{"id":25820,"date":"2025-04-06T12:44:38","date_gmt":"2025-04-06T10:44:38","guid":{"rendered":"https:\/\/saure.org\/cq-nrw\/?p=25820"},"modified":"2025-04-06T20:00:20","modified_gmt":"2025-04-06T18:00:20","slug":"warum-transistoren-in-hf-leistungsverstaerkern-durchbrennen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/saure.org\/cq-nrw\/2025\/04\/06\/warum-transistoren-in-hf-leistungsverstaerkern-durchbrennen\/","title":{"rendered":"WARUM TRANSISTOREN IN HF-LEISTUNGSVERST\u00c4RKERN DURCHBRENNEN"},"content":{"rendered":"

Eine Wei\u00dfbuch von der Firma AMPLEON <\/strong><\/em><\/span><\/p>\n

mit Kommentare von Victors R3KR – von der Firma EB104.ru, diese sind kursiv gedruckt.<\/strong><\/em><\/span><\/p>\n

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Extrem robuste 50-Volt-LDMOS-Bauelemente<\/span><\/strong><\/div>\n
Eroberung des ISM- und Broadcast-Marktes<\/span><\/strong><\/div>\n
Wei\u00dfbuch Bloem, J. de Boet, H. van Rossum, K. Vennema<\/span><\/strong><\/div>\n
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In den letzten zweieinhalb Jahrzehnten waren VDMOS-Transistoren die Arbeitspferde in vielen ISM- und Broadcast-Anwendungen. Jetzt ist diese \u00c4ra aufgrund der kontinuierlichen Verbesserungen der 50-V-LDMOS-Technologie von Ampleon zu Ende.<\/p>\n

Die LDMOS-Bauelemente der BLF18x-XR-Serie erm\u00f6glichen eine \u00fcberragende Zuverl\u00e4ssigkeit und niedrigere Systemkosten, w\u00e4hrend gleichzeitig keine gef\u00e4hrlichen Substanzen mehr erforderlich sind, die mit VDMOS-Paketen verbunden sind. Diese neue XR-Serie wurde speziell f\u00fcr HF-Energieanwendungen in den industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen (ISM) Frequenzb\u00e4ndern entwickelt, bei denen Robustheit, Stabilit\u00e4t und Zuverl\u00e4ssigkeit sowohl auf dem Markt als auch beim Transistordesign wichtige Faktoren sind. Die Ger\u00e4te erm\u00f6glichen auch hocheffiziente FM- und VHF-TV-Rundfunksender mit \u00fcberlegener korrigierbarer Linearit\u00e4t.<\/p>\n

Die Kunden von Ampleon haben nun Zugang zu einem Portfolio von Ger\u00e4ten, die alle Designherausforderungen in heutigen Anwendungen auf Basis von Dauerstrich-, gepulsten oder linearen Systemen erf\u00fcllen. Dieses Dokument enth\u00e4lt eine detaillierte Beschreibung der Funktionen der Technologie und wie sie mit den erzielten Leistungsverbesserungen zusammenh\u00e4ngen. Anwendungsbeispiele werden mit unseren neuesten 50-V-LDMOS-Bauelementen gegeben, die im Vergleich zu \u00e4lteren VDMOS und anderen derzeit auf dem Markt erh\u00e4ltlichen 50-V-LDMOS-Technologien eine \u00fcberlegene Leistung bieten.<\/p>\n

Hochspannungs-LDMOS-Technologie<\/strong><\/p>\n

Die extrem robusten 50-V-Transistoren von Ampleon werden in einer 8-Zoll-CMOS-Wafer-Fabrik verarbeitet, die \u00fcber Lithographief\u00e4higkeiten von bis zu 0,14 \u03bcm verf\u00fcgt. Der LDMOS-Prozess leitet sich vom C075 CMOS-Prozess (0,35 \u03bcm Gate) mit LOCOS-Isolierung ab. Zu den Erg\u00e4nzungen des C075-Prozesses geh\u00f6ren der Quellsenker zum Substrat, die CoSi2-Gate-Silizidierung, der Wolframschild und die pilzartige Abflussstruktur mit dicker, mehrschichtiger AlCu-Metallisierung. Abbildung 1 zeigt einen Querschnitt durch die VDMOS-Technologie, Abbildung 2 zeigt den Querschnitt eines LDMOS-Transistors.<\/p>\n

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Abbildung 1: Querschnitt durch einen vertikalen DMOS-Sendetransistor. Die L\u00e4nge des Anschnitts (die Kanall\u00e4nge) ist die Ebene des Papiers, die Kanalbreite befindet sich in der Ebene des Papiers.<\/p>\n

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Abbildung 2: Schematischer Querschnitt eines hochmodernen LDMOS-Transistors<\/p>\n

Es gibt eine Reihe wichtiger Unterschiede zwischen den Transistoren. Bei einem VDMOS-Transistor flie\u00dft der Strom vertikal von oben nach unten, die R\u00fcckseite des Chips ist der Drain, und w\u00e4hrend des Betriebs liegt eine hohe Versorgungsspannung an. Bei einem LDMOS-Transistor flie\u00dft der Strom seitlich. Die Quelle ist mit einem P+-Sinker mit der R\u00fcckseite des Wafers verbunden, wodurch die R\u00fcckseite des Chips zum Source-Anschluss des Transistors wird. Die laterale Konstruktion erm\u00f6glicht die Optimierung f\u00fcr den Hochspannungsbetrieb bei HF-Frequenzen durch geeignete Drain-Technik. Die Wahl geeigneter Dotierungsstufen erfolgt in Kombination mit dem Aufbau einer Feldplatte unter Verwendung des „Resurf“-Effekts [1]. Zus\u00e4tzlich zum Drain Engineering wurde eine Optimierung des parasit\u00e4ren Bipolaren durchgef\u00fchrt [2], auf die sp\u00e4ter in diesem Artikel eingegangen wird.<\/p>\n

Technologievergleich<\/strong>
\n<\/strong>Tabelle 1 zeigt einen Vergleich zwischen VDMOS (BLF278 von Ampleon), dem BLF188XR LDMOS-Transistor von Ampleon und einem Konkurrenzger\u00e4t<\/p>\n

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Im folgenden Absatz wird die Relevanz der verschiedenen Parameter in Tabelle 1 in Bezug auf die verschiedenen Anwendungen er\u00f6rtert. Wir k\u00f6nnen zwischen zwei Anwendungsbereichen unterscheiden:
\n\u2022 <\/strong>ISM, hohe bis sehr hohe Leistungspegel, oft anf\u00e4llig f\u00fcr hohe Fehlanpassungen, bei denen Stabilit\u00e4t, Robustheit und Zuverl\u00e4ssigkeit wichtige Designparameter sind
\n\u2022 <\/strong>Broadcast, hohe bis sehr hohe Spitzenleistungspegel, bei denen Wirkungsgrad und erregerkorrigierte Linearit\u00e4t wichtige Designparameter sind<\/p>\n

W\u00e4rmewiderstand<\/strong>
\n<\/strong>Der W\u00e4rmewiderstand ist der Schl\u00fcsselparameter, der so niedrig wie m\u00f6glich gehalten werden soll, um:
\n1. <\/strong>Stellen Sie niedrige Matrizentemperaturen sicher, um eine langfristige Zuverl\u00e4ssigkeit (TTF) zu gew\u00e4hrleisten2
\n.<\/strong>Maximieren Sie die Verlustleistung, die das Ger\u00e4t bei Fehlanpassungen bew\u00e4ltigen kann. Hohe Stromverh\u00e4ltnisse und damit eine hohe Verlustleistung k\u00f6nnen je nach Schaltungsdesign der Anwendung und dem Phasenwinkel der Fehlanpassung auftreten. Dies kann zu sehr hohen Verlustwerten f\u00fchren, was zu einem thermischen Zusammenbruch des Chips und des Transistors f\u00fchren kann. Dies f\u00fchrt in der Regel zur vollst\u00e4ndigen Zerst\u00f6rung des Transistors, siehe Abbildung 3.<\/p>\n

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Abbildung 3: Beispiel f\u00fcr einen Ausfall eines thermischen Bauelements als Folge einer hohen Verlustleistung<\/p>\n

Ich gebe ein weiteres Beispiel f\u00fcr eine Berechnung aus dem Artikel:<\/strong><\/em><\/p>\n

https:\/\/www.communication-concepts.com\/content\/FM_1KW_Amplifier\/RDMRFE6VP61K25H_FM_BCAST_Amplifier_Design.pdf<\/strong><\/em><\/a><\/p>\n

Zuverl\u00e4ssigkeit<\/p>\n

Die mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTTF) ist definiert als eine Verringerung der Strombelastbarkeit um 10 % um 50 % der Ger\u00e4te innerhalb einer bestimmten Stichprobengr\u00f6\u00dfe. Der Hauptfaktor f\u00fcr das Versagen des Ger\u00e4ts ist auf die Elektromigration von Metallen auf der Werkzeugoberfl\u00e4che zur\u00fcckzuf\u00fchren.<\/p>\n

Bitte beachten Sie, dass die Elektromigration von Metall nicht sofort, sondern im Laufe der Zeit erfolgt. Das hei\u00dft, als Sie den Transistor installierten, die Leistung sahen und gl\u00fccklich waren, aber die Freude m\u00f6glicherweise nicht lange anh\u00e4lt.<\/strong><\/em><\/p>\n

Nachdem die durchschnittlichen Betriebsbedingungen f\u00fcr eine bestimmte Anwendung ermittelt wurden, kann die MTTF anhand des W\u00e4rmewiderstandswerts Rth berechnet werden, der im Produktdatenblatt von MRFE6VP61K25H angegeben ist.<\/p>\n

Beispiel: Wenn die gew\u00fcnschte Ausgangsleistung 1100 W bei einem \u00d6lwechselwirkungsgrad von 80 % betr\u00e4gt.<\/p>\n