Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2007 №8

Полупроводниковые приборы повышенной мощности в миниатюрном исполнении и мостовые выпрямители в осветительных устройствах от компании Diotec Semiconductor AG

Стейнбрунер Удо


Более 30 лет компания Diotec работает на рынке полупроводниковой техники. Полупроводниковые диоды всегда были важными компонентами электронных устройств: как выпрямители в источниках питания; как приборы для обработки сигналов; как защитные устройства в различных схемах.

Наиболее широкое распространение в области осветительной техники нашли выпрямители серии 1N4007. Такой выпрямитель, рассчитанный на ток 1 A и напряжение 1000 В, давно уже является «рабочей лошадкой» в полупроводниковой промышленности. В настоящее время изготавливаются миллиарды этих устройств (в основном в Китае). Себестоимость их изготовления на данный момент снизилась настолько, что изменение стоимости сырья, например, меди, которая применяется для изготовления выводов, обусловливает конечную цену для потребителя. Кремний, используемый в этих выпрямителях, конкурирует с кремнием, применяемым в фотоэлектрических изделиях (рис. 1), и, по существу, находится под ценовым давлением с 2006 года.

Внешний вид миниатюрной люминесцентной лампы и балластная схема
Рис. 1. Внешний вид миниатюрной люминесцентной лампы и балластная схема

Нетрудно предсказать, что к середине этого столетия миллиарды устройств серии 1N4007 все еще будут изготавливаться. Таким образом, продолжительность периода существования изделия составит 100 лет. В мире полупроводниковых приборов, который характеризуется кратковременностью периодов существования изделий и непрекращающимися нововведениями, это представляет собой уникальный случай.

Однако это не означает, что никакая дальнейшая эволюция в области выпрямителей для осветительных устройств невозможна.

В данной статье мы рассмотрим три новых изделия компании Diotec Semiconductor, применяемых для изготовления осветительных систем. Описание того, как появились эти изделия, поможет читателю в некоторой степени понять механизмы рынка выпрямительных приборов, который рос приблизительно теми же темпами, что и остальные сектора полупроводниковой промышленности на протяжении последних 15 лет.

Стремление найти рентабельную замену четырем выпрямителям серии 1N4007 в виде эквивалентного устройства для поверхностного монтажа на протяжении долгого времени было целью многих компаний. Прибор MS250 на 600 В (таблица) от компании Diotec Semiconductor представляет собой наиболее удачное решение этой задачи. Выпрямительный мост MS250 в настоящее время применяется в осветительной промышленности. Этот мостовой выпрямитель имеет выводы с шагом 2,5 мм, что соответствует промышленным стандартам. При разработке мостового выпрямителя расход материалов был уменьшен настолько, насколько это было возможно. В выпрямителе MS250 используется 0,016 г меди, а в 4 выпрямителях серии 1N4007 — 1,18 г. Площадь, занимаемая устройством на печатной плате, была уменьшена с 140 мм2 до 30 мм2. Высота устройства MS250 составляет 1,6 мм (максимум). Все эти конструктивные данные прибора обеспечивают гибкость при изготовлении. Кроме того, все четыре кристалла диодного моста устанавливаются одновременно (при использовании уникального метода монтажа, называемого QuattroChip). Данная технология позволяет улучшить «выравнивание» диодного моста, повышает теплостойкость, снижает количество выходов из строя, вызванных неравномерностью параметров диодов (при дискретной установке) и скачками входного тока.

Выпрямитель серии 1N4007 в сравнении с MS250
Рис. 2. Выпрямитель серии 1N4007 в сравнении с MS250
Таблица. Характеристики выпрямителей
Характеристики выпрямителей

Большинство конструкций балластных устройств потребляет небольшой ток. Поэтому требования к номинальным параметрам по току выпрямителей не очень высоки. Общей проблемой для осветительных конструкций является весьма высокая температура окружающего воздуха. Высокая температура вызывает появление проблем, связанных со снижением номинальных параметров по току, и во многих случаях проектировщики избегают применять мостовые выпрямители, предназначенные для поверхностного монтажа, в балластных схемах мощных конечных устройств. Они предпочитают использовать четыре дискретных устройства для поверхностного монтажа (SMD) или компоненты с осевым расположением. Серия B250S2A (таблица) решает эту проблему. Этот мостовой выпрямитель (рис. 3) официально рассчитан на номинальный ток 2,3 A и способен пропускать ток 0,7 A при температуре 125 °С. Кроме того, по спецификации он обеспечивает прямое падение напряжения VF = 0,95 В при токе 2 А, что на 15–20% лучше, чем у мостовых выпрямителей конкурентов. Эта характеристика представляет собой весомый вклад в повышение эффективности конечного устройства. Этот мостовой выпрямитель также изготавливается с использованием уникального метода, когда все 4 диода устанавливаются одновременно. Это повышает устойчивость вольт-амперной характеристики мостового выпрямителя к выбросам.

Рис. 3. а) Кривая ухудшения параметров прибора; б) мостовой выпрямитель B250S2A

В осветительной технике есть сфера, где применяются выпрямители, рассчитанные на работу при очень высоких напряжениях (до 2000 В). Эти изделия применяются в устройствах, где присутствуют высокие напряжения для поджига разряда в некоторых типах ламп. В связи с использованием в промышленности технологии пассивации диодных переходов, изготовление этих изделий в корпусах для поверхностного монтажа представляет определенную трудность. Запатентованная система Plasma-EPOS компании Diotec Semiconductor позволяет применять технологии пассивации подложки для работы на напряжениях до 2000 В. Диодные переходы, полученные с помощью этих процессов, могут монтироваться в корпусах MELF или плоских корпусах поверхностного монтажа. Это привело к появлению серий SM513-SM2000 (рис. 4) в корпусах MELF (таблица) на ток 1 A и напряжение от 1300 до 2000 В, а также недавно запущенной в производство новинки от S1T до S1Y (расширение промышленного стандарта серии S1 до 2000 В).

Внешний вид SM2000/S1Y
Рис. 4. Внешний вид SM2000/S1Y

Доступны версии серии S2x и S3x (таблица) на 2 и 3 А соответственно.

Сердцем полупроводникового устройства является кремниевый кристалл. В то время как многие поставщики только покупают кристаллы и собирают их в узлы, компания Diotec владеет полной технологической цепочкой полупроводникового производства — от создания кристаллов до сборки (корпусирования), тестирования и упаковки. Необходимое оборудование в основном изготовлено самой компанией Diotec и оптимизировано для каждой производственной стадии.

В диффузионных печах сырьевой материал (так называемые подложки) получают свою диодную одностороннюю проводимость — p-n-переход и специальные полупроводниковые характеристики. Затем подложки распиливаются на отдельные кристаллы, края очищаются и «пассивируются», то есть защищаются. Именно для этого используется патентованный безопасный для окружающей среды процесс Plasma-EPOS, выполняющий двойную пассивизацию для высокой надежности.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке