กระบวนการ BCD

กระบวนการ BCD คืออะไร?

กระบวนการผลิต BCD เป็นเทคโนโลยีการผลิตชิปแบบรวมวงจรชิ้นเดียว ซึ่งริเริ่มโดย ST ในปี 1986 เทคโนโลยีนี้สามารถสร้างอุปกรณ์ไบโพลาร์ CMOS และ DMOS บนชิปเดียวกันได้ และช่วยลดพื้นที่ของชิปได้อย่างมาก

อาจกล่าวได้ว่ากระบวนการ BCD ใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่จากข้อดีของความสามารถในการขับเคลื่อนแบบไบโพลาร์ การรวมวงจรสูงและการใช้พลังงานต่ำของ CMOS และความสามารถในการรับแรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสไฟฟ้าสูงของ DMOS โดยเฉพาะอย่างยิ่ง DMOS เป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงด้านพลังงานและการรวมวงจร ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีวงจรรวมอย่างต่อเนื่อง กระบวนการ BCD จึงกลายเป็นเทคโนโลยีการผลิตหลักของ PMIC

แผนภาพภาคตัดขวางของกระบวนการ BCD, เครือข่ายแหล่งกำเนิด, ขอบคุณครับ

ข้อดีของกระบวนการ BCD

กระบวนการผลิต BCD ทำให้สามารถรวมอุปกรณ์ไบโพลาร์ อุปกรณ์ CMOS และอุปกรณ์จ่ายไฟ DMOS ไว้บนชิปเดียวกันได้ในเวลาเดียวกัน โดยรวมเอาคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงและความสามารถในการขับโหลดสูงของอุปกรณ์ไบโพลาร์เข้ากับคุณสมบัติการรวมวงจรสูงและการใช้พลังงานต่ำของ CMOS เพื่อให้แต่ละอุปกรณ์สามารถเสริมซึ่งกันและกันและใช้ประโยชน์จากข้อดีของแต่ละอุปกรณ์ได้อย่างเต็มที่ ในขณะเดียวกัน DMOS ก็สามารถทำงานในโหมดสวิตช์ชิ่งด้วยการใช้พลังงานต่ำมาก กล่าวโดยสรุป การใช้พลังงานต่ำ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง และการรวมวงจรสูง คือข้อดีหลักอย่างหนึ่งของ BCD กระบวนการผลิต BCD สามารถลดการใช้พลังงาน ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ และเพิ่มความน่าเชื่อถือได้อย่างมาก ฟังก์ชันของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มขึ้นทุกวัน และความต้องการในการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า การป้องกันตัวเก็บประจุ และการยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ก็มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ คุณลักษณะความเร็วสูงและการประหยัดพลังงานของ BCD ตอบสนองความต้องการของกระบวนการผลิตชิปอนาล็อก/การจัดการพลังงานประสิทธิภาพสูงได้เป็นอย่างดี

เทคโนโลยีหลักของกระบวนการ BCD

อุปกรณ์ทั่วไปที่ใช้ในกระบวนการ BCD ได้แก่ CMOS แรงดันต่ำ, หลอด MOS แรงดันสูง, LDMOS ที่มีแรงดันพังทลายต่าง ๆ, ไดโอด NPN/PNP แนวตั้ง และไดโอด Schottky เป็นต้น บางกระบวนการยังรวมอุปกรณ์เช่น JFET และ EEPROM ไว้ด้วย ทำให้มีอุปกรณ์หลากหลายชนิดในกระบวนการ BCD ดังนั้น ในการออกแบบ นอกจากจะต้องพิจารณาความเข้ากันได้ของอุปกรณ์แรงดันสูงและอุปกรณ์แรงดันต่ำ กระบวนการ BCD และกระบวนการ CMOS เป็นต้นแล้ว ยังต้องพิจารณาเทคโนโลยีการแยกส่วนที่เหมาะสมด้วย

ในเทคโนโลยีการแยกสัญญาณแบบ BCD นั้น มีเทคโนโลยีต่างๆ เกิดขึ้นมากมาย เช่น การแยกสัญญาณด้วยรอยต่อ การแยกสัญญาณด้วยตัวเอง และการแยกสัญญาณด้วยไดอิเล็กทริก เทคโนโลยีการแยกสัญญาณด้วยรอยต่อคือการสร้างอุปกรณ์บนชั้นเอพิแทกเซียลชนิด N บนพื้นผิวชนิด P และใช้คุณสมบัติการไบแอสย้อนกลับของรอยต่อ PN เพื่อให้เกิดการแยกสัญญาณ เนื่องจากรอยต่อ PN มีความต้านทานสูงมากภายใต้ไบแอสย้อนกลับ

เทคโนโลยีการแยกตัวเอง (Self-isolation technology) โดยพื้นฐานแล้วคือการแยกด้วยรอยต่อ PN ซึ่งอาศัยคุณสมบัติตามธรรมชาติของรอยต่อ PN ระหว่างบริเวณแหล่งกำเนิด (source) และบริเวณระบาย (drain) ของอุปกรณ์กับพื้นผิว (substrate) เพื่อให้เกิดการแยก เมื่อหลอด MOS เปิดทำงาน บริเวณแหล่งกำเนิด บริเวณระบาย และช่องสัญญาณจะถูกล้อมรอบด้วยบริเวณพร่อง (depletion region) ทำให้เกิดการแยกจากพื้นผิว เมื่อปิดทำงาน รอยต่อ PN ระหว่างบริเวณระบายกับพื้นผิวจะได้รับไบแอสย้อนกลับ และแรงดันสูงของบริเวณแหล่งกำเนิดจะถูกแยกโดยบริเวณพร่อง

การแยกด้วยไดอิเล็กทริกใช้วัสดุฉนวน เช่น ซิลิคอนออกไซด์ เพื่อให้เกิดการแยก โดยอาศัยการแยกด้วยไดอิเล็กทริกและการแยกด้วยรอยต่อ จึงได้มีการพัฒนาการแยกแบบกึ่งไดอิเล็กทริกขึ้น โดยการรวมข้อดีของทั้งสองแบบเข้าด้วยกัน ด้วยการเลือกใช้เทคโนโลยีการแยกข้างต้นอย่างเหมาะสม จึงสามารถใช้งานได้ทั้งในสภาวะแรงดันสูงและแรงดันต่ำ

ทิศทางการพัฒนาของกระบวนการ BCD

การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตแบบ BCD นั้นแตกต่างจากการผลิตแบบ CMOS มาตรฐาน ซึ่งมักจะพัฒนาไปในทิศทางของกฎของมัวร์ คือความกว้างของเส้นลวดที่เล็ลงและความเร็วที่มากขึ้น โดยคร่าวๆ แล้ว การผลิตแบบ BCD นั้นแบ่งและพัฒนาไปในสามทิศทาง ได้แก่ แรงดันสูง กำลังไฟฟ้าสูง และความหนาแน่นสูง

1. ทิศทาง BCD แรงดันสูง

เทคโนโลยี BCD แรงดันสูงสามารถผลิตวงจรควบคุมแรงดันต่ำที่มีความน่าเชื่อถือสูงและวงจรระดับ DMOS แรงดันสูงพิเศษบนชิปเดียวกันได้ในเวลาเดียวกัน และสามารถผลิตอุปกรณ์แรงดันสูง 500-700V ได้ อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว BCD ยังคงเหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีข้อกำหนดด้านอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์ BJT หรือ DMOS กระแสสูง และสามารถใช้สำหรับการควบคุมพลังงานในอุปกรณ์ให้แสงสว่างอิเล็กทรอนิกส์และการใช้งานในอุตสาหกรรมได้

เทคโนโลยีปัจจุบันสำหรับการผลิต BCD แรงดันสูงคือเทคโนโลยี RESURF ที่เสนอโดย Appel และคณะในปี 1979 อุปกรณ์นี้สร้างขึ้นโดยใช้ชั้นเอพิแทกเซียลที่เจือสารเล็กน้อยเพื่อให้การกระจายสนามไฟฟ้าบนพื้นผิวราบเรียบขึ้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณลักษณะการพังทลายของพื้นผิว ทำให้การพังทลายเกิดขึ้นในตัวอุปกรณ์แทนที่จะเป็นพื้นผิว ส่งผลให้แรงดันพังทลายของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น การเจือสารเล็กน้อยเป็นอีกวิธีหนึ่งในการเพิ่มแรงดันพังทลายของ BCD โดยส่วนใหญ่จะใช้เดรนแบบกระจายคู่ (Double Doping Drain หรือ DDD) และเดรนที่เจือสารเล็กน้อย (Lightly Doping Drain หรือ LDD) ในบริเวณเดรน DMOS จะมีการเพิ่มบริเวณดริฟต์ชนิด N เพื่อเปลี่ยนการสัมผัสเดิมระหว่างเดรน N+ กับซับสเตรตชนิด P ไปเป็นการสัมผัสระหว่างเดรน N- กับซับสเตรตชนิด P ซึ่งจะช่วยเพิ่มแรงดันพังทลาย

2. ทิศทาง BCD กำลังสูง

BCD กำลังสูงมีช่วงแรงดันใช้งานอยู่ที่ 40-90V และส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ที่ต้องการความสามารถในการขับกระแสสูง แรงดันปานกลาง และวงจรควบคุมที่ไม่ซับซ้อน คุณลักษณะที่ต้องการคือ ความสามารถในการขับกระแสสูง แรงดันปานกลาง และวงจรควบคุมมักจะค่อนข้างเรียบง่าย

3. ทิศทาง BCD ความหนาแน่นสูง

ชิป BCD ความหนาแน่นสูง มีช่วงแรงดันไฟฟ้า 5-50V และในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับยานยนต์บางชนิดอาจสูงถึง 70V สามารถรวมฟังก์ชันที่ซับซ้อนและหลากหลายมากขึ้นไว้ในชิปเดียวกันได้ ชิป BCD ความหนาแน่นสูงใช้แนวคิดการออกแบบแบบโมดูลาร์เพื่อเพิ่มความหลากหลายของผลิตภัณฑ์ โดยส่วนใหญ่ใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์สำหรับยานยนต์

การประยุกต์ใช้หลักของกระบวนการ BCD

กระบวนการผลิต BCD ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการจัดการพลังงาน (การควบคุมพลังงานและแบตเตอรี่) การขับเคลื่อนจอแสดงผล อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ การควบคุมอุตสาหกรรม ฯลฯ ชิปจัดการพลังงาน (PMIC) เป็นชิปอนาล็อกประเภทหนึ่งที่สำคัญ การผสมผสานระหว่างกระบวนการผลิต BCD และเทคโนโลยี SOI ก็เป็นคุณลักษณะสำคัญในการพัฒนาของกระบวนการผลิต BCD เช่นกัน

VET-China สามารถจัดหาชิ้นส่วนกราไฟต์, สักหลาดอ่อน-แข็ง, ชิ้นส่วนซิลิคอนคาร์ไบด์, ชิ้นส่วนซิลิคอนคาร์ไบด์แบบ CVD และชิ้นส่วนเคลือบ SIC/TAC ได้ภายใน 30 วัน
หากท่านสนใจผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ข้างต้น โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเราได้ทันที

โทร: +86-1891 1596 392
WhatsApp: 86-18069021720
อีเมล:yeah@china-vet.com