Силовая электроника №3'2009

Новая серия отечественных DMOSFET силовых транзисторов

Александр Гордеев

Валерий Чукин

Юрий Обмайкин

Геннадий Кирсанов

Павел Машевич

Алексей Алферов

Татьяна Крицкая

ОАО ОКБ “Искра” совместно с ОАО Ангстрем в период с мая 2007 г. по сентябрь 2008 г. выполнили ОКР по разработке ряда мощных n-канальных DMOSFET силовых транзисторов с напряжениями 30–1200 В и токами 10–80 А. По результатам ОКР разработано свыше 30 типономиналов силовых транзисторов в корпусном и бескорпусном исполнении.

ВОАО «Ангстрем» создана серия DMOSFET-кристаллов с проектными нормами 0,8–1,2 мкм на напряжения 30, 60, 100, 200, 600, 800 и 1200 В. Чипы выполнены по планарно-эпитаксиальной технологии, методом тройной односторонней ионной имплантации (диффузии). Затворная DMOS-ячейка имеет подзатворный слой SiO2 толщиной 0,08 мкм, а в качестве электродной области использован высоколегированный поликремний толщиной до 0,4 мкм, который обеспечивает необходимое фиксированное положение уровня Ферми запрещенной зоны полупроводника на границе раздела Si – SiO2, высокую проводимость и равномерное распределение зарядов на поликремниевой обкладке затвора. Специальная технология ионной обработки границы раздела Si – SiO2 обеспечивает минимизацию плотности зарядовых состояний на границе раздела, стабильность положения плоских зон, фиксацию и юстировку порогового напряжения на достаточно низком уровне с минимальным разбросом и практически нулевым C-V гистерезисом. Одним из достижений данной технологии является резкое улучшение стойкости новых DMOSFET-структур к спецфакторам. По своим подходам в области радиационностойких DMOS-технологий ОАО «Ангстрем», наряду с фирмой International Rectifier (США), заняло лидирующие позиции в мире.

Периферия высоковольтного планарного p-n-перехода выполнена по стандартной схеме: с применением делительных p+-типа колец и пассивацией, подобной SIPOS. Металлизация кристаллов удобна как для исполнения данных кристаллов в корпусах типа SMD, ТО, SO, D2PAK и других, так и для непосредственного поверхностного монтажа на платы из металлокерамики или оксида алюминия мощных силовых микросборок для импульсных источников питания с очень высокой удельной энергомощностью — до 7–8 кВт/дм3. Конструкторско-технологические итоги разработки бескорпусных n-канальных DMOSFET кремниевых кристаллов приведены в утвержденных технических условиях АЕЯД.432140.486ТУ-ЛУ на кристаллы транзисторов 2П831А-5, 2П832А-5, 2П833А-5, 2П834А-5. 2П835А-5, 2П835Б-5, 2П836А-5.

Основным результатом ОКР стало создание серии дискретных DMOSFET-приборов для спецтехники — транзисторов 2П829А-Ж, А9-И9 в различных корпусных исполнениях, которые фактически, наряду с выпускаемыми ОАО «Ангстрем» DMOSFET-устройствами, закрывают почти весь ряд MOSFET дискретных компактных приборов для разработок в области импульсных источников питания и различных видов ВЧ преобразовательной техники.

В таблицах 1, 2 приведены основные статические и динамические параметры транзисторов 2П829А-Ж, А9-И9 и варианты их конструктивного исполнения.

Таблица 1. Основные статические параметры DMOSFET транзисторов 2П829А-Ж, А9-И9

Тип UСИ, В UЗИ, В Uпор, В IC, А RСИ ОТК, Ом Рмакс., Вт Корпус 1 (типа ТО) Корпус 2 (типа SMD)
2П829А
2П829А9
1200 25 2–4 10 1,0 200 2П829А – КТ-105-1
(аналог ТО-259АА)
2П829А9 – КТ-106-1
(аналог SHD-6)
2П829Б
2П829Б9
800 25 2–4 15 0,5 200 2П829Б – КТ-105-1
(аналог ТО-259АА)
2П829Б9 – КТ-106-1
(аналог SHD-6)
2П829В
2П829В9
600 25 2–4 20 0,15 200 2П829В – КТ-105-1
(аналог ТО-259АА)
2П829В9 – КТ-106-1
(аналог SHD-6)
2П829Г
2П829Г9
200 25 2–4 40 0,05 125 2П829Г – КТ-43А-1.01 2П829Г9 – КТ-95-1
(аналог SMD-2)
2П829Д
2П829Д9
100 25 2–4 50 0,01 125 2П829Д – КТ-43А-1.01 2П829Д9 – КТ-95-1
(аналог SMD-2)
2П929Е
2П929Е9
60 25 2–4 60 0,005 125 2П829Е – КТ-43А-1.01 2П829Е9 – КТ-95-1
(аналог SMD-2)
2П829Ж
2П829Ж9
30 25 2–4 80 0,003 125 2П829Ж – КТ-43А-1.01 2П829Ж9 – КТ-95-1
(аналог SMD-2)
2П829И9 200 25 2–4 15 0,05 125   2П829И9 – КТ-94-2
(аналог SMD-1)

Таблица 2. Основные динамические параметры DMOSFET-транзисторов 2П829А-Ж, А9-И9

Тип tзд.вкл, нс tнр, нс tзд.выкл,
нс
tсп, нс СВХ.тип.,
пФ
СВЫХ.тип.,
пФ
СПР.тип.,
пФ
Корпус 1 Корпус 2
2П829А
2П829А9
70
25
40
70
190
120
45
80
7000 450 400 2П829А – КТ-105-1
(аналог ТО-259АА)
2П829А9 – КТ-106-1
(аналог SHD-6)
2П829Б
2П829Б9
60
25
35
70
175
120
40
80
7000 600 500 2П829Б – КТ-105-1
(аналог ТО-259АА)
2П829Б9 – КТ-106-1
(аналог SHD-6)
2П829В
2П829В9
60
25
55
70
220
120
50
80
9200 1000 900 2П829В – КТ-105-1
(аналог ТО-259АА)
2П829В9 – КТ-106-1
(аналог SHD-6)
2П829Г
2П829Г9
55
25
50
70
170
120
50
80
11 000 600 500 2П829Г – КТ-43А-1.01 2П829Г9 – КТ-95-1
(аналог SMD-2)
2П829Д
2П829Д9
60
25
75
70
170
120
55
80
11 300 1800 1600 2П829Д – КТ-43А-1.01 2П829Д9 – КТ-95-1
(аналог SMD-2)
2П929Е
2П929Е9
70
25
125
70
160
120
65
80
11 500 3000 2500 2П829Е – КТ-43А-1.01 2П829Е9 – КТ-95-1
(аналог SMD-2)
2П829Ж
2П829Ж9
80
25
80
70
155
120
60
80
12 500 4600 3600 2П829Ж – КТ-43А-1.01 2П829Ж9 – КТ-95-1
(аналог SMD-2)
2П829И9 55
25
50
70
170
120
50
80
11 000 600 500   2П829И9 – КТ-94-2
(аналог SMD-1)

Транзисторы 2П829А-Ж, А9-И9, согласно утвержденным в ноябре 2008 года техническим условиям АЕЯР.432140.469ТУ, выполнены как в металлокерамических герметичных корпусах КТ-95 (SMD-2), КТ-43 (ТО-247), КТ-97 (ТО-254) в соответствии с ГОСТ 18472-88, так и во вновь разработанных Донским заводом радиодеталей корпусах КТ-106 (SMD-аналог —SHD-6), КТ-105-01 (ТО-259) по заказу ОАО «ОКБ “Искра”» и ОАО «Ангстрем». Сборка и монтаж в корпусах (рис. 1–5) чипов 2П831А-5, 2П832А-5, 2П833А-5, 2П834А-5. 2П835А-5, 2П835Б-5, 2П836А-5 обеспечивают очень высокие механические и климатические свойства, а также исключительную энергоциклостойкость (свыше 104 циклов при Δt =100 °С). Сборка приборов осуществляется по бессвинцовой технологии.



Рис. 1. Схема корпуса КТ-106-1


Рис. 2. Схема корпуса КТ-95-1


Рис. 3. Схема корпуса КТ-94-2


Рис. 4. Схема корпуса КТ-43А-1.01


Рис. 5. Схема корпуса КТ-105-1

Исключительное значение имеют результаты испытаний на воздействие специальных факторов, что позволяет рассматривать указанные транзисторы как перспективную элементную базу при модернизации и создании системы «ГЛОНАСС-К» и другого спутникового оборудования. Гарантируется надежная работа в условиях космического пространства до 18–20 лет (свыше 1 Мград).

Надежность транзисторов подтверждена испытаниями в соответствии с требованиями комплекса стандартов «Климат-7» со значениями характеристик по группе унифицированного исполнения 6У:

  • пиковое ударное ускорение 4У;
  • уровень звукового давления 5У;
  • линейное ускорение 4У.

Опыт работы с предприятиями ВПК показывает, что наибольшей популярностью у разработчиков питания при использовании MOSFET-приборов по типу 2П829 пользуются управляющие драйверы типа IR2110, IR2113, IR2233 и другие. Данные драйверы обеспечивают пиковый ток до ±2–3 А. Быстро перезарядить входные емкости MOSFET от 7 до 12,5 нф такими устройствами, конечно, сложно. По этой причине для построения ВЧ-коммутации на частотах вплоть до 500 кГц целесообразно использование более мощных драйверов — аналогов приборов фирмы IXYS по типу IXBD4410/IXBD4411, IXDD408, IXDD414, способных перезаряжать входные емкости затвор-исток MOSFET вплоть до 30 нанофарад за 30 наносекунд. Это позволит существенно снизить зависимость переходных динамических процессов от ключа по типу 2П829 и уделить основное внимание виду нагрузки.

Необходимо также отметить, что специалисты ОАО «ОКБ “Искра”» разработали дополнительное испытательное оборудование, обеспечивающее необходимые условия для квалификационных и последующих периодических испытаний. Это стенды для проведения испытаний на безотказность и долговечность, энергоциклостойкость, измерение теплового сопротивления по параметрам встроенного диодного p-n-перехода и пороговому напряжению.

Коллектив разработчиков также благодарит ОАО «Электронстандарт», ФГУП ЦНИИИ22, предприятия Минатома, а также ряд предприятий ВПК, в частности, предприятия ОАО «Концерн ПВО “Алмаз-Антей”» и Роскосмоса, за проявленную оперативность при проведении стыковочных аппаратурных испытаний.

*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2009_3_20.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо