Retificador trifásico controlado com fator de potência quase unitário

Dissertação de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Ramo Automação e Eletrónica Industrial

Toroid inductor development for a SIC DC-DC converter up to 150kW, based on finite element method

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Compensação da energia reactiva com minimização de perturbações sobre a rede eléctrica

Trabalho Final de Mestrado para a obtenção de grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Caracterização do “warpage” e sua variabilidade no processo produtivo de encapsulamento de circuitos integrados

Nos últimos anos a indústria de semicondutores, nomeadamente a produção de memórias, tem sofrido uma grande evolução. A necessidade de baixar custos de produção, assim como de produzir sistemas mais complexos e com maior capacidade, levou à criação da tecnologia WLP (Wafer Level Packaging). Esta tecnologia permite a produção de sistemas mais pequenos, simplificar o fluxo do processo e providenciar uma redução significativa do custo final do produto. A WLP é uma tecnologia de encapsulamento de circuitos integrados quando ainda fazem parte de wafers (bolachas de silício), em contraste com o método tradicional em que os sistemas são individualizados previamente antes de serem encapsulados. Com o desenvolvimento desta tecnologia, surgiu a necessidade de melhor compreender o comportamento mecânico do mold compound (MC - polímero encapsulante) mais especificamente do warpage (empeno) de wafers moldadas. O warpage é uma característica deste produto e deve-se à diferença do coeficiente de expansão térmica entre o silício e o mold compound. Este problema é observável no produto através do arqueamento das wafers moldadas. O warpage de wafers moldadas tem grande impacto na manufatura. Dependendo da quantidade e orientação do warpage, o transporte, manipulação, bem como, a processamento das wafers podem tornar-se complicados ou mesmo impossíveis, o que se traduz numa redução de volume de produção e diminuição da qualidade do produto. Esta dissertação foi desenvolvida na Nanium S.A., empresa portuguesa líder mundial na tecnologia de WLP em wafers de 300mm e aborda a utilização da metodologia Taguchi, no estudo da variabilidade do processo de debond para o produto X. A escolha do processo e produto baseou-se numa análise estatística da variação e do impacto do warpage ao longo doprocesso produtivo. A metodologia Taguchi é uma metodologia de controlo de qualidade e permite uma aproximação sistemática num dado processo, combinando gráficos de controlo, controlo do processo/produto, e desenho do processo para alcançar um processo robusto. Os resultados deste método e a sua correta implementação permitem obter poupanças significativas nos processos com um impacto financeiro significativo. A realização deste projeto permitiu estudar e quantificar o warpage ao longo da linha de produção e minorar o impacto desta característica no processo de debond. Este projecto permitiu ainda a discussão e o alinhamento entre as diferentes áreas de produção no que toca ao controlo e a melhoria de processos. Conseguiu–se demonstrar que o método Taguchi é um método eficiente no que toca ao estudo da variabilidade de um processo e otimização de parâmetros. A sua aplicação ao processo de debond permitiu melhorar ou a fiabilidade do processo em termos de garantia da qualidade do produto, como ao nível do aumento de produção.

Defeitos responsáveis pela isolação de GaAs irradiado com prótons

A Espectroscopia de Transientes de Níveis Profundos (DLTS – Deep Level Transient Spectroscopy) foi, detalhadamente, descrita e analisada. O processo de isolação por implantação em GaAs foi estudado. Sua dependência com a sub-rede, do As ou do Ga, em que o dopante é ativado foi investigada para material tipo-p. Semelhantes doses de implantação de prótons foram necessárias para se tornar semi-isolantes camadas de GaAs dopadas com C ou com Mg possuindo a mesma concentração de pico de lacunas livres. A estabilidade térmica da isolação nestas amostras foi medida. Diferenças no comportamento de recozimento destas apontaram a formação, provavelmente durante a referida etapa térmica, de uma estrutura diferente de defeitos em cada caso. Medidas de DLTS foram realizadas em amostras de GaAs tipo-n e tipo-p implantadas com prótons de 600 keV. A estrutura de picos observada apresentou, além de boa parte dos defeitos introduzidos para o caso de irradiação com elétrons, defeitos mais complexos. Um novo nível, com energia superior em ~0,64 eV ao valor correspondente ao topo da banda de valência, foi identificado nos espectros medidos em material tipo-p. A variação da concentração dos centros de captura introduzidos com diferentes etapas de recozimento foi estudada e comparada com o comportamento previamente observado para a resistência de folha em camadas de GaAs implantadas com prótons. Simulações foram feitas, indicando que a interpretação adotada anteriormente, associando o processo de isolação diretamente à formação de defeitos relacionados a anti-sítios, pode não estar completa.

Estudo da passividade da Liga 600 em meio ácido

A passividade da Liga 600 (76Ni 16Cr 8Fe), em Na2SO4 0,5 M, pH=2,0, em atmosfera desarejada e à temperatura ambiente, foi estudada empregando-se diferentes métodos eletroquímicos e não eletroquímicos. A voltametria cíclica, com eletrodo rotatório de disco, revelou um comportamento típico ativo-passivo, com valores para a densidade de corrente anódica bastante baixos, na ordem de alguns poucos mA/cm2. Dois picos de corrente anódica pouco resolvidos foram observados e atribuídos à provável dissolução ativa de níquel, cromo e ferro. A ausência de picos catódicos e a existência de uma histerese na região de potenciais negativos sugerem que o filme passivo formado na varredura direta não é totalmente reduzido na varredura inversa, permanecendo sempre algum tipo de filme residual sobre a superfície da liga. A região passiva se estende de aproximadamente 100 a 700 mV e corresponde à região onde níquel e cromo puros também encontram-se passivos nas condições experimentais empregadas. Na região de potenciais mais positivos do que 700 mV tem início o processo de dissolução transpassiva da liga. Constatou-se, também, que o comportamento ativo-passivo da liga é essencialmente influenciado pelo comportamento do cromo, o qual é conhecido ser bastante complexo. Através das medidas de impedância eletroquímica foi possível sugerir três circuitos equivalentes para o sistema liga/filme/solução, um para cada região de potencial (de dissolução ativa, passiva e transpassiva). Através dos mesmos pôdese caracterizar a composição química e transformações mais importantes apresentadas pelos filmes passivos formados sobre a Liga 600. As espectroscopias eletrônicas (Auger e XPS) revelaram que os filmes passivos formados são extremamente finos, na faixa de 1,2 a 1,8 nm, e que apresentam uma estrutura duplex, com uma região interna (em contato com a liga) enriquecida em cromo e uma região externa (em contato com a solução) rica em níquel e ferro. Além disso, com base nos resultados obtidos e no modelo previamente proposto para filmes passivos formados sobre o aço inoxidável 304 em solução de borato, é sugerida uma representação esquemática das prováveis estruturas dos óxidos e dos possíveis processos de transporte, para os filmes passivos formados sobre a liga. O comportamento capacitivo dos filmes passivos foi estudado empregando-se a equação de Mott-Schottky. Os resultados obtidos mostram que os filmes formados se comportam como semicondutores degenerados do tipo n e do tipo p, na região de potenciais situada maiores e menores do que o potencial de banda plana, respectivamente. Esse comportamento é considerado conseqüência das propriedades semicondutoras dos óxidos de ferro (tipo n) e cromo (tipo p) presentes nos filmes passivos. Essa interpretação é fortalecida pelos resultados obtidos através das espectroscopias eletrônicas, as quais possibilitam o estabelecimento de uma relação direta entre a composição química das duas regiões de óxidos e a análise de Mott-Schottky. O comportamento dos filmes formados na região de potenciais próximos ao potencial de banda plana é essencialmente controlado pelo óxido de níquel, cujo comportamento pode ser comparado ao de um dielétrico, sem alterar a semicondutividade do óxido de ferro, quando ambos encontram-se misturados. O alto grau de degenerescência se deve ao valor elevado da densidade de doadores e aceptores (~ 1021 cm-3). Baseado nos resultados obtidos, o modelo da estrutura eletrônica previamente proposto para explicar a semicondutividade de filmes passivos e térmicos crescidos sobre o aço inoxidável 304, pode também ser aplicado no presente estudo. Segundo tal modelo, a estrutura eletrônica dos filmes formados pode ser comparada a de uma heterojunção do tipo p–n, onde as regiões de carga espacial encontram-se localizadas nas interfaces liga-filme e filme-solução.

Desenvolvimento e otimização de um fotodetector de silício bidimensional sensível à posição

O conhecimento da física de semicondutores foi usado para desenvolver e otimizar um sensor ótico de silício capaz de determinar com precisão a posição bidimensional de incidência de um feixe de luz em sua superfície. O sensor usa o efeito de fototensão lateral para gerar um sinal elétrico de saída que é função da posição de incidência da luz. Tecnologia planar do silício foi usada na fabricação do dispositivo, incluindo implantação iônica, difusão, fotolitografia, deposição de filmes metálicos e crescimento de dielétricos. A caracterização elétrica do sensor inclui medidas estáticas, com a distribuição de portadores em regime estacionário, medidas dinâmicas, onde é analisado o transiente do sinal elétrico e medidas espectroscópicas para analisar a resposta do sensor em função do comprimento de onda da luz incidente. Simulações dos processos de fabricação, parâmetros dos passos tecnológicos, distribuição dos portadores e do potencial elétrico bidimensional no sensor foram usadas para a otimização das características do sensor.

Protótipo de um microgerador termoelétrico de estado sólido: cogeração a gás

The thermoelectric energy conversion can be performed directly on generators without moving parts, using the principle of SEEBECK effect, obtained in junctions of drivers' thermocouples and most recently in semiconductor junctions type p-n which have increased efficiency of conversion. When termogenerators are exposed to the temperature difference (thermal gradient) eletromotriz a force is generated inducing the appearance of an electric current in the circuit. Thus, it is possible to convert the heat of combustion of a gas through a burner in power, being a thermoelectric generator. The development of infrared burners, using porous ceramic plate, is possible to improve the efficiency of heating, and reduce harmful emissions such as CO, CO2, NOx, etc.. In recent years the meliorate of thermoelectric modules semiconductor (TEG's) has stimulated the development of devices generating and recovery of thermal irreversibility of thermal machines and processes, improving energy efficiency and exergy these systems, especially processes that enable the cogeneration of energy. This work is based on the construction and evaluation of a prototype in a pilot scale, for energy generation to specific applications. The unit uses a fuel gas (LPG) as a primary energy source. The prototype consists of a porous plate burner infrared, an adapter to the module generator, a set of semiconductor modules purchased from Hi-Z Inc. and a heat exchanger to be used as cold source. The prototype was mounted on a test bench, using a system of acquisition of temperature, a system of application of load and instrumentation to assess its functioning and performance. The prototype had an efficiency of chemical conversion of 0.31% for electrical and heat recovery for cogeneration of about 33.2%, resulting in an overall efficiency of 33.51%. The efficiency of energy exergy next shows that the use of primary energy to useful fuel was satisfactory, although the proposed mechanism has also has a low performance due to underuse of the area heated by the small number of modules, as well as a thermal gradient below the ideal informed by the manufacturer, and other factors. The test methodology adopted proved to be suitable for evaluating the prototype

Eosi: um modelo para desenvolvimento de sistemas embarcados tolerantes a falhas

The semiconductor technologies evolutions leads devices to be developed with higher processing capability. Thus, those components have been used widely in more fields. Many industrial environment such as: oils, mines, automotives and hospitals are frequently using those devices on theirs process. Those industries activities are direct related to environment and health safe. So, it is quite important that those systems have extra safe features yield more reliability, safe and availability. The reference model eOSI that will be presented by this work is aimed to allow the development of systems under a new view perspective which can improve and make simpler the choice of strategies for fault tolerant. As a way to validate the model na architecture FPGA-based was developed.

Protótipo de uma unidade com tri-geração de energia para utilizações remotas: aplicação de módulo secondutivo gerador termoelétrico

The generation for termoeletricity is characterized as a solid process of conversion of thermal energy (heat) in electric without the necessity of mobile parts. Although the conversion process is of low efficiency the system presents high degree of trustworthiness and low requisite of maintenance and durability. Its principle is based on the studies of termogeneration carried through by Thomas Seebeck in 1800. The frank development of the technologies of solid state for termoeletricity generation, the necessity of the best exploitation of the energy, also with incentive the cogeneration processes, the reduction of the ambient impact allies to the development of modules semiconductors of high efficiency, converge to the use of the thermoeletric generation through components of solid state in remote applications. The work presents the development, construction and performance evaluation of an prototype, in pilot scale, for energy tri-generation aiming at application in remote areas. The unit is composed of a gas lamp as primary source of energy, a module commercial semiconductor for thermoelectric generation and a shirt for production of the luminosity. The project of the device made compatible a headstock for adaptation in the gas lamp, a hot source for adaptation of the module, an exchanger of to be used heat as cold source and to compose first stage of cogeneration, an exchanger of tubular heat to compose second stage of cogeneration, the elaboration of a converter dc-dc type push pull, adequacy of a system of acquisition of temperature. It was become fullfilled assembly of the prototype in group of benches for tests and assay in the full load condition in order to evaluate its efficiency, had been carried through energy balance of the unit. The prototype presented an electric efficiency of 0,73%, thermal of 56,55%, illumination of 1,35% and global of 58,62%. The developed prototype, as the adopted methodology of assay had also taken care of to the considered objectives, making possible the attainment of conclusive results concerning to the experiment. Optimization in the system of setting of the semicondutor module, improvement in the thermal insulation and design of the prototype and system of protection to the user are suggestions to become it a commercial product

Aspectos dinâmicos da água versus álcool e acetona por técnicas de congelamento

Water still represents, on its critical properties and phase transitions, a problem of current scientific interest, as a consequence of the countless open questions and of the inadequacy of the existent theoretical models, mainly related to the different solid and liquid phases that this substance possesses. For example, there are 13 known crystalline forms of water, and also amorphous phases. One of them, the amorphous ice of very high density (VHDA), was just recently observed. Other example is the anomalous behavior in the macroscopic density, which presents a maximum at the temperature of 277 K. In order to experimentally investigate the behavior of one of the liquid-solid phase transitions, the anomaly in its density and also the metastability, we used three different cooling techniques and, as comparison systems, we made use of the solvents: acetone and ethyl alcohol. The first studied cooling system employ a Peltier plate, a device recently developed, which makes use of small cubes made up of semiconductors to change heat among two surfaces; the second system is a commercial refrigerator, similar to the residential ones. Finally, the liquid nitrogen technique, which is used to refrigerate the samples in a container, in two ways: a very fast and other one, almost static. In those three systems, three Beckers of aluminum were used (with a volume of 80 ml, each), containing water, alcohol and acetone. They were closed and maintained at atmospheric pressure. Inside of each Becker were installed three thermocouples, disposed along the vertical axis of the Beckers, one close to the inferior surface, other to the medium level and the last one close the superior surface. A system of data acquisition was built via virtual instrumentation using as a central equipment a Data-Acquisition board. The temperature data were collected by the three thermocouples in the three Beckers, simultaneously, in function of freezing time. We will present the behavior of temperature versus freezing time for the three substances. The results show the characterization of the transitions of the liquid