Processo BCD

O que é o processo BCD?

O processo BCD é uma tecnologia de processo integrado de chip único, introduzida pela ST em 1986. Essa tecnologia permite a criação de dispositivos bipolares, CMOS e DMOS no mesmo chip. Sua aparência reduz significativamente a área do chip.

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

Diagrama transversal do processo BCD, rede de origem, obrigado

Vantagens do processo BCD

O processo BCD cria dispositivos bipolares, dispositivos CMOS e dispositivos de energia DMOS no mesmo chip ao mesmo tempo, integrando a alta transcondutância e a forte capacidade de condução de carga dos dispositivos bipolares e a alta integração e baixo consumo de energia do CMOS, para que eles possam se complementar e aproveitar ao máximo suas respectivas vantagens; ao mesmo tempo, o DMOS pode trabalhar no modo de comutação com consumo de energia extremamente baixo. Em suma, 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 maior confiabilidade. As funções dos produtos eletrônicos estão aumentando dia a dia, e os requisitos para mudanças de tensão, proteção de capacitores e extensão 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, válvulas MOS de alta tensão, LDMOS com diversas tensões de ruptura, diodos NPN/PNP verticais 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 e baixa tensão, processos de clique duplo e processos CMOS, etc., no projeto, também deve ser considerada uma tecnologia de isolamento adequada.

Na tecnologia de isolamento BCD, diversas tecnologias, como isolamento de junção, autoisolamento e isolamento dielétrico, surgiram uma após a outra. A tecnologia de isolamento de junção consiste em construir o dispositivo na camada epitaxial tipo N do substrato tipo P e utilizar as características de polarização reversa da junção PN para obter o isolamento, pois a junção PN possui uma resistência muito alta sob polarização reversa.

A tecnologia de autoisolamento 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 de fonte, a região de dreno e o canal são circundados pela região de depleção, formando isolamento do substrato. Quando é desligado, a junção PN entre a região de dreno e o substrato é polarizada reversamente, e a alta tensão da região de fonte é isolada pela região de depleção.

O isolamento dielétrico utiliza meios isolantes, como óxido de silício, para obter o isolamento. Com base no isolamento dielétrico e no isolamento de junção, o isolamento quase dielétrico foi desenvolvido combinando as vantagens de ambos. Adotando seletivamente a tecnologia de isolamento mencionada, é possível obter compatibilidade em alta e baixa tensão.

Direção de desenvolvimento do processo BCD

O desenvolvimento da tecnologia de processo BCD não se assemelha ao processo CMOS padrão, que sempre seguiu a Lei de Moore para se desenvolver na direção de larguras de linha menores e velocidades mais rápidas. O processo BCD é basicamente 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 simultaneamente, e pode realizar a produção de dispositivos de alta tensão de 500-700 V. No entanto, em geral, o BCD ainda é adequado para produtos com requisitos relativamente altos 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 a fabricação de BCDs 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 da superfície mais plana, melhorando assim as características de ruptura da superfície, de modo que a ruptura ocorra no corpo em vez da 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 DDD de dreno duplo difuso (dreno de dopagem duplo) e LDD de dreno levemente dopado (dreno de dopagem leve). Na região de dreno DMOS, uma região de deriva do tipo N é adicionada para mudar o contato original entre o dreno N+ e o substrato do tipo P para o contato entre o dreno N- e o substrato do 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 a 90 V, sendo utilizado principalmente em eletrônica automotiva que exige alta capacidade de condução de corrente, média tensão e circuitos de controle simples. Suas características de demanda são alta capacidade de condução de corrente, média tensão e circuitos de controle geralmente relativamente simples.

3. Direção BCD de alta densidade

BCD de alta densidade, com faixa de tensão de 5 a 50 V, e alguns componentes eletrônicos automotivos podem atingir 70 V. Funções cada vez mais complexas e diversas podem ser integradas no mesmo chip. O BCD de alta densidade adota algumas ideias de design modular para diversificar os produtos, sendo utilizado 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), acionamento de display, 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 com a tecnologia SOI também é uma característica importante do desenvolvimento do processo BCD.

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