第三届上银优秀机械博士论文摘要选登

论文名称：高性能永磁式同步风力发电机之设计

论文作者：台湾科技大学/萧钧毓

指导教师：叶胜年《研究领域：电机机械、电力电子、电力系统》

黄仲钦《研究领域：永磁电机设计（风力发电及电动载具）、市电并网（小型风力及太阳能系统）》

本论文旨在提出一套高性能风力发电机的设计准则，包含高效率、高感应电动势、低电压谐波失真、低转矩涟波及低顿转转矩为目标，利用田口法及磁石修弧技术作定子与转子之优化，并用同一发电机结构由外部接线来改变双三相及六相绕组，在低风速时二组三相绕组可串联以提高输出电压；而在高风速时则可采并联方式，其优点为当其中一组故障时，则另外一组可继续发电供负载使用。藉由有限元素磁路分析软件包进行磁路与电气特性分析，从空载及加载的实验结果探讨发电机的特性，并分别以额定容量10kW及300W风力发电机来作应用说明并完成实作，成功验证所提理论及设计方法，其中300W风机与日本大厂做比较，无论是尺寸大小及材料的用量都较少，在相同转速下的输出功率更提高了近40%，效率也达近90%。

本研究利用去除传统靴部结构来简化制作定子的制程，也就是采完全开口槽作设计，绕线方式则利用绝缘片先在发电机结构外绕制完成，即可套入定子齿部，此一改良可大幅度提高制程效率并节省成本。另可加装导磁性较佳的垫片（如传统硅钢片或铁质材料），卡入定子齿部，达到类似传统具有靴部结构之定子。

传统模拟顿转转矩的方式常用全模型或是分割成对称性结构来处理，但在大型发电机或槽数与极数较多的情况下，会受限于有限元素软件网格数目而无法分析。本论文提出了一个新式快速顿转转矩分析方法-半磁极对，配合有限元素软件及Matlab中的Simulink迭加方式来达到可快速求解与评估顿转转矩大小。并利用“力与力臂之杠杆原理”设计出一个简易且精确的顿转转矩量测方式，使用日常生活容易取得的资源来设计量测工具与技术，分别进行多次的量测后再求平均值，与半磁极对之快速法结果相比，准确度高达93%，验证本研究提出之顿转转矩快速法的准确性与实用性。

论文名称：300mm晶圆化学机械抛光流体润滑行为研究

论文作者：清华大学/赵德文

指导教师：路新春《研究领域：微纳制造、表面/界面微纳摩擦学理论与应用》

化学机械抛光（CMP）是集成电路制造的关键工艺之一。随着晶圆尺寸增加至300mm，对CMP全局平坦化效果的要求日益提高。目前人们对CMP机理的认识多集中在晶圆表面的材料去除机理，而对全局平坦化机理的研究相对欠缺。本文在CMP装备研发和在线测量系统研制的基础上，以流体作用为切入点，对300mm晶圆CMP过程抛光接触面的流体润滑行为和晶圆状态进行系统的实验研究，为工业CMP装备晶圆平坦化机理研究奠定基础。主要研究成果如下：

（1）针对300mm晶圆CMP装备研制了直驱抛光盘系统，并自主研发了一套可在线监测抛光动态过程晶圆表面流体压力分布、晶圆变形、晶圆姿态以及抛光接触面流体准膜厚的集成在线测量系统，建立了抛光接触面过程参量的在线检测技术，为抛光过程的认识和抛光机理的研究提供了技术和实验手段。

（2）利用所研发的在线测量系统，对工业CMP过程晶圆表面流体压力分布及其承载特性进行了深入的实验研究，发现了流体压力分布以出口区正压为主、入口区负压为辅的新特性，定量研究表明流体压力可承载10%～30%的抛光下压力；系统研究了CMP基础工艺参数对抛光过程晶圆表面流体压力分布的影响规律，所取得的结论可为CMP工艺优化提供重要参考依据。

（3）研究了300mm晶圆在抛光动态过程的变形特征，发现晶圆在均匀下压力作用下会发生10μm量级的微小凸变形，探讨了抛光下压力及分区压力配置对晶圆变形和晶圆表面流体压力分布的影响规律，分析了晶圆变形对流体压力分布的影响机理，研究结果为CMP抛光头分区压力参数设置和调整提供了重要依据。

（4）提出了晶圆姿态与流体准膜厚的概念及相应的在线测量方法，发现了抛光过程晶圆相对于抛光垫存在量级在10-5～10-4度的俯仰角与侧倾角以及14～20μm流体膜厚的现象，且抛光工艺参数对晶圆俯仰角的影响规律与流体压力相应规律一致，从而揭示了晶圆姿态对流体动压润滑的重要作用。

论文部分技术成果已经成功应用于盛美半导体（上海）有限公司的无应力抛光集成系统、深圳市力合材料有限公司的200/300mm兼容式中试抛光机中，具有良好的应用前景。