Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2012 №3

БиКДМОП-процесс с низкой себестоимостью

Котов Владимир  
Рудаковский Денис  
Токарев Владимир  

30‑ и 18‑В 1,2‑мкм БиКДМОП-процесс с низкой себестоимостью (low cost) — это оригинальная технология компании «Микроника» для производства мощных ИМС массового потребления. Эта технология предназначена в основном для изготовления аналоговых и цифро-аналоговых ИМС с мощным ключом на выходе для работы на индуктивную или резистивную нагрузки.

Основные виды ИМС, которые могут быть изготовлены по данной технологии, и их применение показаны на рис. 1.

Типы ИМС и их применение

Рис. 1. Типы ИМС и их применение

Горизонтальный n-канальный ДМОП-транзистор с низким удельным сопротивлением канала в открытом состоянии (Rsp) — это главный элемент технологии. Использование 1,2-км проектных норм и 13 фотолитографий в технологическом процессе позволяет получить Rsp ДМОП-транзистора не хуже, чем для ряда субмикронных 0,25–0,35-мкм технологий: 36 мОм·см2 для 30-В процесса и 0,23 мОм·см2 для 18-В процесса (рис. 2) [1]. Низкая себестоимость техпроцесса обеспечивается дешевизной блоков с 1,2-км проектными нормами и небольшим числом фотолитографий.

Сравнение Rsp ДМОП-транзисторов ведущих фирм

Рис. 2. Сравнение Rsp ДМОП-транзисторов ведущих фирм

Оригинальная технология позволяет получить ДМОП (DMOS), высоковольтные (HV) и низковольтные (LV) КМОП (CMOS), высоко- и низковольтные NPN, низковольтные PNP, высоковольтные n-JFET транзисторы, диоды Шоттки, диод Зенера, резисторы в активных слоях на основе всего 13 фотолитографических масок. Типовое пробивное напряжение ДМОП и высоковольтных транзисторов всех типов — более 37 В для 30-В процесса и более 25 В для 18-В процесса. Технология включает в себя формирование самосовмещенных n/p-карманов в эпитаксиальной структуре с n+ скрытым слоем и базы ДМОП-транзистора, самосовмещенной с затвором, плюс один уровень поликремния и один уровень металла. Краткая характеристика элементной базы представлена в таблице 1.

Таблица 1. Краткая характеристика элементной базы

Технология 1,2 мкм, 30 В 1,2 мкм, 18 В
LV NMOS (Vgs/Vds/Vt/Id) 5 В/5 В/0,7 В/0,28 мА/мкм
LV PMOS (Vgs/Vds/Vt/Id) 5 В/5 В/0,95 В/0,14 мА/мкм
HV NMOS (Vgs/Vds/Vt/Id) 10 В/30 В/0,65 В/0,25 мА/мкм 10 В/30 В/0,65 В/0,5 мА/мкм
HV PMOS (Vgs/Vds/Vt/Id) 10 В/30 В/0,95 В/0,17 мА/мкм
NDMOS (Vgs max в switch режиме / Vds/Vt/Rsp при Vgs = 7,5 В) 10 В/30 В/1,4 В/0,36 мОм·см2 10 В/18 В/1,4 В/0,23 мОм·см2
LV NPN (Vce/Hfe) 10 В/35 ед.
HV NPN (Vce/Hfe) 30 В/35 ед.
LV PNP (Vce/Hfe) 10 В/85 ед.
nJFET (Vpinch_off/Vds) –7 В/30 В –7 В/18 В
Диод Шоттки (Vf/Vr) 0,27 В/30 В
Диод Зенера (Vr) 7 В

Возможно расширение элементной базы посредством использования добавочных блоков в технологическом процессе. К ним относятся:

  • NDMOS-транзистор с более низким (до 20%) Rsp: два дополнительных слоя и двухуровневая металлизация;
  • высокоомный поликремневый резистор (1–2 кОм): один дополнительный слой.

Компания «Микроника» на основе этого БиКДМОП-техпроцесса разработала серию микросхем однокристальных синхронных понижающих DC/DC-преобразователей (Synchronous Rectified Step-Down Converter) с двумя встроенными силовыми ДМОП-транзисторами. Электрические параметры микросхем (табл. 2) позволяют реализовать на их основе недорогие источники питания для наиболее востребованных уровней рабочих токов и напряжений. Микросхемы MCA1086 и MCA1087 рассчитаны на выходной ток до 2 А. Обе схемы выполнены в компактных корпусах SOP-8L (5×6 мм). Различие между ними заключается в том, что схема MCA1086 оптимизирована для работы при более низких входных напряжениях (до 18 В) и изготавливается по 18-В БиКДМОП-процессу. Микросхема MCA1088 является наиболее мощной из представленных схем и способна работать на нагрузку до 3 А. MCA1088 выпускается в корпусе SOIC-8N (5×6 мм), имеющем встроенный теплоотвод.

Таблица 2. Основные параметры микросхем

Наименование Vвх, В Vвых, В Iвых (max), А Vfb, мВ Ishtd, мкА Частота, кГц Тип корпуса
MCA1086 45–18 0,925–12 2 925 ±25 <3 380 SOP-8L
MCA1087 4,5–23 0,925–16 2 925 ±25 <3 360 SOP-8L
MCA1088 4,5–23 0,925–16 3 925 ±25 <3 350 SOIC-8N

Микросхемы характеризуются высокой стабильностью выходного напряжения ±2,7% во всем диапазоне входного напряжения и выходного тока. Использование встроенных силовых транзисторов с низким значением сопротивления в открытом состоянии Rds(on) и малым значением заряда затвора позволяет получить эффективность до 95% (рис. 3), что соответствует уровню, которого достигли ведущие фирмы-производители. Также микросхемы обладают рядом дополнительных функций, обеспечивающих их безопасное и эффективное применение. Наличие регулируемой схемы «мягкого» запуска, схемы ограничения максимального пикового тока обоих встроенных силовых транзисторов, компараторов, контролирующих превышение/понижение выходного напряжения, а также температурной защиты позволяет увеличить надежность преобразователя и, соответственно, изделия в целом.

Зависимость эффективности MCA1088 от тока нагрузки

Рис. 3. Зависимость эффективности MCA1088 от тока нагрузки для напряжения питания 12 В

В схеме используется минимум внешних компонентов для устойчивой работы (рис. 4). Типовая схема включения состоит из входного фильтрующего конденсатора С1, конденсатора «мягкого» запуска C4, цепи коррекции усилителя обратной связи C3R3C6, накопительного конденсатора C5, дросселя L1, резистивного делителя R1R2, задающего выходное напряжение, и сдвоенного сглаживающего керамического конденсатора C2.

Типовая схема применения MCA1088

Рис. 4. Типовая схема применения MCA1088

Средневзвешенная стоимость приборов, изготовленных по 1,2-км БиКДМОП-процессу, меньше объявленной рыночной стоимости аналогичных приборов ведущей компании MPS (Тайвань), выпускающей большое количество схем коммерческого применения (табл. 3).

Таблица 3. Сравнительная стоимость ИМС DC/DC-преобразователей

Стоимость прибора, в центах США
2 А, 18 В 2 А, 23 В 3 А, 23 В
MCA1086 MP1482 MCA1087 MP2305 MCA1088 MP2307
12 20 12 20 16 28

Таким образом, разработанный БиКДМОП-техпроцесс позволяет выпускать изделия, отличающиеся низкой себестоимостью производства и, следовательно, привлекательной ценой. При этом уменьшение себестоимости было реализовано без ущерба для электрических параметров элементной базы. Практически все фирмы, которые делают коммерческие схемы, развивают такой процесс.

Литература

  1. Efland T. R. Trends in Power Devices / Dongbu Tech Day 10. 2009.
  2. http://www.monolithicpower.com/default.aspx
  3. http://te.vrn.ru/index.html

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке