BCD集成电路技术的研究与进展

飞速增长的单芯片智能功率集成电路(SPIC)市场,极大地推动了BCD工艺的发展。文章简要论述了BCD集成电路技术给智能功率IC带来的优势,介绍了当今世界知名功率IC厂商的BCD集成电路技术。根据不同的应用,介绍了高压BCD、高功率BCD、VLSI-BCD、RF-BCD和SOI-BCD等五类工艺的特点及各自的发展标准;讨论了BCD技术的总体发展趋势。     

Advanced BCD technology with vertical DMOS based on a semi-insulation structure

A new semi-insulation structure in which one isolated island is connected to the substrate was proposed. Based on this semi-insulation structure, an advanced BCD technology which can integrate a vertical device without extra internal interconnection structure was presented. The manufacturing of the new semi-insulation structure employed multi-epitaxy and selectively multi-doping. Isolated islands are insulated with the substrate by reverse-biased PN junctions. Adjacent isolated islands are insulated by isolation wall or deep dielectric trenches. The proposed semi-insulation structure and devices fixed in it were simulated through two-dimensional numerical computer simulators. Based on the new BCD technology, a smart power integrated circuit was designed and fabricated. The simulated and tested results of Vertical DMOS, MOSFETs, BJTs, resistors and diodes indicated that the proposed semi-insulation structure is reasonable and the advanced BCD technology is validated.     

600 V高低压兼容BCD工艺及驱动电路设计

基于高压功率集成电路的关键参数性能要求和现有工艺条件,在国内3μmCMOS工艺基础上,开发出8～9μm薄外延上的600VLDMOS器件及高低压兼容BCD工艺,并设计出几款600V高压半桥栅驱动电路。该工艺在标准3μm工艺基础上增加N埋层、P埋层及P-top层,P埋层和P阱对通隔离,形成各自独立的N-外延岛。实验测试结果表明:LDMOS管耐压达680V以上,低压NMOS、PMOS及NPN器件绝对耐压达36V以上,稳压二极管稳压值为5.3V。按该工艺进行设计流片的电路整体参数性能满足应用要求,浮动偏置电压达780V以上。     

一种基于BCD工艺的汽车电压调节器芯片设计

针对目前车用电压调节器体积大、稳定性差和寿命短等问题,设计了一款用于汽车的电压调节器芯片。该芯片通过PWM技术调整发电机励磁绕组的平均励磁电流,稳定了发电机输出电压。同时,该芯片集成了低温漂、高精度的电压基准源与电流源,还具有欠压锁定与过温保护电路,提高了系统可靠性。芯片基于0.5 μm BCD工艺进行设计,采用Cadence Spectre进行仿真。仿真结果表明,该芯片工作电压是720 V,静态电流仅为472 μA,电压调节范围1020 V,基准电压1.16 V,工作温度范围-40125 ℃,温度系数8.4 ppm·℃ ^-1,且当发电机输出电压波动时,该芯片可使输出电压稳定。     

基于薄外延技术的高压BCD兼容工艺

针对高压应用领域,开发了一种基于薄外延技术的高压BCD兼容工艺,实现了900V高压双RESURF LDMOS与低压CMOS,BJT器件的单片集成.与传统厚外延技术相比,工艺中n型外延层的厚度减小为9μm,因此形成pn结对通隔离的扩散处理时间被极大减小,结隔离有更小的横向扩散,节约了芯片面积,并改善了工艺的兼容性.应用此单层多晶、单层金属高压BCD兼容工艺,成功研制出一种基于耦合式电平位移结构的高压半桥栅极驱动电路,电路高端浮动偏置电压为880V.     

基于薄外延技术的高压BCD兼容工艺

针对高压应用领域,开发了一种基于薄外延技术的高压BCD兼容工艺,实现了900V高压双RESURF LDMOS与低压CMOS,BJT器件的单片集成.与传统厚外延技术相比,工艺中n型外延层的厚度减小为9μm,因此形成pn结对通隔离的扩散处理时间被极大减小,结隔离有更小的横向扩散,节约了芯片面积,并改善了工艺的兼容性.应用此单层多晶、单层金属高压BCD兼容工艺,成功研制出一种基于耦合式电平位移结构的高压半桥栅极驱动电路,电路高端浮动偏置电压为880V.     

一种基于BCD工艺的高速低功耗电平位移电路

提出了一种基于0.25 μm BCD工艺、适用于高压降压型DC-DC转换器的新型电平位移电路.该电路使用了耐压60 V的高压DMOS器件(HVNMOS、HVPMOS)、耐压5V的低压CMOS器件(LVNMOS、LVPMOS),以及耐压5V的三极管器件(BJT).分析了降压型DC-DC转换器对电平位移电路的特殊要求;基于对两种常见电平位移电路的分析,提出了一种新型的电平位移电路.电路仿真结果显示,与之前的电路相比,新型电路结构具有响应快速、功耗低、输出电平精确、可靠性高等优点.     

基于高压BCD工艺的内集成自举电路

设计了一款基于高压BCD工艺的内集成MOS自举电路,将其应用于高压集成电路(HVIC)。对传统的内集成MOS自举电路进行改进,该改进版内置MOS自举电路集成升压控制模块,实现在HVIC通电后屏蔽HVIC输入信号,并通过集成的升压电路将自举电容电压充到预期值,解决了以往使用传统的内置MOS自举功能时,因充电速度慢、充电电压低所导致的触发HVIC欠压保护和电器频繁停机问题。基于SMIC 3μm BCD工艺对所设计的自举电路的HVIC进行流片验证。测试结果表明,升压电路将HVIC供电电压从15 V升高至16.4 V,自举电容电压可达到预期值,同时实现了替代外接自举二极管或通过SOI工艺内置自举二极管的自举功能。     

基于BCD工艺的新型比较器的设计

一般比较器往往只能提供固定延迟时间的跳变信号,这样对后级执行电路产生很大的局限性。文章提出一种延迟时间可调的新型电压迟滞比较器设计,电路在1.5μmBCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺下实现。该比较器的正跳变点电压为1.270V,迟滞电压为3mV,上升延迟时间为20μs,且可以根据需要方便地予以调节。该比较器最小分辨率为±0.1mV,具有结构简单、通用性好和功耗低的特点,可广泛应用于不同的SoC环境。     

基于BCD工艺的充电控制芯片设计

提出一种蓄电池充电控制芯片的设计,具有恒流、恒压、过压、浮充等多种不同充电模式,可以在外部微处理器的支持下针对不同种类电池和应用场合的需要实现电池的高效优化充电。讨论并给出了芯片的系统组成及主要电路的设计,在1.5μm 50 V BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺下予以实现。测试结果表明芯片工作正常,电路功能及芯片预期的主要功能已成功实现。