Processo BCD

O que é o processo BCD?

O processo BCD é uma tecnologia de processo integrado de chip único introduzida pela primeira vez pela ST em 1986. Esta tecnologia pode fabricar dispositivos bipolares, CMOS e DMOS no mesmo chip. Sua aparência reduz bastante a área do chip.

Pode-se dizer que o processo BCD utiliza plenamente as vantagens da capacidade de condução bipolar, alta integração CMOS e baixo consumo de energia, e alta tensão DMOS e alta capacidade de fluxo de corrente. Entre eles, o DMOS é a chave para melhorar a potência e a integração. Com o desenvolvimento da tecnologia de circuitos integrados, o processo BCD tornou-se a principal tecnologia de fabricação do PMIC.

Diagrama transversal do processo BCD, rede de origem, obrigado

Vantagens do processo BCD
O processo BCD torna dispositivos bipolares, dispositivos CMOS e dispositivos de potência DMOS no mesmo chip ao mesmo tempo, integrando a alta transcondutância e forte capacidade de condução de carga de dispositivos bipolares e a alta integração e baixo consumo de energia do CMOS, para que possam complementar uns aos outros e aproveitar ao máximo suas respectivas vantagens; ao mesmo tempo, o DMOS pode funcionar em modo de comutação com consumo de energia extremamente baixo. Resumindo, baixo consumo de energia, alta eficiência energética e alta integração são uma das principais vantagens do BCD. O processo BCD pode reduzir significativamente o consumo de energia, melhorar o desempenho do sistema e ter melhor confiabilidade. As funções dos produtos eletrônicos estão aumentando dia a dia, e os requisitos para mudanças de tensão, proteção de capacitores e prolongamento da vida útil da bateria estão se tornando cada vez mais importantes. As características de alta velocidade e economia de energia do BCD atendem aos requisitos de processo para chips analógicos/de gerenciamento de energia de alto desempenho.

Principais tecnologias do processo BCD
Dispositivos típicos do processo BCD incluem CMOS de baixa tensão, tubos MOS de alta tensão, LDMOS com várias tensões de ruptura, diodos verticais NPN/PNP e Schottky, etc. Alguns processos também integram dispositivos como JFET e EEPROM, resultando em uma grande variedade de dispositivos no processo BCD. Portanto, além de considerar a compatibilidade de dispositivos de alta tensão e dispositivos de baixa tensão, processos de duplo clique e processos CMOS, etc. no projeto, a tecnologia de isolamento apropriada também deve ser considerada.

Na tecnologia de isolamento BCD, muitas tecnologias, como isolamento de junção, auto-isolamento e isolamento dielétrico, surgiram uma após a outra. A tecnologia de isolamento de junção consiste em fazer o dispositivo na camada epitaxial tipo N do substrato tipo P e usar as características de polarização reversa da junção PN para obter o isolamento, porque a junção PN tem uma resistência muito alta sob polarização reversa.

A tecnologia de auto-isolamento é essencialmente o isolamento da junção PN, que se baseia nas características naturais da junção PN entre as regiões de fonte e dreno do dispositivo e o substrato para obter o isolamento. Quando o tubo MOS é ligado, a região da fonte, a região do dreno e o canal são circundados pela região de depleção, formando isolamento do substrato. Quando desligado, a junção PN entre a região de drenagem e o substrato é polarizada inversamente, e a alta tensão da região de fonte é isolada pela região de depleção.

O isolamento dielétrico usa meios isolantes, como óxido de silício, para obter isolamento. Com base no isolamento dielétrico e no isolamento de junção, o isolamento quase dielétrico foi desenvolvido combinando as vantagens de ambos. Ao adotar seletivamente a tecnologia de isolamento acima, a compatibilidade de alta e baixa tensão pode ser alcançada.

Direção de desenvolvimento do processo BCD
O desenvolvimento da tecnologia de processo BCD não é como o processo CMOS padrão, que sempre seguiu a lei de Moore para se desenvolver na direção de menor largura de linha e velocidade mais rápida. O processo BCD é aproximadamente diferenciado e desenvolvido em três direções: alta tensão, alta potência e alta densidade.

1. Direção BCD de alta tensão

O BCD de alta tensão pode fabricar circuitos de controle de baixa tensão de alta confiabilidade e circuitos de nível DMOS de ultra-alta tensão no mesmo chip ao mesmo tempo, e pode realizar a produção de dispositivos de alta tensão de 500-700V. No entanto, em geral, o BCD ainda é adequado para produtos com requisitos relativamente elevados para dispositivos de energia, especialmente BJT ou dispositivos DMOS de alta corrente, e pode ser usado para controle de energia em iluminação eletrônica e aplicações industriais.

A tecnologia atual para fabricação de BCD de alta tensão é a tecnologia RESURF proposta por Appel et al. em 1979. O dispositivo é feito usando uma camada epitaxial levemente dopada para tornar a distribuição do campo elétrico superficial mais plana, melhorando assim as características de ruptura da superfície, de modo que a ruptura ocorra no corpo e não na superfície, aumentando assim a tensão de ruptura do dispositivo. A dopagem leve é ​​outro método para aumentar a tensão de ruptura do BCD. Ele usa principalmente dreno duplo difuso DDD (double Doping Drain) e dreno levemente dopado LDD (levemente Doping Drain). Na região de dreno DMOS, uma região de deriva tipo N é adicionada para alterar o contato original entre o dreno N+ e o substrato tipo P para o contato entre o dreno N e o substrato tipo P, aumentando assim a tensão de ruptura.

2. Direção BCD de alta potência

A faixa de tensão do BCD de alta potência é de 40-90V e é usado principalmente em eletrônicos automotivos que exigem capacidade de condução de alta corrente, média tensão e circuitos de controle simples. Suas características de demanda são capacidade de condução de alta corrente, média tensão e o circuito de controle geralmente é relativamente simples.

3. Direção BCD de alta densidade

BCD de alta densidade, a faixa de tensão é de 5 a 50 V e alguns eletrônicos automotivos atingirão 70 V. Funções cada vez mais complexas e diversas podem ser integradas no mesmo chip. O BCD de alta densidade adota algumas idéias de design modular para alcançar a diversificação de produtos, usados ​​principalmente em aplicações eletrônicas automotivas.

Principais aplicações do processo BCD

O processo BCD é amplamente utilizado em gerenciamento de energia (controle de energia e bateria), display drive, eletrônica automotiva, controle industrial, etc. O chip de gerenciamento de energia (PMIC) é um dos tipos importantes de chips analógicos. A combinação do processo BCD e da tecnologia SOI também é uma característica importante do desenvolvimento do processo BCD.

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