Рубрики
Составляющие силовой электроники

Новенькая разработка МОП полевых транзисторов для современной авто электроники

Новенькая разработка МОП полевых транзисторов для современной авто электроники Николай Голубев Одной из важных и приоритетных задач современного автопромышленности является создание

Новенькая разработка МОП полевых транзисторов для современной авто электроники Николай Голубев

Одной из важных и приоритетных задач современного автопромышленности является создание эконом, экологически незапятнанных, надежных и неопасных моделей автомобилей. При решении этой задачки главная роль отводится совершенствованию авто электроники и расширению числа систем и узлов, в каких используются электрические блоки контроля, управления и электропривода.

Для современной авто электроники требуются силовые транзисторы, обеспечивающие преобразование напряжения на частотах выше 100 кГц, коммутацию токов до 200 А, высшую устойчивость к лавинному пробою. Для низковольтных цепей авто электрического оборудования вышеперечисленным требованиям удовлетворяют МОП полевые транзисторы. Обычная планарная разработка двойной диффузии (Д2МОП) с горизонтальным каналом позволяет изготавливать силовые транзисторы с сопротивлением сток-исток в открытом состоянии (Rси откр.) 3,6-2,3 мОм при пробивном напряжении сток-исток Uси проб. = 40 В. При уровнях тока более 100 А даже при таком низком внутреннем сопротивлении утраты мощности на транзисторном элементе управления превосходят 20-30 Вт. Потому принципно принципиальной неувязкой является понижение внутреннего сопротивления управляющих силовых частей даже на несколько 10-х толикой миллиома. Предстоящее повышение площади кристалла ограничено габаритными размерами корпуса и ненужным ростом входной емкости, что приведет к понижению быстродействия и просит роста мощности в цепях управления главных силовых транзисторов.

Компания International Rectifier является одним из фаворитов в разработке и производстве компонент силовой электроники для авто электроники, повсевременно улучшает технологию и вводит новые конструктивные решения. В текущее время компания разработала серию силовых полевых транзисторов для авто электроники, соответственных требованиям эталона свойства Q101 и превосходящих по характеристикам все прошлые серии. Главные свойства новых силовых транзисторов 1 приведены в таблице.

Конструктивной особенностью кристаллов силовых транзисторов последнего поколения является вертикальное размещение канала, создаваемого на стенах канавок, которыми прорезаются на планарной стороне пластинки, за ранее сформированные двойной диффузией области истока n+ и поболее глубочайшие области канала p (trench technology — канавочная разработка). Микрофотографии фрагментов поперечного сечения с планарным (горизонтальным) и вертикальным (в «канавках») расположением каналов приведены на рис. 1.

Новенькая разработка МОП полевых транзисторов для современной авто электроники
Рис. 1. Разрез структур с горизонтальным и вертикальным каналом

Главные конструктивно-технологические плюсы МОП полевых транзистора с вертикальным каналом по сопоставлению с планарным вариантом заключаются в последующем:

1. Носители заряда в приборе с вертикальным каналом движутся только вертикально, тогда как в планарных конструкциях носители заряда в канале движутся повдоль планарной поверхности горизонтально и потом вертикально в дрейфовой области стока и проходят при всем этом еще больший путь.

2. В структуре с вертикальным каналом отсутствует присущее планарным конструкциям «сжатие» верхней дрейфовой части стока областями пространственного заряда примыкающих ячеек.

3. В конструкции, создаваемой по канавочной технологии, достигается наибольшая плотность условных ячеек на единицу площади, что обеспечивает повышение общей ширины канала.

4. В устройствах с вертикальным каналом в режиме оборотного смещения и лавинного пробоя фактически отсутствует горизонтальная составляющая тока повдоль истока n+, что является предпосылкой включения паразитного биполярного транзистора и развития разрушающего лавинного процесса в структурах с планарным расположением канала.

5. Конструктивныеособенности затвора обеспечивают улучшение зарядовых черт и времени оборотного восстановления встроенного оборотного диодика.

На рис. 2 сравниваются свойства устройств компании International Rectifier и других производителей, изготавливающих приборы для авто электроники по канавочной и планарной технологии. Из представленных данных видно, что Rси откр. для устройств, сделанных по канавочной технологии, как у компании International Rectifier, так и у других компаний приблизительно на 40% ниже, чем для устройств по планарной технологии. Энергия лавинного пробоя (Eas) для устройств компании International Rectifier, изготавливаемых по новейшей канавочной технологии (trench technology Gen 10.2), малость ниже либо сравнима с Eas для устройств седьмого поколения, производимых по полосковой технологии (stripe technology Gen 7.5), которая считается самой действенной по стойкости к лавинному пробою и вдвое выше, чем для устройств других компаний, изготавливаемых по канавочной технологии. Анализ конструкции структур с вертикальным каналом и траектории перемещения носителей заряда в их указывает, что такое конструктивно-технологическое решение обеспечивает наивысшую устойчивость к лавинному пробою и в последнее время следует ждать более высочайшие характеристики по стойкости к лавинному пробою. Применение новейшей технологии позволяет или повысить допустимую величину тока без роста размеров кристалла, или уменьшать размеры кристалла при сохранении данных уровней характеристик. Для устройств с номинальным напряжением Uси = 40 В в корпусах D2Pak и DPak малые значения Rси и допустимая величина тока ограничиваются не кристаллом, а чертами корпуса. Применение семивыводного корпуса D2Pak-7P для силового транзистора IRF2804S позволяет прирастить допустимое значение тока до 150 А и понизить Rси до 1,7 мОм.

Новенькая разработка МОП полевых транзисторов для современной авто электроники
Рис. 2. Свойства Rси.откр Eas МОП полевых транзисторов компании IR и соперников

Номенклатура устройств последнего поколения, представленных в таблице, применима для комплектации фактически всех узлов современной авто электроники. Силовые транзисторы с номинальным напряжением Uси = 40 В созданы для внедрения в блоках управления электромеханического усилителя руля (ЭМУР), антиблокировочной системы (Abs), вентилятором, электрическим приводом клапанов, коробки в автомобилях с сетевым напряжением 14 В. Переход в автомобилестроении на новый эталон электронной сети с комбинированным напряжением 14/42 В востребует расширения производства силовых транзисторов с номинальными напряжениями более 55 В, потому что динамическое перенапряжение (увеличение напряжения в сети в момент отключения потребителей) для сети с напряжением 42 В составляет 55 В. Компания International Rectifier разработала и делает по новейшей технологии (trench technology Gen 10.2) для такового внедрения силовой транзистор IRF2807ZS в корпусе D2Pak с номинальным напряжением Uси = 75 В и сопротивлением открытого канала менее 9,4 мОм.

Заключение

Высочайшие технические свойства МОП полевых транзисторов компании International Rectifier, изготавливаемых по новейшей канавочной технологии (trench technology Gen 10.2), обеспечивают создание надежных блоков управления электропривода в автомобилях с сетевым напряжением 14 В и комбинированным двухуровневым сетевым питанием 14/42 В.