Processo BCD

Cos'è il processo BCD?

Il processo BCD è una tecnologia di processo integrato a chip singolo introdotta per la prima volta dalla ST nel 1986. Questa tecnologia può realizzare dispositivi bipolari, CMOS e DMOS sullo stesso chip. Il suo aspetto riduce notevolmente l'area del chip.

Si può dire che il processo BCD sfrutta appieno i vantaggi della capacità di pilotaggio bipolare, dell'elevata integrazione CMOS e del basso consumo energetico e dell'alta tensione DMOS e dell'elevata capacità di flusso di corrente. Tra questi, DMOS è la chiave per migliorare potenza e integrazione. Con l'ulteriore sviluppo della tecnologia dei circuiti integrati, il processo BCD è diventato la tecnologia di produzione principale di PMIC.

Diagramma in sezione trasversale del processo BCD, rete di origine, grazie

Vantaggi del processo BCD
Il processo BCD rende i dispositivi bipolari, i dispositivi CMOS e i dispositivi di alimentazione DMOS sullo stesso chip contemporaneamente, integrando l'elevata transconduttanza e la forte capacità di pilotaggio del carico dei dispositivi bipolari e l'elevata integrazione e il basso consumo energetico del CMOS, in modo che possano completarsi l'un l'altro e sfruttare appieno i rispettivi vantaggi; allo stesso tempo, DMOS può funzionare in modalità switching con un consumo energetico estremamente basso. In breve, il basso consumo energetico, l'elevata efficienza energetica e l'elevata integrazione sono uno dei principali vantaggi di BCD. Il processo BCD può ridurre significativamente il consumo energetico, migliorare le prestazioni del sistema e avere una migliore affidabilità. Le funzioni dei prodotti elettronici aumentano di giorno in giorno e i requisiti relativi alle variazioni di tensione, alla protezione dei condensatori e al prolungamento della durata della batteria stanno diventando sempre più importanti. Le caratteristiche di alta velocità e risparmio energetico di BCD soddisfano i requisiti di processo per chip analogici/di gestione dell'alimentazione ad alte prestazioni.

Tecnologie chiave del processo BCD
I dispositivi tipici del processo BCD includono CMOS a bassa tensione, tubi MOS ad alta tensione, LDMOS con varie tensioni di rottura, NPN/PNP verticale e diodi Schottky, ecc. Alcuni processi integrano anche dispositivi come JFET ed EEPROM, risultando in un'ampia varietà di dispositivi nel processo BCD. Pertanto, oltre a considerare la compatibilità di dispositivi ad alta tensione e dispositivi a bassa tensione, processi a doppio clic e processi CMOS, ecc. nella progettazione, è necessario considerare anche la tecnologia di isolamento appropriata.

Nella tecnologia di isolamento BCD sono emerse una dopo l'altra molte tecnologie come l'isolamento della giunzione, l'autoisolamento e l'isolamento dielettrico. La tecnologia di isolamento della giunzione consiste nel realizzare il dispositivo sullo strato epitassiale di tipo N del substrato di tipo P e utilizzare le caratteristiche di polarizzazione inversa della giunzione PN per ottenere l'isolamento, poiché la giunzione PN ha una resistenza molto elevata sotto polarizzazione inversa.

La tecnologia di autoisolamento è essenzialmente l'isolamento della giunzione PN, che si basa sulle caratteristiche naturali della giunzione PN tra le regioni di source e drain del dispositivo e il substrato per ottenere l'isolamento. Quando il tubo MOS è acceso, la regione di source, la regione di drain e il canale sono circondati dalla regione di svuotamento, formando isolamento dal substrato. Quando è spento, la giunzione PN tra la regione di drain e il substrato è polarizzata inversamente e l'alta tensione della regione di source viene isolata dalla regione di svuotamento.

L'isolamento dielettrico utilizza mezzi isolanti come l'ossido di silicio per ottenere l'isolamento. Basato sull'isolamento dielettrico e sull'isolamento della giunzione, l'isolamento quasi dielettrico è stato sviluppato combinando i vantaggi di entrambi. Adottando selettivamente la tecnologia di isolamento di cui sopra, è possibile ottenere la compatibilità ad alta e bassa tensione.

Direzione di sviluppo del processo BCD
Lo sviluppo della tecnologia del processo BCD non è come il processo CMOS standard, che ha sempre seguito la legge di Moore per svilupparsi nella direzione di una larghezza di linea minore e di una velocità maggiore. Il processo BCD è sostanzialmente differenziato e sviluppato in tre direzioni: alta tensione, alta potenza e alta densità.

1. Direzione BCD ad alta tensione

Il BCD ad alta tensione può produrre contemporaneamente circuiti di controllo a bassa tensione ad alta affidabilità e circuiti a livello DMOS ad altissima tensione sullo stesso chip e può realizzare la produzione di dispositivi ad alta tensione da 500-700 V. Tuttavia, in generale, il BCD è ancora adatto per prodotti con requisiti relativamente elevati per i dispositivi di potenza, in particolare i dispositivi BJT o DMOS ad alta corrente, e può essere utilizzato per il controllo della potenza nell'illuminazione elettronica e nelle applicazioni industriali.

L'attuale tecnologia per la produzione di GAV ad alta tensione è la tecnologia RESURF proposta da Appel et al. nel 1979. Il dispositivo è realizzato utilizzando uno strato epitassiale leggermente drogato per rendere più piatta la distribuzione del campo elettrico superficiale, migliorando così le caratteristiche di rottura superficiale, in modo che la rottura avvenga nel corpo anziché in superficie, aumentando così la tensione di rottura del dispositivo. Il doping leggero è un altro metodo per aumentare la tensione di rottura del BCD. Utilizza principalmente il doppio drain diffuso DDD (double Doping Drain) e il drain leggermente drogato LDD (lightly Doping Drain). Nella regione di drain DMOS, viene aggiunta una regione di deriva di tipo N per modificare il contatto originale tra il drain N+ e il substrato di tipo P nel contatto tra il drain N- e il substrato di tipo P, aumentando così la tensione di rottura.

2. Direzione BCD ad alta potenza

L'intervallo di tensione del BCD ad alta potenza è 40-90 V ed è utilizzato principalmente nell'elettronica automobilistica che richiede capacità di pilotaggio di corrente elevata, media tensione e circuiti di controllo semplici. Le sue caratteristiche richieste sono capacità di pilotaggio di corrente elevata, tensione media e il circuito di controllo è spesso relativamente semplice.

3. Direzione BCD ad alta densità

BCD ad alta densità, l'intervallo di tensione è 5-50 V e alcuni componenti elettronici automobilistici raggiungono i 70 V. Sullo stesso chip possono essere integrate funzioni sempre più complesse e diverse. Il BCD ad alta densità adotta alcune idee di progettazione modulare per ottenere la diversificazione del prodotto, utilizzate principalmente nelle applicazioni elettroniche automobilistiche.

Principali applicazioni del processo BCD

Il processo BCD è ampiamente utilizzato nella gestione dell'alimentazione (controllo dell'alimentazione e della batteria), unità display, elettronica automobilistica, controllo industriale, ecc. Il chip di gestione dell'alimentazione (PMIC) è uno dei tipi importanti di chip analogici. Anche la combinazione del processo BCD e della tecnologia SOI è una caratteristica importante dello sviluppo del processo BCD.

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