11月快訊-2:為台灣加油打氣專欄(35)我們有非常特別的二極體/李家同(作者為本會理事長)

張貼者:2015年11月4日 下午7:50台灣精密工程學會   [ 已更新 2015年11月4日 下午7:52 ]



    二極體是一個電機工程師都知道的東西,圖一是一個二極體的示意圖。

 

圖一

    二極體最大的特色就是電流只有一個方向,不可能反過來。有的時候我們要將交流電轉換成直流電,交流電就不斷地有兩種方向,如果要轉成直流電,二極體就可以派上用場。當然事情也不是那麼簡單,我們起碼要有兩個二極體才可以完成工作。這種將交流電轉換成直流電的線路,叫做整流器。

 

    本來天下太平,整流器到處都會被用到,可是有一種情形就嚴重了,那就是在汽車的引擎裡也要有一個整流器,因為引擎轉動可以產生電流,但是這種電流是交流電,我們所要儲存的是直流電,所以引擎裡頭都有整流器。整流器的主要零組件就是二極體。麻煩來了,引擎內部的溫度高達攝氏250度,再加上二極體會有高達50安培的大電流通過,因此溫度又會再增加。所以我們的二極體就必須要耐高溫才行。

 

    車用的半導體零件中最難做的,就是在引擎蓋下的部份。因為車子是不允許任何零組件發生問題的,如果車子在行進中發生問題,車廠要賠很大的金錢。因此,車子對於零組件都有非常嚴格的規格。以引擎內的二極體而言,它們的規格是:車子走了十萬哩以後,每一百萬輛車只能有一部車的二極體有問題。也就是說,我們的車用二極體必須是一個非常穩定的二極體,在非常惡劣的情況之下,它不會有問題。這種二極體當然是相當貴的,也要有特別的方法來製造。

 

    請看圖二

圖二

    我們發現車用二極體的一個端點變得很大,不是一條金屬線而已,而是一個圓形的東西。這個端點當然是和一個金屬板相連的,因為金屬板很大,所以熱可以散走。但是問題來了,這麼一個大的端點,如何能夠和金屬板相連呢?過去我們熟悉的焊接方法是不能用了,理由很簡單,焊接實在是不穩定的,過一陣子就會有問題,所以要用另外一種方法。這個方法其實是大家很熟悉的,就是木匠所用的卡榫。請看圖三。

圖三

 

    我們將金屬板上打個洞,這個洞要比二極體的大端點稍微小一點,我畫得不很準確,請各位原諒。然後我們用重力將這個二極體打進去,這個重力非常大,打進去以後就非常緊了。

 

    可是最重要的,乃是這個二極體本身的設計和製造就是與眾不同的。它們需要自己的製程,比方說,在製造過程中,他們要用特別的化學塗料,因為要讓大電流通過。而且這個塗料要非常穩定,十幾年後仍然不會破裂等等,所以這個製程本身就是公司的秘密。公司也有自己的工廠,可以製造這種特別的二極體。有趣的是,這個製程本身非常特別,但是所需要的儀器卻又是非常簡單的,並不需要非常昂貴的半導體設備。

 

    希望大家了解的是,汽車公司是不會輕易買這種零組件的,他們當然會非常地慎重。公司的負責人告訴我,有一次有幾位來自法國車廠的工程師詢問他們的製程和設計,看了報告以後,一小時內要叫這家公司的負責人回答三十個問題。可見得他們多麼地慎重。

 

    我們國家的半導體工業也要注意,我們應該往特別的方向走,我們應該要會做別人不會做的東西。這家公司的車用二極體就是一個例子,因為他們極端保密,也不會在大陸設廠。可是他們的產品是用在很多外國著名的汽車上,並不受到大陸的威脅。

 

    他們花了整整五年才做出外國大車廠肯買的二極體,這種投資是值得的,因為別人要趕上,相當困難。而且車廠一旦用了你的零組件,通常他們不會換。值得注意的是,他們會要求你在十幾年內仍然要能夠供給他們這種零組件,不能說兩年之內就不再生產了,這是不行的。

 

    我們有的時候實在不必害怕大陸對我們的威脅,我們的競爭對手不該是中國大陸,而是全世界。


李家同

清華大學、靜宜大學、暨南大學榮譽教授

 

博幼社會福利基金會董事長

 

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新竹市光復路清華大學資訊工程系

 

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