第三屆上銀優(yōu)秀機(jī)械博士論文摘要選登

論文名稱：高性能永磁式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)之設(shè)計(jì)

論文作者：臺灣科技大學(xué)/蕭鈞毓

指導(dǎo)教師：葉勝年《研究領(lǐng)域：電機(jī)機(jī)械、電力電子、電力系統(tǒng)》

黃仲欽《研究領(lǐng)域：永磁電機(jī)設(shè)計(jì)（風(fēng)力發(fā)電及電動載具）、市電并網(wǎng)（小型風(fēng)力及太陽能系統(tǒng)）》

本論文旨在提出一套高性能風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，包含高效率、高感應(yīng)電動勢、低電壓諧波失真、低轉(zhuǎn)矩漣波及低頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為目標(biāo)，利用田口法及磁石修弧技術(shù)作定子與轉(zhuǎn)子之優(yōu)化，并用同一發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)由外部接線來改變雙三相及六相繞組，在低風(fēng)速時(shí)二組三相繞組可串聯(lián)以提高輸出電壓；而在高風(fēng)速時(shí)則可采并聯(lián)方式，其優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)其中一組故障時(shí)，則另外一組可繼續(xù)發(fā)電供負(fù)載使用。藉由有限元素磁路分析軟件包進(jìn)行磁路與電氣特性分析，從空載及加載的實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討發(fā)電機(jī)的特性，并分別以額定容量10kW及300W風(fēng)力發(fā)電機(jī)來作應(yīng)用說明并完成實(shí)作，成功驗(yàn)證所提理論及設(shè)計(jì)方法，其中300W風(fēng)機(jī)與日本大廠做比較，無論是尺寸大小及材料的用量都較少，在相同轉(zhuǎn)速下的輸出功率更提高了近40%，效率也達(dá)近90%。

本研究利用去除傳統(tǒng)靴部結(jié)構(gòu)來簡化制作定子的制程，也就是采完全開口槽作設(shè)計(jì)，繞線方式則利用絕緣片先在發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)外繞制完成，即可套入定子齒部，此一改良可大幅度提高制程效率并節(jié)省成本。另可加裝導(dǎo)磁性較佳的墊片（如傳統(tǒng)硅鋼片或鐵質(zhì)材料），卡入定子齒部，達(dá)到類似傳統(tǒng)具有靴部結(jié)構(gòu)之定子。

傳統(tǒng)模擬頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的方式常用全模型或是分割成對稱性結(jié)構(gòu)來處理，但在大型發(fā)電機(jī)或槽數(shù)與極數(shù)較多的情況下，會受限于有限元素軟件網(wǎng)格數(shù)目而無法分析。本論文提出了一個(gè)新式快速頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩分析方法-半磁極對，配合有限元素軟件及Matlab中的Simulink迭加方式來達(dá)到可快速求解與評估頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大小。并利用“力與力臂之杠桿原理”設(shè)計(jì)出一個(gè)簡易且精確的頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩量測方式，使用日常生活容易取得的資源來設(shè)計(jì)量測工具與技術(shù)，分別進(jìn)行多次的量測后再求平均值，與半磁極對之快速法結(jié)果相比，準(zhǔn)確度高達(dá)93%，驗(yàn)證本研究提出之頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩快速法的準(zhǔn)確性與實(shí)用性。

論文名稱：300mm晶圓化學(xué)機(jī)械拋光流體潤滑行為研究

論文作者：清華大學(xué)/趙德文

指導(dǎo)教師：路新春《研究領(lǐng)域：微納制造、表面/界面微納摩擦學(xué)理論與應(yīng)用》

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是集成電路制造的關(guān)鍵工藝之一。隨著晶圓尺寸增加至300mm，對CMP全局平坦化效果的要求日益提高。目前人們對CMP機(jī)理的認(rèn)識多集中在晶圓表面的材料去除機(jī)理，而對全局平坦化機(jī)理的研究相對欠缺。本文在CMP裝備研發(fā)和在線測量系統(tǒng)研制的基礎(chǔ)上，以流體作用為切入點(diǎn)，對300mm晶圓CMP過程拋光接觸面的流體潤滑行為和晶圓狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，為工業(yè)CMP裝備晶圓平坦化機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。主要研究成果如下：

（1）針對300mm晶圓CMP裝備研制了直驅(qū)拋光盤系統(tǒng)，并自主研發(fā)了一套可在線監(jiān)測拋光動態(tài)過程晶圓表面流體壓力分布、晶圓變形、晶圓姿態(tài)以及拋光接觸面流體準(zhǔn)膜厚的集成在線測量系統(tǒng)，建立了拋光接觸面過程參量的在線檢測技術(shù)，為拋光過程的認(rèn)識和拋光機(jī)理的研究提供了技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段。

（2）利用所研發(fā)的在線測量系統(tǒng)，對工業(yè)CMP過程晶圓表面流體壓力分布及其承載特性進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了流體壓力分布以出口區(qū)正壓為主、入口區(qū)負(fù)壓為輔的新特性，定量研究表明流體壓力可承載10%～30%的拋光下壓力；系統(tǒng)研究了CMP基礎(chǔ)工藝參數(shù)對拋光過程晶圓表面流體壓力分布的影響規(guī)律，所取得的結(jié)論可為CMP工藝優(yōu)化提供重要參考依據(jù)。

（3）研究了300mm晶圓在拋光動態(tài)過程的變形特征，發(fā)現(xiàn)晶圓在均勻下壓力作用下會發(fā)生10μm量級的微小凸變形，探討了拋光下壓力及分區(qū)壓力配置對晶圓變形和晶圓表面流體壓力分布的影響規(guī)律，分析了晶圓變形對流體壓力分布的影響機(jī)理，研究結(jié)果為CMP拋光頭分區(qū)壓力參數(shù)設(shè)置和調(diào)整提供了重要依據(jù)。

（4）提出了晶圓姿態(tài)與流體準(zhǔn)膜厚的概念及相應(yīng)的在線測量方法，發(fā)現(xiàn)了拋光過程晶圓相對于拋光墊存在量級在10-5～10-4度的俯仰角與側(cè)傾角以及14～20μm流體膜厚的現(xiàn)象，且拋光工藝參數(shù)對晶圓俯仰角的影響規(guī)律與流體壓力相應(yīng)規(guī)律一致，從而揭示了晶圓姿態(tài)對流體動壓潤滑的重要作用。

論文部分技術(shù)成果已經(jīng)成功應(yīng)用于盛美半導(dǎo)體（上海）有限公司的無應(yīng)力拋光集成系統(tǒng)、深圳市力合材料有限公司的200/300mm兼容式中試拋光機(jī)中，具有良好的應(yīng)用前景。