高等院校精品教材：功率集成电路技术理论与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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洪慧 等 著

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• 高等教育
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• 电子工程
• 功率器件

出版社： 浙江大学出版社

ISBN：9787308088497

版次：1

商品编码：10848157

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-09-01

页数：295

内容简介

《高等院校精品教材：功率集成电路技术理论与设计》以介绍功率集成电路的基本设计原理为主线，结合已有的研究基础分别从功率器件原理、功率集成电路工艺、工艺仿真和器件仿真、电路设计和版图绘制等方面来阐述功率集成电路的设计理论。本书着重现有的主流功率集成电路相关技术，在理解功率集成电路基本设计原理的基础上，追求内容的系统性、实用性和先进性，力求读者能尽快接轨并掌握现有主流功率集成电路技术，产生兴趣与共鸣。本书是在浙江大学韩雁教授主导下，由洪慧、文进才和陈科明编写完成。

目录

第1章 绪论
1.1 功率集成电路概念
1.2 功率集成电路发展历程
1.3 功率集成电路技术特点
1.4 功率集成电路开发流程
1.5 功率集成电路存在的挑战和机遇
参考文献

第2章 基本功率器件
2.1 功率器件发展概况
2.2 可兼容功率器件
2.2.1 LDMOS器件
2.2.2 VDMOS器件
2.2.3 IGBT器件
2.3 几种功率器件比较
2.4 功率器件技术的发展
2.4.1 沟槽（Trench）技术
2.4.2 超结（Superiunction）理论
参考文献

第3章 功率集成电路工艺
3.1 基本功率集成电路兼容工艺概况
3.1.1 NMOS-DMOS兼容工艺
3.1.2 CMOS-DMOS兼容工艺
3.1.3 Bipolar-CMOS-DMOS兼容工艺
3.2 功率集成电路的隔离技术
3.2.l 自隔离
3.2.2 PN结隔离
3.2.3 介质隔离
3.2.4 隔离技术比较
3.3 功率集成电路中功率器件的终端技术
3.3.1 弱化表面场技术
3.3.2 场限环技术
3.3.3 表面变掺杂技术
3.3.4 轻掺杂技术
3.3.5 场板技术
3.3.6 场板技术在高压VDMOS终端结构中的应用实例
3.4 功率集成电路主流工艺——BCD工艺
3.4.1 BCD工艺概念
3.4.2 BCD工艺的种类和发展现状
3.4.3 BCD工艺的最新研究进展
3.5 更先进的功率集成电路工艺技术——SOI技术
3.5.1 SOI材料的制备
3.5.2 SOI-BCD工艺特点
3.6 智能功率集成电路（SPIC）工艺实例
3.6.1 SPIC工艺特点
3.6.2 SPIC工艺流程及步骤
3.6.3 SPIC可实现器件
3.7 高压功率集成电路（HVIC）工艺实例
3.7.1 HVIC工艺特点
3.7.2 HVIC工艺实例1——单晶硅BCD工艺
3.7.3 HVIC工艺实例2——SOI工艺
参考文献

第4章 功率集成电路工艺和器件仿真
4.1 工艺与器件仿真（TCAD）概念及发展概况
4.2 TCAD仿真软件简介
4.2.1 TSUPREM-4/MEDICI/DAVINCI软件
4.2.2 ISE-TCAD软件
4.2.3 ATHENA/ATLAS软件
4.3 工艺仿真
4.3.1 TSUPREM-4的工艺模型
4.3.2 TSUPREM-4的使用和举例
4.4 器件仿真
4.4.l MEDICI的计算方程和物理模型
4.4.2 MEDICI的使用和举例
4.5 器件建模
4.5.1 功率器件模型简介
4.5.2 IC-CAP软件简介
4.5.3 建模流程
参考文献

第5章 基本功率集成电路模块
5.1 功率集成电路组成
5.1.1 智能功率集成电路（SPIC）
5.1.2 高压功率集成电路（HVIC）
5.1.3 功率集成电路（PIC）与普通集成电路（IC）的区别
5.2 电平位移模块
5.2.1 典型电平位移电路
5.2.2 薄栅氧器件电平位移电路
5.2.3 全厚栅氧器件电平位移电路
5.3 栅驱动模块
5.4 保护电路——过流、过热和过/欠压保护电路
5.4.1 过流保护电路
5.4.2 过热保护电路
5.4.3 过/欠压保护电路
参考文献

第6章 功率集成电路版图设计
6.1 功率集成电路版图特点
6.1.1 温度梯度
6.1.2 噪声
6.1.3 闩锁效应
6.1.4 寄生参数
6.1.5 终端结构
6.1.6 隔离间距
6.2 隔离版图设计考虑
6.2.1 PN结隔离版图设计
6.2.2 自隔离版图设计
6.2.3 SOI隔离版图设计
6.3 整体版图布局
参考文献

第7章 智能功率集成电路（SPIC）的设计
7.1 智能功率集成电路设计要点
7.1.1 功率器件集成
7.1.2 功率器件结构
7.1.3 器件隔离
7.1.4 工艺流程选择
7.1.5 关键工艺参数
7.2 PWM开关电源智能功率集成电路的设计实例
7.2.1 开关电源原理及开关电源IC
7.2.2 开关电源IC的电路模块
7.2.3 开关电源IC的BCD工艺流程
7.2.4 PWM开关电源IC的版图设计
7.3 荧光灯驱动智能功率集成电路的设计实例
7.3.1 高频照明原理及电子镇流器IC
7.3.2 荧光灯驱动IC的电路模块
7.3.3 荧光灯驱动IC的BCD工艺流程
7.3.4 荧光灯驱动IC的版图设计
参考文献

第8章 高压集成电路（HVIC）的设计
8.1 高压集成电路的设计考虑
8.1.1 工艺流程选择
8.1.2 功率器件关键参数确定
8.1.3 关键工艺参数的折衷
8.2 等离子显示（PDP）驱动高压集成电路的设计实例
8.2.1 PDP显示系统及其扫描驱动IC
8.2.2 PDP扫描驱动IC的电路模块
8.2.3 PDP扫描驱动IC的BCD工艺流程
8.2.4 PDP扫描驱动IC的版图
8.3 液晶显示（LCD）驱动高压集成电路的设计实例
8.3.1 LCD显示系统及其数据驱动IC
8.3.2 LCD数据驱动IC的电路模块
8.3.3 LCD数据驱动IC的工艺流程
8.3.4 LCD数据驱动IC的版图设计
参考文献
附录1 SPIC BCD工艺IC设计相关文件
附录2 HVIC BCD工艺IC设计相关文件

前言/序言

功率集成电路：驱动未来，塑造高效能源的基石 在这个日益电气化和智能化发展的时代，能源的高效管理和利用已成为推动社会进步的关键。而功率集成电路（Power Integrated Circuits, PICs）作为实现这一目标的核心技术之一，正以前所未有的速度渗透到我们生活的方方面面，从驱动手机、电脑的微型电源，到支撑电动汽车、新能源电网的庞大系统，无不闪耀着功率集成电路的身影。 一、 功率集成电路：小身躯，大能量 功率集成电路，顾名思义，是将能够处理高电压、大电流的功率器件（如MOSFET、IGBT、二极管等）与控制电路、保护电路等逻辑电路集成在同一芯片上的半导体器件。相较于分立的功率器件和控制芯片，功率集成电路具有以下显著优势： 体积小巧，集成度高： 将众多器件和功能集成在一块芯片上，极大地减小了整体尺寸，使得产品设计更加紧凑，适用于空间受限的应用场景。 性能卓越，效率提升： 优化的电路布局和寄生参数的减小，能够显著提高功率转换效率，降低能量损耗，这对于降低能耗、延长电池寿命至关重要。 可靠性增强，一致性提高： 集成化的生产工艺保证了器件参数的一致性和稳定性，减少了外部元件的数量和焊接点，从而降低了系统故障率，提高了整体可靠性。 成本降低，批量生产优势明显： 规模化生产的功率集成电路能够有效降低单位成本，同时简化了电路设计和生产流程，为大规模商业化应用提供了可能。 设计灵活，功能丰富： 现代功率集成电路能够集成复杂的控制算法、保护机制（如过流、过压、过温保护）、通信接口等，实现高度智能化和灵活的电源管理。 二、 功率集成电路的应用领域：无处不在的能量使者 功率集成电路的应用范围极为广泛，几乎涵盖了所有需要进行电力转换和管理的电子设备： 1. 消费电子： 智能手机、笔记本电脑、平板电脑、LED照明、电源适配器、充电器等，都需要高效、小巧的功率集成电路来提供稳定的电源。例如，智能手机中的充电管理IC、电源管理IC（PMIC）负责电池充放电、电压调节、系统供电等核心功能。LED驱动IC则确保LED灯具稳定发光，并实现亮度调节等功能。 2. 汽车电子： 汽车的电气化程度不断提高，电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）更是对功率集成电路提出了更高的要求。车载充电器、DC-DC转换器、电池管理系统（BMS）、电机驱动控制器等都离不开高性能的功率集成电路。它们不仅负责动力系统的能量转换，还肩负着安全和续航的重任。在传统的燃油车中，也广泛应用于发动机控制单元、车载娱乐系统、车灯驱动等。 3. 工业自动化与能源： 工业电源、变频器、伺服驱动器、不间断电源（UPS）、太阳能逆变器、风力发电机控制器等，这些领域都需要能够处理高功率、高电压的功率集成电路。它们是工业生产效率、能源转化效率以及可再生能源接入电网的关键。例如，太阳能逆变器中的MPPT（最大功率点跟踪）控制器和DC-AC转换器，是实现太阳能高效利用的核心。 4. 通信与数据中心： 服务器电源、网络通信设备的电源模块、基站电源等，对电源的效率、稳定性和可靠性有着极为严苛的要求。功率集成电路能够提供高密度、高效率的电源解决方案，满足海量数据传输和处理的需求。 5. 医疗电子： 便携式医疗设备、生命体征监测仪、医用成像设备等，都需要稳定、可靠的电源供应。功率集成电路在这些设备中发挥着至关重要的作用，确保了医疗诊断和治疗的准确性和安全性。 三、 功率集成电路的核心技术挑战与发展趋势 随着应用需求的不断升级，功率集成电路的设计和制造也面临着一系列的技术挑战，并呈现出以下发展趋势： 更高的效率和更低的损耗： 追求极致的能量转化效率是永恒的主题。这需要不断优化器件结构、材料特性，以及更精密的控制算法。宽禁带半导体材料（如SiC和GaN）的出现，为实现更高电压、更高频率、更高效率的功率器件提供了可能，正在逐步取代传统的硅基功率器件。 更高的功率密度： 在有限的空间内实现更高的功率输出，是 miniaturization 的必然要求。这需要更先进的封装技术、散热技术以及更紧凑的电路设计。 更高的集成度和智能化： 将更多的功能模块集成到同一芯片上，实现“一颗芯片解决所有问题”是未来的发展方向。这包括集成数字信号处理器（DSP）、微控制器（MCU）以及更丰富的通信接口，以实现更强大的数据处理能力和更灵活的远程控制。 更强的可靠性和安全性： 随着功率集成电路在关键领域的应用越来越广泛，其可靠性和安全性变得尤为重要。需要更完善的过压、过流、过温保护机制，以及更强的抗电磁干扰（EMI）能力。 更低的 EMI (电磁干扰)： 功率转换过程中产生的电磁干扰会影响其他电子设备的正常工作。如何设计低 EMI 的功率集成电路，并开发有效的 EMI 抑制技术，是重要的研究方向。 先进的封装技术： 传统的封装方式已难以满足高性能功率集成电路的需求。更先进的封装技术，如扇出型晶圆级封装（Fan-out WLP）、三维堆叠封装（3D IC）等，能够有效减小体积、改善散热性能、降低寄生参数。 面向特定应用的定制化设计： 针对不同应用场景的独特需求，开发高度定制化的功率集成电路解决方案，能够更好地满足市场需求，提升产品竞争力。 四、 功率集成电路的设计流程概览 设计一款优秀的功率集成电路是一项复杂而系统的工作，通常包括以下几个主要环节： 1. 需求分析与规格定义： 明确应用场景、功率等级、电压范围、效率要求、成本目标、封装形式等关键参数。 2. 架构设计： 根据需求，选择合适的拓扑结构（如 Buck, Boost, Flyback, LLC 等），并设计主功率级和控制电路的整体架构。 3. 器件选型与模型建立： 选择合适的功率器件（MOSFET, IGBT, 二极管等）和控制芯片，并建立准确的器件模型，用于电路仿真。 4. 电路原理图设计： 使用 EDA 工具绘制详细的电路原理图，包括功率级、控制级、保护电路、基准电压源等。 5. 版图设计： 这是功率集成电路设计中的一个核心环节。需要根据器件特性、寄生效应、散热要求等，进行精密的版图布局和布线。功率器件的版图设计尤为关键，需要考虑电流密度、热阻、栅极驱动等因素。 6. 仿真与验证： 利用 SPICE 等仿真工具，对电路的各项性能指标进行全面的仿真验证，包括直流工作点、交流响应、瞬态响应、效率、EMI 等。 7. 流片与测试： 将设计的版图文件提交给晶圆厂进行制造（流片）。芯片制造完成后，需要进行严格的电学测试和性能评估，以验证芯片的设计是否达到预期。 8. 可靠性与安规认证： 确保产品符合相关的可靠性标准和安全规范，以满足不同行业和市场的准入要求。 五、 结论 功率集成电路作为现代电子技术的核心驱动力之一，其重要性不言而喻。随着科技的不断进步，功率集成电路的设计理念、制造工艺和应用领域都将持续深化和拓展。从更小的尺寸、更高的效率到更强的智能化，功率集成电路正不断突破界限，为我们描绘一个更加绿色、高效、便捷的能源未来。对于任何从事电子工程、电力电子、自动化控制等相关领域的专业人士而言，深入理解和掌握功率集成电路的技术原理与设计方法，无疑是把握未来科技发展脉搏的关键一步。

评分☆☆☆☆☆

我是一位在校的本科生，今年刚刚接触到功率集成电路这门课程。《高等院校精品教材：功率集成电路技术理论与设计》这本书，作为我们专业的精品教材，确实给我留下了深刻的印象。与其他一些侧重于数学推导的教材不同，这本书在理论讲解上更加注重直观性和易于理解。作者用了很多形象的比喻和生活中的例子来解释一些复杂的概念，比如在讲解功率器件的损耗时，作者将其比作摩擦力，生动地说明了能量在传输过程中是如何损失的。这对于我们这些刚刚接触该领域学生来说，极大地降低了学习的门槛。同时，这本书在理论结合实践方面做得非常出色。书中不仅有丰富的理论知识，还有大量的电路图、仿真截图以及实际应用的案例分析。这些内容让我们可以将课堂上学到的知识与实际的工程应用联系起来，加深了对知识的理解。我尤其欣赏书中关于不同功率集成电路器件的选择和应用场景的讲解，这对于我们在做课程设计和未来进入实验室进行项目研究时，都有很大的指导意义。这本书为我打下了坚实的理论基础，并且激发了我对功率集成电路设计的浓厚兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对新兴技术领域充满热情，并且喜欢自己动手实现各种小装置的电子爱好者。虽然我并非科班出身，但对智能家居、物联网等领域所用到的各种电源管理芯片一直很感兴趣。《高等院校精品教材：功率集成电路技术理论与设计》这本书，虽然书名听起来有些“高大上”，但其内容实际上非常适合我们这类有一定基础的爱好者。它不像某些教材那样晦涩难懂，而是从最基础的原理讲起，比如电容、电感、MOSFET的基本工作原理，然后逐步深入到各种DC-DC变换器的拓扑结构和控制策略。书中的图示清晰易懂，让我能够快速把握电路的工作状态。我特别喜欢书中关于如何选择合适功率器件以及如何进行简单的PCB布局的建议，这些对于我们自己动手制作电路板非常有指导意义。我还尝试着按照书中的案例，用面包板搭建了一个简单的升压电路，虽然还有很多需要改进的地方，但能够看到实验结果与理论预测基本一致，让我感到非常兴奋。这本书让我看到了功率集成电路并不是遥不可及的，而是可以通过学习和实践来掌握的。它为我打开了一扇通往更深入的电子设计领域的大门，我期待着在未来能够用它来设计更多有趣的应用。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在一家知名通信设备公司从事研发工作的工程师，我一直在寻找能够帮助我深入理解并优化我们产品中功率集成电路设计的专业书籍。《高等院校精品教材：功率集成电路技术理论与设计》这本书，在我看来，恰好填补了这一空白。书中对于功率集成电路的封装技术、集成工艺、以及不同工艺对器件性能的影响进行了详尽的阐述。我尤其关注了书中关于高频开关损耗、寄生参数效应以及如何通过优化设计来降低这些不利因素的部分。作者在这一块的分析非常透彻，结合了大量的实验数据和仿真结果，让我对如何在高频应用中提升功率集成电路的效率和可靠性有了更深的认识。此外，书中关于可靠性设计和测试方法论的章节也给我留下了深刻印象。在电子产品日益追求小型化、高密度和长寿命的今天，可靠性设计的重要性不言而喻。这本书提供了系统性的方法论，帮助工程师从设计之初就考虑可靠性因素，并给出了一系列切实可行的设计指南和评估工具。这本书不仅仅是理论的堆砌，更是将前沿的科研成果转化为可行的工程实践，对于我们这些需要将技术落地到产品中的工程师而言，其价值非凡。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在读的硕士研究生，主攻方向是电源工程，日常阅读的文献和教材数量不计其数。坦白说，一本高质量的教材能让我眼前一亮并愿意深入研读的并不多。而《高等院校精品教材：功率集成电路技术理论与设计》无疑是其中极具价值的一本。本书在理论深度和广度上都达到了相当高的水平，但其最可贵之处在于，它并没有将理论知识束之高阁，而是与其前沿的工程应用紧密结合。书中对于功率器件模型、损耗分析、热管理等关键环节的论述，不仅条理清晰，而且逻辑严谨，数据详实。我尤其欣赏作者在讲解各种拓扑结构时，对不同工作模式下的器件行为、电压电流关系以及效率损耗的深入分析。这些内容对于我们进行实际电路设计和优化至关重要。书中还详细介绍了当前主流的功率半导体器件（如IGBT、MOSFET、SiC、GaN等）的特性、优缺点及其在不同应用场景下的选择依据，这为我撰写论文和进行项目研发提供了宝贵的参考。另外，本书在设计流程、PCB布局布线、EMC设计等方面也给予了细致的指导，这些都是学校课堂上难以全面覆盖但又至关重要的工程实践经验。总而言之，这是一本既能满足学术研究需求，又能指导工程实践的优秀教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我近期遇到的技术类书籍中的一股清流！作为一名对电力电子领域充满好奇但又有些畏惧的初学者，我一直觉得这个学科门槛很高，概念复杂，公式繁多。然而，《高等院校精品教材：功率集成电路技术理论与设计》却以一种极其平易近人的方式，为我打开了新世界的大门。书中没有一开始就堆砌令人望而生畏的理论公式，而是从功率集成电路的基本概念、发展历程入手，娓娓道来。作者巧妙地运用大量生动的类比和图示，将那些抽象的原理变得直观易懂。例如，在讲解MOSFET的开关特性时，作者将其比作一个智能水龙头，生动形象地展示了栅极电压如何控制电流的通断。这种“润物细无声”的教学方式，让我渐渐克服了对技术书籍的抵触心理，开始主动去探索和理解那些看似复杂的电路。更令我惊喜的是，本书在讲解理论的同时，非常注重实践的结合。书中穿插了大量的实际案例分析，从简单的LED驱动电路到复杂的DC-DC变换器，每一个案例都循序渐进，让我能够将所学的理论知识应用到实际的设计中去。我甚至按照书中的指导，在仿真软件上搭建了一个简单的Buck变换器，看着仿真结果与理论预测一致时，那种成就感简直无法言喻！这本书让我深刻体会到，学习功率集成电路并非遥不可及，而是可以通过系统性的学习和大量的实践来掌握的。

评分☆☆☆☆☆

很满意京东的处理速度，从下单到收货不到24小时，相当给力。东西质量也不错！

评分☆☆☆☆☆

写的很多，但不知道是什么，什么都有，可什么都说不清。完全不适合新手去看，可是有基础的又没必要看这些，总结起来就是鸡肋。

评分☆☆☆☆☆

很满意京东的处理速度，从下单到收货不到24小时，相当给力。东西质量也不错！

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空泛，不具体，不值得购买

评分☆☆☆☆☆

写的很多，但不知道是什么，什么都有，可什么都说不清。完全不适合新手去看，可是有基础的又没必要看这些，总结起来就是鸡肋。

评分☆☆☆☆☆

内容详实，对半导体的器件原理介绍比较充分，是本好教材。适合做功率器件研究的人阅读

评分☆☆☆☆☆

好

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内容详实，对半导体的器件原理介绍比较充分，是本好教材。适合做功率器件研究的人阅读

评分☆☆☆☆☆

内容详实，对半导体的器件原理介绍比较充分，是本好教材。适合做功率器件研究的人阅读