proceso BCD

¿Qué es el proceso BCD?

El proceso BCD es una tecnología de proceso integrado de un solo chip introducida por primera vez por ST en 1986. Esta tecnología puede fabricar dispositivos bipolares, CMOS y DMOS en el mismo chip. Su apariencia reduce en gran medida el área del chip.

Se puede decir que el proceso BCD utiliza plenamente las ventajas de la capacidad de conducción bipolar, la alta integración CMOS y el bajo consumo de energía, y la capacidad de flujo de corriente alta y alto voltaje DMOS. Entre ellos, DMOS es la clave para mejorar la potencia y la integración. Con el mayor desarrollo de la tecnología de circuitos integrados, el proceso BCD se ha convertido en la principal tecnología de fabricación de PMIC.

Diagrama transversal del proceso BCD, red fuente, gracias

Ventajas del proceso BCD
El proceso BCD hace que los dispositivos bipolares, los dispositivos CMOS y los dispositivos de alimentación DMOS estén en el mismo chip al mismo tiempo, integrando la alta transconductancia y la fuerte capacidad de conducción de carga de los dispositivos bipolares y la alta integración y el bajo consumo de energía de los CMOS, para que puedan complementarse. entre sí y aprovechar al máximo sus respectivas ventajas; al mismo tiempo, DMOS puede funcionar en modo de conmutación con un consumo de energía extremadamente bajo. En resumen, el bajo consumo de energía, la alta eficiencia energética y la alta integración son una de las principales ventajas de BCD. El proceso BCD puede reducir significativamente el consumo de energía, mejorar el rendimiento del sistema y tener una mayor confiabilidad. Las funciones de los productos electrónicos aumentan día a día y los requisitos de cambios de voltaje, protección de condensadores y extensión de la vida útil de la batería son cada vez más importantes. Las características de alta velocidad y ahorro de energía de BCD cumplen con los requisitos de proceso para chips analógicos/de administración de energía de alto rendimiento.

Tecnologías clave del proceso BCD
Los dispositivos típicos del proceso BCD incluyen CMOS de bajo voltaje, tubos MOS de alto voltaje, LDMOS con varios voltajes de ruptura, diodos verticales NPN/PNP y Schottky, etc. Algunos procesos también integran dispositivos como JFET y EEPROM, lo que resulta en una gran variedad de dispositivos en proceso BCD. Por lo tanto, además de considerar en el diseño la compatibilidad de dispositivos de alto voltaje y dispositivos de bajo voltaje, procesos de doble clic y procesos CMOS, etc., también se debe considerar la tecnología de aislamiento adecuada.

En la tecnología de aislamiento BCD, han surgido una tras otra muchas tecnologías, como el aislamiento de uniones, el autoaislamiento y el aislamiento dieléctrico. La tecnología de aislamiento de unión consiste en fabricar el dispositivo en la capa epitaxial tipo N del sustrato tipo P y utilizar las características de polarización inversa de la unión PN para lograr el aislamiento, porque la unión PN tiene una resistencia muy alta bajo polarización inversa.

La tecnología de autoaislamiento es esencialmente aislamiento de unión PN, que se basa en las características naturales de la unión PN entre las regiones de fuente y drenaje del dispositivo y el sustrato para lograr el aislamiento. Cuando se enciende el tubo MOS, la región de origen, la región de drenaje y el canal están rodeados por la región de agotamiento, formando aislamiento del sustrato. Cuando se apaga, la unión PN entre la región de drenaje y el sustrato tiene polarización inversa y la región de agotamiento aísla el alto voltaje de la región de fuente.

El aislamiento dieléctrico utiliza medios aislantes como el óxido de silicio para lograr el aislamiento. Basado en el aislamiento dieléctrico y el aislamiento de unión, se ha desarrollado el aislamiento cuasi-dieléctrico combinando las ventajas de ambos. Al adoptar selectivamente la tecnología de aislamiento anterior, se puede lograr compatibilidad de alto y bajo voltaje.

Dirección de desarrollo del proceso BCD.
El desarrollo de la tecnología de proceso BCD no es como el proceso CMOS estándar, que siempre ha seguido la ley de Moore para desarrollarse en la dirección de un ancho de línea más pequeño y una velocidad más rápida. El proceso BCD se diferencia y desarrolla a grandes rasgos en tres direcciones: alto voltaje, alta potencia y alta densidad.

1. Dirección BCD de alto voltaje

BCD de alto voltaje puede fabricar circuitos de control de bajo voltaje de alta confiabilidad y circuitos de nivel DMOS de voltaje ultra alto en el mismo chip al mismo tiempo, y puede realizar la producción de dispositivos de alto voltaje de 500-700 V. Sin embargo, en general, BCD sigue siendo adecuado para productos con requisitos relativamente altos para dispositivos de energía, especialmente BJT o dispositivos DMOS de alta corriente, y puede usarse para el control de energía en aplicaciones industriales y de iluminación electrónica.

La tecnología actual para fabricar BCD de alto voltaje es la tecnología RESURF propuesta por Appel et al. en 1979. El dispositivo se fabrica utilizando una capa epitaxial ligeramente dopada para hacer que la distribución del campo eléctrico de la superficie sea más plana, mejorando así las características de ruptura de la superficie, de modo que la ruptura se produzca en el cuerpo en lugar de en la superficie, aumentando así el voltaje de ruptura del dispositivo. El dopaje ligero es otro método para aumentar el voltaje de ruptura del BCD. Utiliza principalmente drenaje doble difuso DDD (doble drenaje de dopaje) y drenaje ligeramente dopado LDD (drenaje ligeramente dopado). En la región de drenaje DMOS, se agrega una región de deriva de tipo N para cambiar el contacto original entre el drenaje N+ y el sustrato tipo P al contacto entre el drenaje N y el sustrato tipo P, aumentando así el voltaje de ruptura.

2. Dirección BCD de alta potencia

El rango de voltaje del BCD de alta potencia es de 40-90 V y se utiliza principalmente en electrónica automotriz que requiere capacidad de conducción de alta corriente, voltaje medio y circuitos de control simples. Sus características de demanda son alta capacidad de conducción de corriente, voltaje medio y el circuito de control suele ser relativamente simple.

3. Dirección BCD de alta densidad

BCD de alta densidad, el rango de voltaje es de 5 a 50 V y algunos dispositivos electrónicos automotrices alcanzarán los 70 V. En un mismo chip se pueden integrar funciones cada vez más complejas y diversas. El BCD de alta densidad adopta algunas ideas de diseño modular para lograr la diversificación de productos, utilizados principalmente en aplicaciones de electrónica automotriz.

Principales aplicaciones del proceso BCD

El proceso BCD se usa ampliamente en administración de energía (control de energía y batería), unidad de visualización, electrónica automotriz, control industrial, etc. El chip de administración de energía (PMIC) es uno de los tipos importantes de chips analógicos. La combinación del proceso BCD y la tecnología SOI también es una característica importante del desarrollo del proceso BCD.

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