eng
Выпуск #7/2020
В. Громов, А. Дерябин, В. Смирнов
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 5321ЕН01, 5321ЕН02, 5321ЕМ06
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 5321ЕН01, 5321ЕН02, 5321ЕМ06
Просмотры: 1403
DOI: 10.22184/1992-4178.2020.198.7.138.140
Радиационно-стойкие отечественные линейные стабилизаторы напряжения 5321ЕН01, 5321ЕН02, 5321ЕМ06
В. Громов , А. Дерябин , В. Смирнов
Представлены радиационно-стойкие микросхемы линейных стабилизаторов напряжения, которые выпускаются в брянском АО «Группа Кремний ЭЛ». Рассмотрены особенности конструкции, технологии изготовления и основные параметры данных изделий.
Трехвыводные линейные интегральные стабилизаторы положительного и отрицательного напряжения первого поколения были выпущены в начале 1970-х годов. Впоследствии их производство было освоено многими производителями. Оба типа микросхем можно использовать вместе, чтобы обеспечить положительное и отрицательное напряжение питания в одной и той же цепи. Эти компоненты стали очень популярны из-за большого разнообразия корпусов, диапазонов выходных напряжений, а также простоты применения и невысокой стоимости. Немаловажным плюсом является наличие функции защиты от перегрузки по току и защиты от перегрева микросхемы, которые обеспечивают безопасность функционирования.
Развитие медицины, космонавтики и оборонных технологий постоянно повышает планку требований к элементной базе. Невозможность применения старых (а главное – проверенных) решений привела к необходимости их доработки в соответствии с новыми вызовами реальной жизни. Новые изделия линейных интегральных стабилизаторов должны быть радиационно-стойкими и функционировать в более широком диапазоне температур.
Создание такого типа линейных стабилизаторов для отечественных потребителей проводилось в Брянске, в АО «Группа Кремний ЭЛ», силами дизайн-центра предприятия. С целью достижения необходимых электрических параметров и высокой радиационной стойкости изделий на предприятии была отработана специальная перспективная технология. Для повышения стойкости и исключения тиристорного эффекта, приводящего к отказу схем, стабилизаторы изготавливаются по технологии с полной диэлектрической изоляцией элементов. В соответствии с выбранной схемотехникой стабилизатора на кристалле ИС одновременно должны быть сформированы биполярные n-p-n- и p-n-p-транзисторы. По стандартной технологии (на аналогах) p-n-p-транзисторы выполнены латеральными, что не позволяет обеспечить необходимую радиационную стойкость изделия. Поэтому была отработана технология получения на кристалле наряду со стандартным n-p-n-транзистором биполярного p-n-p-транзистора вертикальной структуры.
Дополнительно было отработано применение поликремниевых высокоомных и низкоомных резисторов. С учетом возможности работы в космосе при разработке были приняты меры для обеспечения их устойчивости к воздействию тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ).
Для оценки стойкости разработанной элементной базы к воздействию радиации было проведено на тестовых кристаллах многоступенчатое облучение, имитирующее нейтронное и γ-облучение. В целях подтверждения правильности выбора дополнительно было проведено сравнительное облучение латерального p-n-p-транзистора. Зависимости коэффициента усиления h21 от уровня облучения для латерального и вертикального p-n-p-транзисторов приведены на рис. 1 и 2. Эквивалентная доза воздействия по нейтронам определялась по времени облучения α-частицами. Зависимость коэффициента усиления h21 вертикального p-n-p-транзистора от дозы γ-облучения приведена на рис. 3. Изменение номинала поликремниевых высокоомных резисторов после воздействий составило не более –5%, для поликремниевых низкоомных резисторов – не более +5%.
Результаты проведенной работы по анализу радиационной стойкости элементной базы ИС были использованы при разработке серии 5321 радиационно-стойких линейных стабилизаторов, в частности 5321ЕН01, 5321ЕН02, 5321ЕМ06. Воздействие радиации значительно ухудшает параметры транзисторов (см. рис. 2 и 3). Однако не столь значительно, как при использовании стандартной технологии на латеральных
p-n-p-транзисторах. Тем не менее для того, чтобы электрические параметры микросхем полностью соответствовали аналогу, а после воздействия радиации не выходили из предельно допустимых значений, были введены дополнительные схемотехнические решения, позволившие ослабить влияние просадки h21. Полученная зависимость изменения выходного напряжения для 5321ЕН02А от уровня воздействия приведена на рис. 4.
Проведенные мероприятия позволили АО «Группа Кремний ЭЛ» достичь в линейных стабилизаторах 5321ЕН01, 5321ЕН02, 5321ЕМ06 следующих требований по спецстойкости: 7И1 – 5Ус, 7И6 – 5Ус, 7И7 – 6Ус, 7И12 – 2 × 3Р, 7И13 – 0,3 × 1Р, 7С4 – 14 × 5Ус, 7К1 – 5 × 2К, 7К4 – 2К, в том числе и к ТЗЧ: 7К11 (7К12) – отсутствие тиристорного эффекта и катастрофических отказов до уровня энергий 60 МэВ ∙ см2 / мг. Параллельно с разработкой был налажен серийный выпуск. На предприятии выполняется полный цикл изготовления изделий: выпуск пластин с кристаллами, сборка в корпуса, тестирование, испытания и отгрузка потребителю.
В настоящее время компания «Группа Кремний ЭЛ» предлагает 37 типономиналов линейных стабилизаторов напряжения серии 5321, имеющих ряд фиксированных выходных напряжений на токи нагрузки до 1,5 А. Микросхемы выпускаются в трехвыводных металлокерамических и полимерных корпусах (рис. 5) и в бескорпусном исполнении. Для стабилизаторов отрицательной полярности, помимо расположения выводов, согласно аналогу, предусмотрен вариант с «общим» выводом на корпус микросхемы (5321ЕМ06А1), что позволяет устанавливать стабилизаторы разных полярностей на один радиатор. Состав, аналоги и основные электрические параметры данных стабилизаторов напряжения представлены в табл. 1.
Разработанная серия микросхем по электрическим и конструктивным параметрам являются полным аналогом линейных стабилизаторов импортных серий МС78Мхх, МС78хх, МС79Мхх, что дает возможность их использования в ранее разработанной аппаратуре путем простой замены, без внесения изменений в конструкцию. Дополнительно предусмотрен широкий ряд корпусных исполнений для поверхностного монтажа. Вышеуказанные факторы позволяют применять ИС серии 5321 в перспективной наземной и космической технике, авиации, надводной и подводной технике ВМФ, а также в общепромышленной
аппаратуре. ●
В. Громов , А. Дерябин , В. Смирнов
Представлены радиационно-стойкие микросхемы линейных стабилизаторов напряжения, которые выпускаются в брянском АО «Группа Кремний ЭЛ». Рассмотрены особенности конструкции, технологии изготовления и основные параметры данных изделий.
Трехвыводные линейные интегральные стабилизаторы положительного и отрицательного напряжения первого поколения были выпущены в начале 1970-х годов. Впоследствии их производство было освоено многими производителями. Оба типа микросхем можно использовать вместе, чтобы обеспечить положительное и отрицательное напряжение питания в одной и той же цепи. Эти компоненты стали очень популярны из-за большого разнообразия корпусов, диапазонов выходных напряжений, а также простоты применения и невысокой стоимости. Немаловажным плюсом является наличие функции защиты от перегрузки по току и защиты от перегрева микросхемы, которые обеспечивают безопасность функционирования.
Развитие медицины, космонавтики и оборонных технологий постоянно повышает планку требований к элементной базе. Невозможность применения старых (а главное – проверенных) решений привела к необходимости их доработки в соответствии с новыми вызовами реальной жизни. Новые изделия линейных интегральных стабилизаторов должны быть радиационно-стойкими и функционировать в более широком диапазоне температур.
Создание такого типа линейных стабилизаторов для отечественных потребителей проводилось в Брянске, в АО «Группа Кремний ЭЛ», силами дизайн-центра предприятия. С целью достижения необходимых электрических параметров и высокой радиационной стойкости изделий на предприятии была отработана специальная перспективная технология. Для повышения стойкости и исключения тиристорного эффекта, приводящего к отказу схем, стабилизаторы изготавливаются по технологии с полной диэлектрической изоляцией элементов. В соответствии с выбранной схемотехникой стабилизатора на кристалле ИС одновременно должны быть сформированы биполярные n-p-n- и p-n-p-транзисторы. По стандартной технологии (на аналогах) p-n-p-транзисторы выполнены латеральными, что не позволяет обеспечить необходимую радиационную стойкость изделия. Поэтому была отработана технология получения на кристалле наряду со стандартным n-p-n-транзистором биполярного p-n-p-транзистора вертикальной структуры.
Дополнительно было отработано применение поликремниевых высокоомных и низкоомных резисторов. С учетом возможности работы в космосе при разработке были приняты меры для обеспечения их устойчивости к воздействию тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ).
Для оценки стойкости разработанной элементной базы к воздействию радиации было проведено на тестовых кристаллах многоступенчатое облучение, имитирующее нейтронное и γ-облучение. В целях подтверждения правильности выбора дополнительно было проведено сравнительное облучение латерального p-n-p-транзистора. Зависимости коэффициента усиления h21 от уровня облучения для латерального и вертикального p-n-p-транзисторов приведены на рис. 1 и 2. Эквивалентная доза воздействия по нейтронам определялась по времени облучения α-частицами. Зависимость коэффициента усиления h21 вертикального p-n-p-транзистора от дозы γ-облучения приведена на рис. 3. Изменение номинала поликремниевых высокоомных резисторов после воздействий составило не более –5%, для поликремниевых низкоомных резисторов – не более +5%.
Результаты проведенной работы по анализу радиационной стойкости элементной базы ИС были использованы при разработке серии 5321 радиационно-стойких линейных стабилизаторов, в частности 5321ЕН01, 5321ЕН02, 5321ЕМ06. Воздействие радиации значительно ухудшает параметры транзисторов (см. рис. 2 и 3). Однако не столь значительно, как при использовании стандартной технологии на латеральных
p-n-p-транзисторах. Тем не менее для того, чтобы электрические параметры микросхем полностью соответствовали аналогу, а после воздействия радиации не выходили из предельно допустимых значений, были введены дополнительные схемотехнические решения, позволившие ослабить влияние просадки h21. Полученная зависимость изменения выходного напряжения для 5321ЕН02А от уровня воздействия приведена на рис. 4.
Проведенные мероприятия позволили АО «Группа Кремний ЭЛ» достичь в линейных стабилизаторах 5321ЕН01, 5321ЕН02, 5321ЕМ06 следующих требований по спецстойкости: 7И1 – 5Ус, 7И6 – 5Ус, 7И7 – 6Ус, 7И12 – 2 × 3Р, 7И13 – 0,3 × 1Р, 7С4 – 14 × 5Ус, 7К1 – 5 × 2К, 7К4 – 2К, в том числе и к ТЗЧ: 7К11 (7К12) – отсутствие тиристорного эффекта и катастрофических отказов до уровня энергий 60 МэВ ∙ см2 / мг. Параллельно с разработкой был налажен серийный выпуск. На предприятии выполняется полный цикл изготовления изделий: выпуск пластин с кристаллами, сборка в корпуса, тестирование, испытания и отгрузка потребителю.
В настоящее время компания «Группа Кремний ЭЛ» предлагает 37 типономиналов линейных стабилизаторов напряжения серии 5321, имеющих ряд фиксированных выходных напряжений на токи нагрузки до 1,5 А. Микросхемы выпускаются в трехвыводных металлокерамических и полимерных корпусах (рис. 5) и в бескорпусном исполнении. Для стабилизаторов отрицательной полярности, помимо расположения выводов, согласно аналогу, предусмотрен вариант с «общим» выводом на корпус микросхемы (5321ЕМ06А1), что позволяет устанавливать стабилизаторы разных полярностей на один радиатор. Состав, аналоги и основные электрические параметры данных стабилизаторов напряжения представлены в табл. 1.
Разработанная серия микросхем по электрическим и конструктивным параметрам являются полным аналогом линейных стабилизаторов импортных серий МС78Мхх, МС78хх, МС79Мхх, что дает возможность их использования в ранее разработанной аппаратуре путем простой замены, без внесения изменений в конструкцию. Дополнительно предусмотрен широкий ряд корпусных исполнений для поверхностного монтажа. Вышеуказанные факторы позволяют применять ИС серии 5321 в перспективной наземной и космической технике, авиации, надводной и подводной технике ВМФ, а также в общепромышленной
аппаратуре. ●
Отзывы читателей
