第三屆上銀優秀機械博士論文摘要選登

論文名稱：高性能永磁式同步風力發電機之設計

論文作者：臺灣科技大學/蕭鈞毓

指導教師：葉勝年《研究領域：電機機械、電力電子、電力系統》

黃仲欽《研究領域：永磁電機設計（風力發電及電動載具）、市電并網（小型風力及太陽能系統）》

本論文旨在提出一套高性能風力發電機的設計準則，包含高效率、高感應電動勢、低電壓諧波失真、低轉矩漣波及低頓轉轉矩為目標，利用田口法及磁石修弧技術作定子與轉子之優化，并用同一發電機結構由外部接線來改變雙三相及六相繞組，在低風速時二組三相繞組可串聯以提高輸出電壓；而在高風速時則可采并聯方式，其優點為當其中一組故障時，則另外一組可繼續發電供負載使用。藉由有限元素磁路分析軟件包進行磁路與電氣特性分析，從空載及加載的實驗結果探討發電機的特性，并分別以額定容量10kW及300W風力發電機來作應用說明并完成實作，成功驗證所提理論及設計方法，其中300W風機與日本大廠做比較，無論是尺寸大小及材料的用量都較少，在相同轉速下的輸出功率更提高了近40%，效率也達近90%。

本研究利用去除傳統靴部結構來簡化制作定子的制程，也就是采完全開口槽作設計，繞線方式則利用絕緣片先在發電機結構外繞制完成，即可套入定子齒部，此一改良可大幅度提高制程效率并節省成本。另可加裝導磁性較佳的墊片（如傳統硅鋼片或鐵質材料），卡入定子齒部，達到類似傳統具有靴部結構之定子。

傳統模擬頓轉轉矩的方式常用全模型或是分割成對稱性結構來處理，但在大型發電機或槽數與極數較多的情況下，會受限于有限元素軟件網格數目而無法分析。本論文提出了一個新式快速頓轉轉矩分析方法-半磁極對，配合有限元素軟件及Matlab中的Simulink迭加方式來達到可快速求解與評估頓轉轉矩大小。并利用“力與力臂之杠桿原理”設計出一個簡易且精確的頓轉轉矩量測方式，使用日常生活容易取得的資源來設計量測工具與技術，分別進行多次的量測后再求平均值，與半磁極對之快速法結果相比，準確度高達93%，驗證本研究提出之頓轉轉矩快速法的準確性與實用性。

論文名稱：300mm晶圓化學機械拋光流體潤滑行為研究

論文作者：清華大學/趙德文

指導教師：路新春《研究領域：微納制造、表面/界面微納摩擦學理論與應用》

化學機械拋光（CMP）是集成電路制造的關鍵工藝之一。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機理的認識多集中在晶圓表面的材料去除機理，而對全局平坦化機理的研究相對欠缺。本文在CMP裝備研發和在線測量系統研制的基礎上，以流體作用為切入點，對300mm晶圓CMP過程拋光接觸面的流體潤滑行為和晶圓狀態進行系統的實驗研究，為工業CMP裝備晶圓平坦化機理研究奠定基礎。主要研究成果如下：

（1）針對300mm晶圓CMP裝備研制了直驅拋光盤系統，并自主研發了一套可在線監測拋光動態過程晶圓表面流體壓力分布、晶圓變形、晶圓姿態以及拋光接觸面流體準膜厚的集成在線測量系統，建立了拋光接觸面過程參量的在線檢測技術，為拋光過程的認識和拋光機理的研究提供了技術和實驗手段。

（2）利用所研發的在線測量系統，對工業CMP過程晶圓表面流體壓力分布及其承載特性進行了深入的實驗研究，發現了流體壓力分布以出口區正壓為主、入口區負壓為輔的新特性，定量研究表明流體壓力可承載10%～30%的拋光下壓力；系統研究了CMP基礎工藝參數對拋光過程晶圓表面流體壓力分布的影響規律，所取得的結論可為CMP工藝優化提供重要參考依據。

（3）研究了300mm晶圓在拋光動態過程的變形特征，發現晶圓在均勻下壓力作用下會發生10μm量級的微小凸變形，探討了拋光下壓力及分區壓力配置對晶圓變形和晶圓表面流體壓力分布的影響規律，分析了晶圓變形對流體壓力分布的影響機理，研究結果為CMP拋光頭分區壓力參數設置和調整提供了重要依據。

（4）提出了晶圓姿態與流體準膜厚的概念及相應的在線測量方法，發現了拋光過程晶圓相對于拋光墊存在量級在10-5～10-4度的俯仰角與側傾角以及14～20μm流體膜厚的現象，且拋光工藝參數對晶圓俯仰角的影響規律與流體壓力相應規律一致，從而揭示了晶圓姿態對流體動壓潤滑的重要作用。

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