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电气与电子工程师协会将IEEE里程碑奖颁发给意法半导体

意法半导体PDSA 来源:意法半导体中国 作者:意法半导体中国 2021-05-28 10:43 次阅读

最近,功率半导体,乃至整个半导体行业的一件大事是:电气电子工程师协会(IEEE)将IEEE里程碑奖(IEEE Milestones)颁发给了意法半导体,以表彰其在超级集成硅栅半导体工艺技术方面的开创性贡献,具体标的就是单片多硅技术(Bipolar-CMOS-DMOS,BCD)开拓性研究成果和商业化应用。

重量奖项意义非同小可

5月中旬,在意法半导体Agrate工厂举行的现场/线上揭牌仪式上,IEEE意大利分部人道主义活动委员会协调员兼前任秘书Giambattista Gruosso和意法半导体总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery共同揭开了IEEE里程碑牌匾。

牌匾上的内容如下:

IEEE里程碑

单片多硅技术,1985年

SGS(现为意法半导体)率先采用单片集成双极型晶体管、CMOS晶体管和DMOS晶体管(BCD)的超级集成硅栅极工艺,解决复杂的、有大功率需求的应用设计难题。首个BCD超级集成电路L6202可以控制最高60V-5A的功率,开关频率300kHz。随后的汽车、计算机和工业自动化广泛采用了这项工艺技术,让芯片设计人员能够灵活、可靠地单片集成功率、模拟数字信号处理电路。

意法半导体总裁、首席执行官

Jean-Marc Chery表示:

80年代初,智能电源还是一个独树一帜的概念,我们有远见和眼光的天才技术团队认识到智能电源的价值,创造了一项非凡成就,将双极晶体管的高精度功能与CMOS数字控制和DMOS的高功率整合成一颗芯片。

时至今日,过去了35年,经历了9次技术迭代,我们生产了500万片晶圆,售出了400亿颗芯片。去年一年,我们就售出近30亿颗芯片。IEEE里程碑牌匾意味着ST的BCD技术将被写进推进人类发展的科技史册,对此,我们的自豪无以言表。

远不止这些应用

从推出BCD工艺至今,30多年来,其产品已涵盖智能驾驶(引擎管理ABS、气囊、ESP、汽车收音机、车辆电气化、充电桩)、智慧工业电机控制、照明、工业显示、电力线调制解调器、生物医学应用、超声心动图),以及智能家居和智能设备(音频放大器无线充电器、电源、AMOLED显示器、打印机、硬盘驱动器)等数不尽的终端应用,让整个电子行业经历了颠覆性变迁。

BCD技术的起源

今天的ST,已是一个拥有46,000名半导体技术的创造者和创新者,掌握半导体供应链和最先进的制造设备的头部企业。作为一家独立半导体设备制造商,ST与超过十万客户、数千个合作伙伴一起研发产品和解决方案,共同构建生态系统,帮助他们更好地应对各种挑战和新机遇,满足世界对可持续发展的更高需求。ST的技术让人们的出行更智能,电力和能源管理更高效,物联网5G技术应用更广泛。

回溯到上世纪八十年代初期,半导体行业已经历了50年代的双极(bipolar)、60年代的CMOS(互补金属氧化物半导体)和70年代的DMOS(双扩散金属氧化物半导体)的三大技术创新。不过这些技术都是各自为战,只服务于自己的一亩三分地。

双极技术非常适合模拟功能的半导体器件,一般用于功率稍大的电路,具有截止频率高、驱动能力大、速度快、噪声低等优点;但集成度低、体积大,功耗也大;

CMOS技术制造的数字功能半导体器件具有集成度高、功耗低、输入阻抗高等优点,驱动逻辑门能力比其他器件强很多;

DMOS技术适合功率功能的器件,是目前应用最广泛、最具代表性的功率器件,特别是DMOS单元组成的半导体场效应晶体管(FET)具有高电流驱动能力、低导通电阻和高击穿电压等特性。

能不能把三种用于不同应用的半导体技术整合在一起,发挥更大的作用呢?

1984年,ST(当时还是SGS Microelettronica)的工程师开始寻找解决各种电子应用难题的可靠方法。

他们的目标很多:

创造一种在一颗芯片上集成异质晶体管和二极管的技术,能够提供数百瓦功率;

用逻辑控制功率,实现方式需要遵循摩尔定律;

最大限度地降低功耗,从而消除散热器;

支持精确的模拟功能;以可靠的实现方式满足广泛的应用需求。

1985年以后,他们的研究成果开始逐步浮出水面。

“三明治”变身饕餮盛宴

ST的革命性的想法是做出一个半导体工艺的“三明治”:CMOS、DMOS和双极三者为一,将3个已经很先进的工艺融合在一起,这就是BCD技术。

BCD是一种硅芯片上实现的多种技术。将三种技术组合于一个单工艺平台,实现了四大功能:

在单片中集成双极工艺高精度模拟晶体管、CMOS工艺高性能数字开关晶体管和高功率DMOS晶体管,更适合复杂的、有大功率需求的应用。这样的器件在电源管理中融入了数据转换、处理和执行功能。其打造的典型BCD产品可以提供所有关键功能,满足广泛的应用。制造方面形成了三大工艺,以满足不同电压范围应用的要求。

优化的技术平台为应用提供了最优的解决方案,BCD的持续创新保持了先进性能,新的功效更高的架构不断涌现,包括新技术模块、更好的光刻微影工艺、新兴的存储解决方案。

第一次成功证明

1985年,研发活动最终诞生了一种新的集成硅栅技术——BCD。在BCD研发过程中,研究人员克服了诸多挑战,实现了突破性创新。他们用L6202芯片第一次证明了集成芯片的先进拓扑结构,可以将功率MOS连接在没有散热器的封装中。

这种新的集成硅栅的多功率BCD在工艺架构方面对占用芯片面积最大的功率部分进行了优化,利用DMOS器件得到了许多其他电学和结构特性。由于高效硅栅隔离式DMOS晶体管的所有接点都在上面,可随意将更多DMOS晶体管连接在一个紧凑的芯片上。而且,功率DMOS在直流条件下没有驱动功耗,也没有二次击穿限制。

使用DMOS元件作为功率器件,可以在不消耗高功耗的情况下确保输出功率,克服了阻碍功率开关小型化的大电流发热问题。由于DMOS功率级有内续流二极管,因此不需要外部分立二极管,节省了元件。

创新远不止这些。用硅取代金属栅,增加了具有高精度模拟性能的双极晶体管和功率MOS,结构简单,成本更低,应用范围更广。器件兼容CMOS硅栅器件,开关速度非常快,保证高密度信号电路的安全性。

按照摩尔定律,将复杂的CMOS逻辑与现代微控制器集成在一起。一个器件实现各种功能,减少了电磁干扰,提高了器件可靠性。

这种模块化技术允许添加更多非易失性存储器、电流隔离、扩展kV功率范围。集成电源管理、数据转换、处理和驱动等功能有助于解决许多不同应用的难题。

凭借硅栅多功率BCD,ST采用自对准硅栅实现了符合摩尔定律的逻辑扩展。与传统方法相比,采用新发明的硅栅多功率BCD技术的首个DC步进电机全桥驱动器L6202非常先进。其工作电压60V,电流1.5A时功耗仅为1.5W,开关频率300kHz。该器件采用标准DIP封装,在成本和紧凑性(无散热片)方面具有很大优势,达到了所有设计目标。这一新的可靠工艺技术让芯片设计人员能够在单个芯片上灵活、可靠地集成功率、模拟和数字信号处理电路。

值得一提的是,经过35年的生产,L6202衍生出了许多产品,至今仍在生产,名称相同。

凭借其在“超越摩尔定律”半导体技术领域的多年积累,ST拥有为市场提供最佳BCD方案的技术实力。通过集成整合一系列创新技术的DMOS架构及世界一流晶圆厂的产能优势,ST的BCD能提供同类最佳的性能和最先进工艺节点。

多年来,BCD技术已经证实了其在实现产品差异化方面的灵活性,电压能力已扩展到1200V,兼容各种NVM解决方案、精密无源元件,最近甚至集成了电流隔离(6kV),拓宽了工业、蜂窝、汽车电气化等应用领域。

IEEE里程碑牌匾放在哪里?

ST获得的IEEE里程碑牌匾共有两块,分别放置在ST在意大利米兰市近郊两个曾经承担多硅栅多功率BCD开发工作的Agrate工厂和Castelletto(卡斯特)工厂的大门口。据介绍,牌匾位置有全年24小时安全摄像头监控和安保人员值守,离公共道路不远。ST的员工、访客和客户每天都会经过这里进入ST公司,游客可以随意观看牌匾或拍照。

这里是ST超过55年以上商业活动的发源地,见证了大规模生产BCD器件的高潮。有机会去意大利米兰,千万不要错过这一未来的网红打卡地!

IEEE里程碑计划颁发了多少牌匾?

IEEE是全球最大的致力于推动造福人类的技术发展的技术专业组织。IEEE的出版物、会议、技术标准以及职业和教育活动被广泛引用,是航空航天系统、计算机和电信、生物医学工程、电力和消费电子等各种领域可信赖的声音。

1983年,IEEE创立了里程碑计划,旨在表彰在独特的产品、服务、有影响力的论文和专利中造福人类的技术创新和卓越成就。每一个里程碑奖都代表了一项至少是25年前在IEEE所代表的技术领域产生的、至少具有地区影响力的重要技术成就。目前,IEEE在全球范围内批准并颁发了大约220块IEEE里程碑牌匾。

原文标题:当之无愧的殊荣,ST BCD技术何以赢得IEEE里程碑奖

文章出处:【微信公众号:意法半导体PDSA】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

责任编辑:haq

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原文标题:当之无愧的殊荣,ST BCD技术何以赢得IEEE里程碑奖

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