手机中的半导体技术晶体管技术迎来颠覆，手机续航或重回周充时代？

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

访问数量 : 23

扫码分享至微信

晶体管技术迎来颠覆，手机续航或重回周充时代？

手机在过去的二十年间完成了从功能机向智能机的进化。如今，作为移动互联网的重要终端，手机已经成为我们日常生活必不可少的“赛博器官”。在手机向智能机进化的过程中，手机变得性能更强大，拍照更清晰，体验更智能。

但当人们在手机低电量却找不到插头和线的时候，还是会怀念起那个功能机长续航的时代。在曾经的功能机时代，手机的续航时间通常是一周左右，而如今的智能手机几乎都需要一日一充或一日多充。

实际上，从智能手机问世以来，对于提升手机续航的探索从来没有停止过。但此前的努力主要集中在电池材料和显示设备上：早在2015年，牛津大学BodleTechnologies实验室就曾经宣称可以使用相变材料造出几乎不需要使用电能的屏幕，以提高手机续航。

2016年，韩国浦项工科大学的研究中开发了一款超小固体氧化物燃料电池。该电池可以在同样体积下储存比锂电池更大的能量。但这些技术从实验室走向市场还需要相当长的一段时间。

同时，芯片行业的发展也遇到了瓶颈期。摩尔定律曾预言，在芯片中，封装的晶体管数量每两年会翻一番。但近年来该定律放缓。这一方面是由于制程工艺的限制，另一方面则是由于半导体表面的面积有限，晶体管的数量不可能无限制的增长下去。从现在的角度来看，芯片晶体管数量的增长趋势已经失去了继续遵循摩尔定律的理论可能。

但如今，新的芯片制造工艺也许有望解决目前手机在性能和续航上的瓶颈，重回美好时代。

三星与IBM最新开发的垂直传输场效应晶体管技术（VTFET）创新性的将晶体管垂直于半导体布置，这使得电流的流动从传统的横向或并排流动可以变为垂直或上下的电流流动。这样的改变，不仅使得芯片从二维时代走向三维时代，使摩尔定律预言的增长曲线在新的维度得以延续，并且与现有技术相比能够减少芯片使用过程中85%的能耗。

根据IBM的报告，过去设计者提升芯片中封装的晶体管数量的方式通常是缩小栅极间距和布线间距。但在二维平面上，仍然存在一个使得所有元器件被合理布置的最小空间，该空间被称为CGP。无论多先进的封装技术，都无法突破CGP的限制。

使用VTFET工艺制造的芯片，由于电流垂直流动，栅极、空间和触点都不再受传统芯片封装工艺中二维平面的限制。在三维的空间中，GCP的限制可以被突破，这将使得在芯片设计时不再被迫权衡栅极、隔离物和触点的尺寸。这将显著提升芯片的性能并降低其功耗。

IBM副总裁Mukesh Khare在谈到这项技术的时候评论道：“这项技术旨在提供挑战传统并推动社会进步的创新，以改善人类生活，减少对环境的影响。IBM将继续和三星一道坚守联合创新，不断追求过硬技术的承诺。”雷峰网雷峰网雷峰网

手机中的半导体器件

手机中的半导体器件，主要包括二极管，三极管，场效应管，LDO器件等。

随着手机集成化程度的提高，在手机中，很少看到二极管，三极管的踪迹了，在集成电路的外围，只有少数的二极管，三极管，场效应管。都是属于手机的组成部分。

半导体：介于绝缘和导体之间的物质，在特定的温度环境中，电阻率随着状态的变化而变化，具体来说，有锗，硅，钾，非晶体，砷等物质。这些物质碰到“电流，光照，加热”等状态变化时，电阻值会变化。

作为一个一般的手机维修员，知道这些已经足够了，想进一步深入研究的可以去图书馆或网上找与半导体相关的论文等资料。

二极管

手机中的二极管由于不止一个，所以在外观上也会有不同，下面我们看图

二极管

二极管的外形特征

在手机或者平板或者其他手持设备中，二极管，按材料不同，分为塑封二极管，玻封二极管，金属封装二极管。由于玻封二极管，和金属封装二极管外观很大，所以目前的手机已经基本不用了，目前的手机中用的都是：塑封二极管。

二极管是有极性的，分正极和负极

如图所示：

二极管上那个银色的就是焊点，也叫引脚，有的是露出来的，有的没有露出来，这个就不多解释了，焊接方法都是一样的。

在手机电路中，还有双封二极管，就是将两个二极管封装在一起的

如图所示

发光二极管：简称LED，是由含镓（jia）、砷（shen）、磷、氮等的化合物制成。

当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。

手机中用的都是贴片式发光二极管，发出的光颜色有多种，如图所示：

发光二极管的符号：

二极管按功能划分又有普通二极管，稳压二极管，发光二极管，光电二极管，变容二极管，等。

如图所示：

符号是手绘的建议对照图纸核对一下，手机维修里面最多的，就算普通二极管符号和稳压二极管符号

二极管在手机电路中的表达方式一般用：D,DZ，或者VD，V等表示，V/VD一般是供电单元的二极管表现形式，例如：V1202肯定就是和供电有关的，等等，大家可以对照图纸看看。

看图：

二极管的工作原理：就好比是交通规则中的单行道一样，只能朝着一个方向行驶车辆。

二极管的特性：单向导电性，也就是：单向导通，反向截止。

对于维修人员来说：避免二极管正负极颠倒。懂得如何测量二极管的好坏，一般用万用表的“二极管/蜂鸣档”，方法如下：红表笔和黑表笔测量二极管的两个极，测量出结果后，表笔位置交换一下，再测。如果两次测量结果都是数字无穷大（显示1就是无穷大），说明二极管坏了，开路了，如果两次测量结果数值接近0，说明击穿了，快短路了，如果一次读数为600-700一次无穷大，说明是正常的。

三极管

三极管，是一种具有三个有效电极，能起放大，震荡，或者开关等作用的半导体器件，在手机中也被广泛使用。

三极管在半导体锗或者硅的单晶上制作两个相互影响的PN结，组成一个PNP或者NPN结构。中间的N区或者P区代表基区，两边的区域叫做发射区或者集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫做：基极B,发射极E和集电极C。

三极管外形特征，手机中的三极管一般都是贴片式塑封三极管

贴片三极管：有3个引脚，分别是基极B,发射极E和集电极C，三极管的外形，一定要和双封二极管区分开，如果在主板上难以区分，可以在原理图上区别，因为它们的电路符号不一样

二极管有双封二极管。同样的，三极管也有双封，四封，多封等。如图所示：

三极管的图像符号：在手机的原理图中，三极管的符号用V表示。

还有一些图纸会用T,VT表示。三极管按材料分有两种，锗管和硅管。三极管的工作原理极其复杂，但是对于我们手机维修人员来说，只需要认识它的外观，会识符号图，会测量它的好坏，就足够了。

三极管的作用：

1：放大作用，例如升压电路里面。

2：开关作用，例如充电电路和各种开关电路

3: 混频作用，例如手机的信号部分

三极管出现的故障现象：

1：开路，就是说在电路中失去了作用

2：击穿，意思也是失去作用

3：性能变差，也可以理解为，失去作用

下面我们讲重点，就算用万用表测量三极管，请看完务必动手操作一遍。

三极管有两个PN节，发射结BE合集电结BC，按测量二极管的方法测量即可，三极管等效结构图如下：

判断三极管好坏：用数字万用表测量基极，和集电极，发射极，之间的正反向内阻，如果其中一个阻值接近0Ω或者无穷大，，说明三极管坏。

实际维修中，以替换法为主，方便快捷！！！

三极管在手机中已经逐渐被场效应管替代，因为场效应管功能和三极管差不多，但是场效应管更稳定！！！所以我们对三极管这一块就不用过多的去了解了，大家知道一点即可。

场效应管

场效应管简称：FET，是利用电场效应来控制半导体中电流的一种半导体器件，因此而得名。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高，声小，功耗低，动态范围大，易于集成，没有二次基础现象，安全工作区宽等优点，在手机中已经开始取代三极管。

场效应管的外观和三极管比较像,也有三个电极，分别叫做栅极G，漏极D，源极S，相当于三极管的基极B，集电极C，发射极E。

在手机主板上，场效应管的外形以及原理图如下，一般颜色是黑色，一般有三个引脚，也有少数有3-6个引脚。

场效应管在电路图中的电路符号一般用Q表示

上图的Q2，可以理解为一个多封装的场效应管，简而言之就是一个3个以上封装的内引脚场效应管，BGA形式。

场效应管是电压控制元件，三极管是电流型控制元件，相对三极管来说，场效应管更省电，随着工艺的不断提升，场效应管已经取代了三极管在手机中的应用。

场效应管在手机电路中的作用主要是放大和开关电路。特别是充电电路，震动马达控制电路，供电控制电路中。

LDO-在手机中成为稳压块，你可以理解为“稳压器”，在手机中很常见，它是一个单独的芯片，例如手机射频电路中的5脚或者6脚稳压块，另外有些稳压块集成在芯片的内部，比如电源ic，里面就集成了很多个稳压块，所以电源你也可以理解为一个超级“稳压器”。手机中的供电只有一个电池，但是每一个电路需要的电压都不一样，所以需要很多个稳压块稳压，分流，输出不同的电压。

手机中的LDO一般就三种，一种是功率型ldo稳压器，主要适用在大电流的供电电路中，一种带有控制功能的lDO，主要适用在手机非连续性供电的电路中，例如：射频电路，音频放大电路，这一种要尤其注意，比如喇叭接口那里，不是什么时候都有电压的，只有铃声电路开始工作或者打电话的时候才会有，再比如，功放供电，也不是什么时候都能测到的，有时候非要打电话，或者刚刚开机那会，才能测到电压。最后一种贴片LDO，内部有一路或者多路供电输出，一般带有控制功能。

如图所示：看下图几种LDO