研究与试制

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  Zn取代对CCTO基介电陶瓷性能的优化作用及其机理研究
  作者闫永可, 张建花, 郭泽峰, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 489-499. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0067
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  CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)介电陶瓷因具有显著的巨介电常数,在陶瓷电容器领域展现出巨大的应用潜力。然而,由于CCTO的介电损耗(tanδ)相对较高,使其在应用和发展方面受到极大限制。为了优化其性能,针对其tanδ较高的弱点,采用溶胶-凝胶法制备了Ca_1-xZn_xCu₃Ti₄O_11.75F_0.5-1%Nb₂O₅(x=0,0.03,0.05,0.07)陶瓷,并系统研究了Zn元素在A′位取代对材料介电性能的调控机制。实验结果表明:Zn取代可显著促进晶粒生长,当取代量为x=0.05时,样品展现出最优综合性能:相对介电常数(ε

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  碳酸钠对铜电极附着力的影响
  作者陈康, 朱晓云, 王春丰, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 500-505. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1177
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  钛酸锶(SrTiO₃)压敏电阻器铜电极与钛酸锶基体间的结合力会降低严重影响器件的应用寿命,掌握提高铜电极附着力性能的相关机理至关重要。通过在铜浆中添加碳酸钠(Na₂CO₃),以提高铜电极的附着力,并探究其微观机理。采用丝网印刷在SrTiO₃基体上印制铜浆后烧结形成铜电极,研究了铜浆中玻璃与碳酸钠的反应过程以及电极膜层与基体间的元素扩散情况。结果表明:Na₂CO₃改变了玻璃的析晶转变过程,降低了玻璃的软化点和粘度,促进了SrTiO₃基体与电极间的元素扩散,从而有效提高了铜电极的附着力。当铜浆中添加质量分数1%的Na₂CO₃时,SrTiO₃基体上铜电极的附着力最大为19.65N。本研究对铜电极附着力的理论研究具有一定的参考价值。

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  Mg-Sn共掺杂β-Ga2O3光电性质的第 一性原理研究
  作者陈林, 李海侠, 陈春宇, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 506-512. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1489
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  运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,针对本征β-Ga₂O₃以及不同浓度与掺杂位置条件下的Mg-Sn共掺杂β-Ga₂O₃,在完成几何结构优化之后,对各体系的光电性质展开了计算。结果显示,经过结构优化的掺杂体系展现出优异的热力学稳定性。掺杂引入的杂质能级显著改变了电子结构,导致带隙缩小且导电性增强。此外,掺杂体系的光吸收和光反射曲线出现红移,250~350nm波段内光吸收强度显著提高,尤其在Ga₂₂Mg₍₂₎Sn₍₁₎O₃₆体系中表现得尤为突出,这些研究发现为高性能日盲紫外探测器的设计与开发提供了重要的理论依据。

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  基于PCB铜线路的保险丝熔断模型及应用研究
  作者杨振国, 周位强, 程炜超, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 513-517. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1449
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  随着工业自动化的迅猛发展,市场对低成本且高可靠性设备的需求日益增加。保险丝作为设备中不可或缺的重要元器件,通过在PCB(印刷电路板)上直接设计铜线路来实现其功能,不仅能够有效降低生产和材料成本,还能显著提升设备的整体可靠性。为了确保这种PCB保险丝设计的准确性和可靠性,提出了一种综合考虑PCB线宽、铜箔厚度和材料等多维因素的PCB保险丝模型。通过对比模型计算结果与实际测量数据,发现两者的偏差小于5%。这表明该模型在实际应用中具有极高的准确性和可行性。这种创新的设计方法不仅满足了现代工业对设备性能的高要求,也为未来电子设备的设计提供了新的思路和方向。

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  Nb5+掺杂对Ni-Mn-O基NTC热敏材料特性影响的研究
  作者程飞鹏, 辜丽欢, 向艳.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 518-523. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0204
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  以传统固相反应法制备了Ni_0.75-xMn_2.25Nb_xO₄(x=0,0.15,0.25,0.35)NTC热敏电阻陶瓷。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及电学性能测试,深入探究了Nb⁵⁺掺杂对Ni_0.75-xMn_2.25NbxO₄材料的相组成、微观形貌及阻温特性的影响机制。实验结果表明:当x≤0.15时,材料保持单一的立方尖晶石结构;当x≥0.25时,材料中出现尖晶石相(NiMn₂O₄)和MnNb₂O₆、Mn₃O₄第二相共存现象,且立方尖晶石结构的衍射峰强度大幅降低,第

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  用于构建神经元的非易失性忆阻器的置回特性研究
  作者佟俊德, 潘忻强, 帅垚, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 524-530. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1578
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  基于可作为突触的非易失性忆阻器构建神经元,有望将构建突触和神经元统一到一种器件上,但基于非易失性忆阻器构建神经元的关键是需要完成发放后的置回,而目前缺乏针对忆阻置回方法的研究。针对具有良好忆阻特性的单晶LiNbO₃薄膜忆阻器,开展了置回特性研究。研究了等幅电压脉冲序列作用下的置回特性,发现其难以满足置回要求。在此基础上,研究了幅值渐变的电压脉冲序列的置回作用,重点研究了最大脉冲幅值和脉冲宽度的影响,优化了幅值渐变电压脉冲序列参数,厘清了置回作用与积分作用的平衡关系,采用最大脉冲幅值为7V和脉冲宽度为40ms的幅值渐变电压脉冲序列将单晶LiNbO^₃薄膜忆阻器的电阻值置回至200kΩ以下,并在20次积分-置回循环中具有稳定的阻值变化范围。

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  动态工况下车用双面散热SiC模块热力特性研究
  作者赵礼辉, 刘静, 郭辉, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 531-539. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1500
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  为研究用户使用条件下的热力特性,提出一种基于动态工况下车用双面散热封装(Double-SidedCooling,DSC)SiC模块的热力特性研究方法。建立了永磁同步电机数学模型与电机控制器负荷特性模型,以典型用户工况作为输入提取了负荷特性;基于DSCSiC模块损耗模型计算分析了功率损耗特性;以功率损耗作为热力耦合仿真的热载荷,评估了稳态与动态工况下DSCSiC模块的温度与应力,并分析了散热系数、封装材料等对其热力特性的影响。结果表明:芯片与下焊料层连接处的中心区域温度相比其他区域更高,热应力主要集中在芯片和焊料层连接的边角位置;考虑用户使用条件下的动态工况,能够更准确地评估模块的热力特性;优化散热系数以及选用如氮化铝陶瓷层、钼缓冲层等封装材料是提升DSCSiC模块可靠性和使用寿命的有效措施。

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  基于GaN器件的高效抗辐射DC/DC变换器设计
  作者高东辉, 张伶鳦, 陈家海, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 540-548. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1445
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  针对当前混合集成抗辐射DC/DC变换器存在输出功率小、转换效率低等问题,在优化DC/DC变换器功率拓扑的基础上,采用先进的抗辐射GaN开关管,设计了一款70~120V输入、28V/150W输出的高效混合集成抗辐射DC/DC变换器原理样机。首先对电路方案进行了详细研究,主要包括半桥拓扑结构工作原理分析、控制电路设计、抗辐射GaN隔离驱动电路设计等;其次对混合集成工艺方案进行了详细设计和分析;最后对抗辐射GaN器件的损耗进行了详细计算,对比了采用抗辐射GaN器件和采用抗辐射MOSFET的DC/DC电源效率。原理样机测试结果表明:在同等体积下,相比于现有产品,输出功率由120W提升至150W,功率密度提升25%,额定工况转换效率由85.4%提升至91.3%。理论分析与实验结果吻合,为抗辐射DC/DC变换器实现大功率、高效率和小型化提供了思路。

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  用于LLC谐振变换器的LTCF叠层变压器设计研究
  作者金怿伟, 邢孟江, 杨圆圆, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 549-555. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1502
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  现有的LTCF叠层变压器设计方法主要针对反激电源结构,且缺乏系统的设计流程。尝试将LTCF工艺引入LLC谐振变换器的变压器设计中,采用微磁叠层铁氧体基片作为磁导材料,探讨了一种新的LTCF变压器设计方法。该方法基于三明治结构的变压器绕组,将LLC谐振变换器中串联和并联的电感与变压器在非理想条件下的漏感以及励磁电感相结合,有效改善初次级线圈的耦合系数,并减少漏磁,实现器件数量的有效精简。同时,分析了线圈中心半径r、绕组宽度w_w和绕组间距w_g对变压器性能的影响。结果表明,该变压器在500kHz至1MHz频率范围内的耦合系数k可达0.847至0.986,验证了设计方法的有效性和准确性。此变压器可应用于小型电源模块电路中,以改善器件性能并缩小器件尺寸。

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  具备人体环境稳定性的双频圆极化织物天线
  作者王蒙军, 马亚婷.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 556-566. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0082
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  针对可穿戴天线在人体复杂电磁环境下的性能退化问题,提出一种基于人工磁导体(AMC)结构的织物天线。通过在辐射贴片上延伸枝节,实现1.575GHz频段圆极化辐射和4.9GHz频段线极化辐射。斜坡形地面和地板上的凹槽使天线在4.9GHz频段表现出优异的圆偏振特性。进一步设计3×3AMC单元阵列集成于天线正后方,每个单元由方形贴片和带T形槽的方环形贴片组成。仿真和实测结果表明,AMC天线的阻抗带宽分别为4.5%和12%,3dB轴比带宽分别为3.0%和12.5%。人体穿戴实验表明,AMC结构能有效提高天线与人体之间的隔离度。在不同人体及不同部位的穿戴环境中,该AMC天线展现出了良好的S参数和轴比稳定性,使其适用于1.575GHz北斗卫星定位和4.9GHz物联网应用。

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  一种超高速的8位2. 6 GS/s SAR ADC设计
  作者任建, 许智超, 何炳辉, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 567-572. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1506
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  串行器/解串器(SerDes)及现代数据传输对速度的要求逐渐提高。设计了一种应用于高速数据采集的低压模拟前端模/数转换器(ADC)。伪循环展开架构采用多比较器设计,消除了转换周期中的复位动作,无源传输技术通过精确控制两级ADC的电容阵列权重,实现了余量电压的高效传输,从而提升了采样速率。电路基于CMOS28nm工艺实现。后仿结果表明,在电源电压0.9V,吞吐率2.6GS/s,输入信号幅度0.9V,输入信号频率7.6172MHz频率下,该ADC有效位数为7.06bits,无杂散动态范围为62.70dB,信噪失真比为44.28dB。

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  用于高PSRR低压差线性稳压源的带隙基准源设计
  作者马晨光, 李严, 殷树娟.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 573-578. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1508
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  电源电压抑制比(PSRR)是低压差线性稳压源(LDO)的重要性能指标,较高的PSRR可以有效抑制纹波干扰,提高系统的稳定性。分析了带隙基准电压源的PSRR对LDOPSRR的影响,基于0.18μmCMOS工艺设计了一种具有高PSRR的带隙基准电压源,以此提升LDO的PSRR。采用的PSRR提升措施包括带电压负反馈的预调压电路、电容倍增电路以及低通滤波电路。仿真结果显示,基准源在100Hz,1MHz,3MHz时,分别获得了137.9,93.6,87dB的PSRR,对比其他基准源,提升约50dB。采用该基准源的LDO与其他LDO相比,在1Hz~3MHz频率范围内,PSRR提升40~50dB。可见,通过提升带隙基准电压源的PSRR可以显著提高LDO中频段的PSRR。

电容器关键材料与技术专题

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  低真空下壁垒型阳极氧化铝膜生长过程中电子电流的产生
  作者丰骏, 钱鹏, 李鹏泽, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 579-584. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0288
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  为探讨壁垒型与多孔型阳极氧化铝形成过程的本质联系,选择无腐蚀性、常用于铝电解电容器的工作电解液作为研究对象。首次对比了在低真空和常压条件下铝阳极氧化过程中的闪火曲线,结果表明,在低真空下三种电解液的闪火电压都降低了50V以上。分析认为这是由于低真空下氧气更容易析出,致使壁垒型阳极氧化铝膜(BAAF)形成效率降低。阳极氧化过程中离子电流占主导时形成BAAF,当BAAF厚度接近击穿厚度时离子电流全部转变成为电子电流,电子电流会引发氧气析出和烟雾冒出。低真空加速了离子电流向电子电流的转变,原本的BAAF也随之转化的多孔型阳极氧化铝膜(PAAF)。该结果对高压工作电解液和超高压化成箔的研究具备重要的指导价值。

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  高压叠层铝电解电容器耐高温高湿性能研究
  作者陈绪鑫, 曾庆雨, 刘学孔, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 585-592. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1409
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  由PEDOT∶PSS分散体制成的高压叠层铝电解电容器,在85℃/85%RH高温高湿环境中加电工作一定时间后,电容器出现严重开裂和被腐蚀的失效特征。分析可知,该失效与分散体中的交联剂有关。为了制备厚度适中且边角包覆良好的聚合物阴极层,需将交联剂与分散体按比例循环涂覆于铝箔阳极表面。通过设计和配制交联剂主要成分试验溶液并模拟其高温高湿下工作的试验,确定了对甲苯磺酸是造成高压叠层铝电解电容器高温高湿失效的主要有害成分;清洗处理虽能显著提升电容器耐高温高湿性能,但会导致其电性能下降,影响可靠性。通过熔融处理将清洗后的聚合物层与介质氧化膜重新结合紧密,有效改善电容器的电参数、提高其可靠性。该研究解决了高压叠层铝电解电容器难以在高温高湿环境下存储与使用的难题,拓宽了叠层铝电解电容器的使用和储存领域。

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  砂磨工艺对镍电极多层瓷介电容器性能及可靠性的影响
  作者张鸿军, 易凤举, 何云飞.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 593-598. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0292
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  通过调整瓷浆料砂磨次数,制备了三组致密性不同的镍电极多层瓷介电容器(BME-MLCC)。研究了砂磨次数引起的瓷体致密性差异对BME-MLCC电性能和可靠性的影响。借助扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试仪及碳硫分析仪等手段,分析了瓷体致密性、晶粒尺寸、气孔分布等微观结构差异对BME-MLCC电性能和可靠性的影响。结果表明,砂磨次数引起的瓷体致密性过度稀疏或过度紧密都将降低BME-MLCC的电性能和可靠性。当砂磨次数为14次时,瓷体端面和内部结构紧密程度最为适中,电性能最为集中和稳定,可靠性最佳。

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  润湿特性对超级电容器储能性能影响
  作者杨创华.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5): 599-605. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0197
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  为解决超级电容器储能性能的优化难题,本研究深入探讨了电极材料的润湿特性对储能性能的影响。采用等离子体增强化学气相沉积技术,在Pt/Si基底上制备了石墨烯电极材料,并将其组装成超级电容器。通过拉曼光谱仪、伏安特性检测仪等设备,对在不同电解液渗流压力和不同沉积时间条件下制备的石墨烯电极材料及对应电容器性能进行系统测试。测试结果显示,随着电解液渗流压力的提高,石墨烯电极材料的润湿性增强,电容器的电流密度也随之提升。在沉积时间75min、电解液渗流压力600kPa的条件下,石墨烯电极材料的拉曼特征峰相对强度较高,SEM表征显示石墨烯分布均匀且结构优良,电解液浸润效果良好,电容器的双电层电容储能性能达到最优。研究证明,电极材料的润湿特性对超级电容器的储能性能具有重要影响,通过优化润湿特性可有效提升电容器的储能性能。

综述与评论

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  测试探针用钯银铜合金丝材研究现状
  作者张波, 操齐高, 张国君, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(5):606-614.DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1524
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  随着半导体技术向微型化和高性能化发展,测试探针的可靠性及耐久性需求日益严格。钯银铜(Pd-Ag-Cu)合金因其高强高硬、优异导电性及耐腐蚀性成为测试探针的理想材料。系统综述了钯银铜合金在半导体测试探针中的应用现状,重点分析了合金元素(如Pd、Ag、Cu及微量添加元素)对合金组织与性能的影响机制,并探讨了固溶时效等热处理工艺对合金硬度、强度及导电性的调控作用。研究表明,通过优化合金配比并结合特定热处理工艺,可显著提升合金的综合性能,同时保持电导率。此外,微量元素的添加可进一步改善合金的晶粒细化及抗腐蚀能力。未来研究需聚焦于合金元素的经济化替代、加工工艺精密化改进,以及新型探针材料的开发,以满足半导体行业对高精度、长寿命测试探针的需求。