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什么是特种工艺?为何如此重要?

2020-11-12 15:54 次阅读

因为摩尔定律的声名在外,加上过去这些年包括三星、台积电、Intel英伟达等公司的推动,科技界甚至终端消费者都对28nm、10nm、7nm和5nm等先进工艺制程有了或多或少的了解。因为这些工艺推动的产品是科技设备“大脑”的重要构成,这些先进工艺受到行业的一致关注是无可厚非。

其实在芯片的世界里,不仅有这些广为人知的先进工艺制程(或者说逻辑制程),还有其他不少鲜为人知但又同样重要的工艺技术。而且从某个角度看,正是因为有了这些特种工艺制程的补充,才能制造出多种多样的芯片,让整个科技世界变得丰富多彩。特种工艺就是其中最特殊的一个。

什么是特种工艺?

关于什么是特种工艺,无论在互联网还是在百科全书中,都找不到一个官方定义。工程师们也能给出一百种不同的答案。而根据一位从事特种工艺多年的专家介绍,那些在行业上没有统一的制程规则或构架可遵循的主流制程工艺,或者拥有不同于硅的工艺,我们都可以称之为特种工艺。

他举例说到,包括CPUGPU和存储芯片在内的逻辑芯片,其本质都是对0和1的逻辑处理,核心是通过多个晶体管实现。为此,如何在摩尔定律的指导下,于单位面积晶圆上集成更多的晶体管,就成为了生产这些芯片的的晶圆厂追逐的目标。换而言之,这些晶圆厂为了实现其目标,他们所选择的路线也非常相似,差别就在于他们如何在同样的规则和衡量标准下,将相关的数字改善。如下图所示,我们很容易地从各个不同的参数,去衡量这些工艺的水平。

什么是特种工艺?为何如此重要?

但是,特种工艺所面对的不是成千上万个简单的做0和1逻辑处理的开关晶体管,而是一个完全不同的世界。我们常见的包括PA(功放)、Filter(滤波器)在内的射频器件、MEMS(微机电系统)器件和光电器件,面对的都不是非0即1这个简单逻辑的物理参数世界,它们就是用所谓的特种工艺来制造的。在这些工艺中,很多逻辑工艺制程所遵循的规则,在这里就不适用了。

以一个RFSOI射频器件开发为例,其射频特性不仅仅取决于器件本身,而取决于其外围匹配和封装后的整体系统表现,首先需要经过系统设计、工艺分析、电路和版图设计、流片加工和裸片评估等过程,之后再结合封装分析、封装设计和封装开模,打造出一个封装好的芯片,然后再经过封装后筛选测试、性能及可靠性验证,才能最终送样及设计定型。

来到RF-SOI,这是一个始于生产一种特殊高电阻率基板的技术。在衬底中,晶圆与掩埋氧化物层之间夹有trap-rich层。trap-rich层可以恢复衬底中的高电阻率属性,从而降低插入损耗并提高系统的线性度。与GaAS等工艺相比,RF-SOI拥有低功耗和易于集成等优势,但在击穿电压方面还面临着挑战。为此,如何提升其击穿电压,以实现更好的线性度和大信号处理能力,就成为开发者要面对的首要问题,也体现不同RF-SOI工艺供应商的价值。

同样,特种工艺需要在与先进逻辑制程不同的某一专注领域的长期经验和技术积累,对供应商有更多的考量。以MEMS器件为例,在MEMS制造中,工艺尺寸缩小与流程复用很多时候并不适用,因为其是非标准化的,在加上现在MEMS芯片会与ASIC封装到一起,这就给相关开发者提出了更大的难题。

这也是为什么有些专家说,即使看着别人做,也不知道别人为何能做好某些特种工艺芯片的原因。

特种工艺为何重要?

世界不只是零和一,世界是多样的,是曲线的,是“模拟的”。如果说大多数逻辑工艺生产的芯片是解决数字世界的0和1数据处理问题,那么大多数特种工艺生产的芯片都是为了把模拟的数据转换为数字世界的数据。例如今年年初,因为Covid-19爆发而带动的额温枪需求,背后所需的热电堆传感器,就是特种工艺的“结晶”。以管窥豹,我们就可以洞悉这些工艺为何如此重要。

从市场现状看来,近年来,随着5G的到来和物联网的繁荣,市场对射频前端和传感器等使用特种工艺制造的芯片有了更广泛的需求。

在射频前端方面,根据法国YoleDevelopment报告预测,移动设备以及WiFi连接部分整体射频前端市场规模将从2017年的150亿美元增长到2023年的350亿美元,年复合增长率达到14%。其中占射频前端市场最大份额的滤波器从2017-2023年将增长3倍左右,复合增长率达到19%;在MEMS传感器领域,Yole数据显示,这个市场的规模将从2019年的169.6亿美元增长到2024年的185.1亿美元。

以上仅为特种工艺芯片的冰山一角,规模就已经这样巨大,整个市场的规模可想而知。近期,美国加强了对特种工艺工厂SkyWater的支持,特种工艺的重要性不言而喻。

SkyWater是一家位于明尼苏达州的半导体代工厂。与台积电和三星这些在先进工艺上竞争的代工厂不一样,SkyWater目前最先进的工艺仅为90nm,这主要是因为他们从事的并不是传统的CMOS工艺。该公司的业务主要分两块,一部分是抗辐射工艺和相关IP;另一部分是下一代先进半导体工艺的研究,如碳纳米管和超导集成电路

在美国国防部高级研究计划局(DARPA)高达15亿美元的“电子复兴计划”(ERI)中,SkyWater在碳纳米管研究方面扮演了重要角色。麻省理工学院(MIT)教授MaxShulaker最近发表在《自然·电子学》的一篇探索集成电路未来发展的论文的主要内容是,SkyWater在碳纳米管工艺上首次实现了在大规模碳纳米管晶圆上的大规模加工加速,可以将原来需要几天的工艺缩短到半小时以内,从而大大降低了碳纳米管门槛。由这个例子也可以看到特种工艺制程的重要意义。

大陆特种工艺如何突围?

细看现在的特种工艺IDM或者工厂,做得最好的在中国台湾和美国、以色列等地。例如在砷化镓代工方面,中国台湾的稳懋和宏捷科领先全球;在RF-SOI代工方面,以色列的TowerJazz优势明显;再加上来自美国和欧洲有如Qorvo、Skyworks和博世等一批精于特种工艺的IDM。从这些企业的市场表现,我们可以看到行业领头羊在特种工艺上的巨大优势。

反观国内,过去基本是一片空白,但经历了近些年的发展,也有一些IDM和代工厂开始在这些领域发力。与集成电路很多领域一样,需要有持之以恒的投入和人才供应,才能保证本土特种工艺的稳健发展。

期待在不久的将来,我们能看到一批本土特种工艺企业迈上新台阶。
责任编辑:tzh

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NCV4264 LDO稳压器 100 mA 高PSRR

NCV4264-2C LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

4-2C是一款低静态电流消耗LDO稳压器。其输出级提供100 mA,输出电压精度为+/- 2.0%。在100 mA负载电流下,最大压差为500 mV。它具有内部保护,可防止45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 最大60μA静态电流,负载为100μ 在待机模式下节省电池寿命。 极低压降500 mV( max)100 mA负载电流 可以在低输入电压下启动时运行。 故障保护: -42 V反向电压保护短路/过流保护热过载保护 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 5.0 V和3.3 V固定输出电压,输出电压精度为2%,在整个温度范围内 AEC-Q100合格 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 13:02 239次 阅读
NCV4264-2C LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

NCV8772 LDO稳压器 350 mA 低Iq

2是350 mA LDO稳压器,集成了复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8772可用于恶劣的汽车环境。超低静态电流(典型值低至24μA)使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。当点火开关关闭时,模块保持活动模式时,此功能尤其重要。 Enable功能可用于进一步降低关断模式下的静态电流至1μA。 NCV8772包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。 特性 优势 固定输出电压为5 V 非常适合为微处理器供电。 2%输出电压上升至Vin = 40 V 通过负载突降维持稳压电压。 输出电流高达350 mA 我们广泛的汽车调节器产品组合允许您选择适合您应用的汽车调节器。 RESET输出 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 汽车的NCV前缀 符合汽车现场和变更控制& AEC-Q100资格要求。 低压差 在低输入电压下维持输出电压调节(特别是在汽车起动过程中)。 超低静态电流24μA典型 符合最新的汽车模块要求小于100μA。 热关机 保护设备免受高温下的永久性损坏。 短路 保护设备不会因电流过...
发表于 07-30 12:02 160次 阅读
NCV8772 LDO稳压器 350 mA 低Iq

NCV8770 LDO稳压器 350 mA 低Iq

0是350 mA LDO稳压器,集成了复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8770可用于恶劣的汽车环境。超低静态电流(典型值低至21μA)使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。当点火开关关闭时,模块保持活动模式时,此功能尤其重要。 NCV8770包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。 特性 优势 固定输出电压为5 V 非常适合为微处理器供电。 2%输出电压上升至Vin = 40 V 通过负载突降维持稳压电压。 输出电流高达350 mA 我们广泛的汽车调节器产品组合允许您选择适合您应用的汽车调节器。 RESET输出 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 汽车的NCV前缀 符合汽车现场和变更控制& AEC-Q100资格要求。 低压差 在低输入电压下维持输出电压调节(特别是在汽车起动过程中)。 典型值为21μA的超低静态电流 符合最新的汽车模块要求小于100μA。 热关机 保护设备免受高温下的永久性损坏。 短路 保护设备不会因电流过大而在芯片上产生金属开路。 非常广泛的Cout和E...
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NCV8770 LDO稳压器 350 mA 低Iq

MC33160 线性稳压器 100 mA 5 V 监控电路

0系列是一种线性稳压器和监控电路,包含许多基于微处理器的系统所需的监控功能。它专为设备和工业应用而设计,为设计人员提供了经济高效的解决方案,只需极少的外部组件。这些集成电路具有5.0 V / 100 mA稳压器,具有短路电流限制,固定输出2.6 V带隙基准,低电压复位比较器,带可编程迟滞的电源警告比较器,以及非专用比较器,非常适合微处理器线路同步。 其他功能包括用于低待机电流的芯片禁用输入和用于过温保护的内部热关断。 这些线性稳压器采用16引脚双列直插式热片封装,可提高导热性。 特性 5.0 V稳压器输出电流超过100 mA 内部短路电流限制 固定2.6 V参考 低压复位比较器 具有可编程迟滞的电源警告比较器 未提交的比较器 低待机当前 内部热关断保护 加热标签电源包 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
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MC33160 线性稳压器 100 mA 5 V 监控电路

NCV896530 双输出降压转换器 低电压 2.1 MHz

530双路降压DC-DC转换器是一款单片集成电路,专用于下游电压轨的汽车驾驶员信息系统。两个通道均可在0.9 V至3.3 V范围内进行外部调节,并可提供高达1600 mA的电流。转换器的工作频率为2.1 MHz,高于敏感的AM频段,并且相位差180°,以减少轨道上的大量电流需求。同步整流提高了系统效率。 NCV896530提供汽车电源系统的其他功能,如集成软启动,逐周期电流限制和热关断保护。该器件还可以与2.1 MHz范围内的外部时钟信号同步。 NCV896530采用节省空间的3 x 3 mm 10引脚DFN封装。 特性 优势 同步整改 效率更高 2.1 MHz开关频率 电感更小,没有AM频段发射 热限制和短路保护 故障保护 2输出为180°异相 降低输入纹波 内部MOSFET 降低成本和解决方案规模 应用 音频 资讯娱乐t 仪器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 05:02 142次 阅读
NCV896530 双输出降压转换器 低电压 2.1 MHz

FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

80是一款用于移动电源应用的低静态电流PMIC。 PMIC包含一个降压,一个升压和四个低噪声LDO。 特性 晶圆级芯片级封装(WLCSP) 可编程输出电压 软启动(SS)浪涌电流限制 可编程启动/降压排序 中断报告的故障保护 低电流待机和关机模式 降压转换器:1.2A,VIN范围: 2.5V至5.5V,VOUT范围:0.6V至3.3V 升压转换器:1.0A,VIN范围:2.5V至5.5V,VOUT范围:3.0V至5.7V 四个LDO:300mA,VIN范围:1.9V至5.5V,VOUT范围:0.8V至3.3V 应用 终端产品 电池和USB供电设备 智能手机 平板电脑 小型相机模块 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 310次 阅读
FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

NCP1532 降压转换器 DC-DC 双通道 低Iq 高效率 2.25 MHz 1.6 A.

2双级降压DCDC转换器是一款单片集成电路,专用于为采用1节锂离子电池或3节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供新型多媒体设计的核心和I / O电压。两个通道均可在0.9V至3.3V之间进行外部调节,每个通道可提供高达1.6A的电流,最大电流为1.0A。转换器以2.25MHz的开关频率运行,通过允许使用小电感(低至1uH)和电容器并以180度异相工作来减小元件尺寸,从而减少电池的大量电流需求。自动切换PWM / PFM模式和同步整流可提高系统效率。该器件还可以工作在固定频率PWM模式,适用于需要低纹波和良好负载瞬变的低噪声应用。其他功能包括集成软启动,逐周期电流限制和热关断保护。该器件还可以与2.25 MHz范围内的外部时钟信号同步。 NCP1532采用节省空间的超薄型3x3 x 0.55 mm 10引脚uDFN封装。 特性 优势 97%效率,50uA静态电流,0.3 uA关断电流 延长电池寿命和'播放时间' 2.25MHz开关频率 允许使用更小的电感和电容 模式引脚操作:仅在轻载或PWM模式下自动切换PWM / PFM模式 允许用户在轻载或低噪声和纹波性能之间选择低功耗 可调输出电压0.9V至3.3V 复位输出引脚...
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NCP1532 降压转换器 DC-DC 双通道 低Iq 高效率 2.25 MHz 1.6 A.

NCP1522B 降压转换器 DC-DC 3 MHz 600 mA

2B降压型DC-DC转换器是一款单片集成电路,针对便携式应用进行了优化,采用单节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电。该器件采用0.9 V至3.3 V的可调输出电压,可提供高达600 mA的电流。它使用同步整流来提高效率并减少外部部件数量。该器件还内置3 MHz(标称)振荡器,通过允许更小的电感器和电容器来减小元件尺寸。自动切换PWM / PFM模式可提高系统效率。其他功能包括集成软启动,逐周期电流限制和热关断保护。 NCP1522B采用节省空间的薄型TSOP5和UDFN6封装。 特性 优势 94%效率,50 uA静态电流,0.3 uA关断电流 延长电池寿命和'播放时间' 3.0 MHz开关频率 允许使用更小的电感(低至1uH)和电容 轻负载条件下PWM和PFM模式之间的自动切换 轻载时的低功耗 可调输出电压0.9V至3.3V 应用 终端产品 电源f或应用处理器 核心电压低的处理器电源 智能手机手机和掌上电脑 MP3播放器和便携式音频系统 数码相机和摄像机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 02:02 168次 阅读
NCP1522B 降压转换器 DC-DC 3 MHz 600 mA

NCP1529 降压转换器 DC-DC 高效率 可调节输出电压 低纹波 1.7 MHz 1 A.

9降压型DC-DC转换器是一款单片集成电路,适用于由一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用。该器件可在外部可调范围为0.9 V至3.9 V或固定为1.2 V或1.35 V的输出范围内提供高达1.0 A的电流。它使用同步整流来提高效率并减少外部元件数量。该器件还内置1.7 MHz(标称)振荡器,通过允许使用小型电感器和电容器来减小元件尺寸。自动切换PWM / PFM模式可提高系统效率。 其他功能包括集成软启动,逐周期电流限制和热关断保护。 NCP1529采用节省空间的扁平2x2x0.5 mm UDFN6封装和TSOP-5封装。 特性 优势 96%效率,28 uA静态电流,0.3 uA关断电流 延长电池续航时间和'播放时间' 1.7 MHz开关频率 允许使用更小的电感和电容器 在轻负载条件下自动切换PWM和PFM模式 轻载时的低功耗 可调输出电压0.9V至3.9V 即使在PFM模式下,同类最佳低纹波 应用 终端产品 电池供电应用电源管理 核心电压低的处理器电源 USB供电设备 低压直流电源电源管理 手机,智能手机和掌上电脑 MP3播放器和便携式音频系统 电路图、引脚图和封装图...
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NCP1529 降压转换器 DC-DC 高效率 可调节输出电压 低纹波 1.7 MHz 1 A.

NCV2575 降压转换器 开关稳压器 可调输出电压 1.0 A.

系列降压开关稳压器是单片集成电路,非常适合简单方便地设计降压型开关稳压器(降压转换器)。该系列的所有电路均能够以极佳的线路和负载调节驱动1.0 A负载。这些器件提供3.3 V,5.0 V,12 V,15 V的固定输出电压和可调输出版本。 此降压开关稳压器旨在最大限度地减少外部元件的数量,从而简化电源设计。标准系列电感器针对LM2575进行了优化,由多家不同的电感器制造商提供。 由于LM2575转换器是一种开关电源,与传统的三端线性稳压器相比,其效率要高得多,特别是在输入电压较高的情况下。在许多情况下,LM2575稳压器消耗的功率非常低,不需要散热器,也不会大幅降低其尺寸。 LM2575的特性包括在指定的输入电压和输出负载条件下保证4%的输出电压容差,以及振荡器频率的+/- 10%(0C至125C的+/- 2%)。包括外部关断,具有80 uA典型待机电流。输出开关包括逐周期电流限制,以及在故障条件下进行全保护的热关断。 特性 3.3 V,5.0 V,12 V ,15 V和可调输出版本 可调版本输出电压范围为1.23 V至37 V +/- 4%最大线路和负载条件 保证1.0 A输出电流 宽输入电压范围:4.75 V至40 V 仅需要4个外部元件 ...
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NCV2575 降压转换器 开关稳压器 可调输出电压 1.0 A.

NCV5171 升压转换器 280 kHz 1.5 A 用于汽车

1 / 73产品是280 kHz / 560 kHz升压调节器,具有高效率,1.5 A集成开关。该器件可在2.7 V至30 V的宽输入电压范围内工作。该设计的灵活性使芯片可在大多数电源配置中运行,包括升压,反激,正激,反相和SEPIC。该IC采用电流模式架构,可实现出色的负载和线路调节,以及限制电流的实用方法。将高频操作与高度集成的稳压器电路相结合,可实现极其紧凑的电源解决方案。电路设计包括用于正电压调节的频率同步,关断和反馈控制等功能。这些器件与LT1372 / 1373引脚兼容,是CS5171和CS5173的汽车版本。 特性 内置过流保护 宽输入范围:2.7V至30V 高频允许小组件 最小外部组件 频率折返减少过流条件下的元件应力 带滞后的热关机 简易外部同步 集成电源开关:1.5A Guarnateed 引脚对引脚与LT1372 / 1373兼容 这些是无铅设备 用于汽车和其他应用需要站点和控制更改的ons CS5171和CS5173的汽车版本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 00:02 134次 阅读
NCV5171 升压转换器 280 kHz 1.5 A 用于汽车

NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

是一款线性稳压器,能够提供450 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:
发表于 07-29 21:02 251次 阅读
NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 645次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5