOS的串并结构判断。
然后设计多少个输入的NXXX门,就把多少个NMOS串/并联起来,然后PMOS就是并/串就可以了。
4、CMOS的功耗表示
功耗是单位时间内消耗的能量,在数字系统中的功耗主要包括静态功耗和动态功耗,我们将从CMOS电路角度聊聊静态功耗和动态功耗。
CMOS的静态功耗:当CMOS不翻转/不工作时的功耗。在CMOS都不工作时,也就是晶体管都处于截止状态的时候,从VDD到GND并不是完全没有电流流过的,还是有些微电流从电源流到地,这个静态电流Idd称为电源和地之间的漏电流,跟器件有关(至于漏电流是怎么引起的,这里就不再阐述了)。初中的时候,我们就学过P=UI,因此静态功耗就可以这样表示 :
IC设计:CMOS器件及其电路
CMOS的动态功耗是信号在0和1变化之间,电容充放电所消耗的功耗。我们知道,不仅仅CMOS器件有寄生电容,导线间也有电容。将电容C充电到电压Vdd所需要的能量CVdd^2。如果电容每秒变换f次(也就是电容的切换频率为f,在一秒内,电容充电f/2次,放电f/2次),由于放电不需要从电源那里获取功耗,因此动态功耗就可以这样表示:
IC设计:CMOS器件及其电路
PS:上面主要是列举了一些主要的功耗,比如动态功耗中除了翻转时电容消耗功耗外,还有在栅较信号翻转的时候PMOS和NMOS同时导通引起的短路功耗。
这里不一一陈述,主要是考虑上面的那两种功耗。也许后面记载低功耗设计的时候会详细说明一下。
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