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一颗功率IC:BCD工艺集成高压元件,面积还节省40倍!Power-SOI卡位48V、FuSa等汽车/工业新需求

芯链 ? 2021-08-25 08:29 ? 次阅读

电子发烧友网报道(文/黄晶晶)Power-SOI主要构造为单晶顶层硅片(mono-crystal top material),中间氧化埋层(buried oxide)及底层的硅基底(silicon base)。由于Power-SOI晶圆加厚Buried Oxide结构,能够有效克服高电压可能穿透元件的问题,实现功率元件使用上的稳定性。因此,Power-SOI主要应用于BCD(BIPOLAR-CMOS-DMOS)功率集成电路制造技术中的高压元件集成。据法国半导体材料供应商Soitec的内部估算,在Power-SOI汽车领域,2021年大概每台车里面有200mm2面积的用量。预计三到五年内该用量将从200mm2提高到300mm2。

Power-SOI的结构示意图

Power-SOI的主要市场

智能驾驶、ADAS系统促使Power-SOI器件需求的增加,之所以Power-SOI受到青睐一个关键因素是Power-SOI能够满足功能安全(FuSa)的严苛要求,赋能关键汽车应用。在最近对Soitec公司Specialty-SOI事业部业务发展经理林展鹏的采访中,他详细分析了Power-SOI的技术优势与市场机会。



当前Power-SOI主要应用于汽车、工业、医疗市场。其中最大的市场来自于汽车,其次是工业,再是医疗。Soitec的Power-SOI已经在车载网络IVN、栅极驱动器、电源管理系统BMS方面占有较大市场份额,新应用主要聚焦在智能电机控制和智能电源管理领域。工业类的Power-SOI也基本上与汽车类的相同,不同是工业类应用还有以太网供电PoE等。医疗类的Power-SOI集中应用在PMIC、栅极驱动器、超声脉冲发生器IC和专用标准产品电机控制器等。

车载和工业用 Power-SOI的趋势

在汽车和工业领域有四大趋势推动Power-SOI市场的不断增长。

第一是48V电气系统的应用。随着混动汽车的流行,48V的电气系统也愈发受到关注。48V的电气系统主要是代替以前12V电气系统。林展鹏分析,当电气系统电压提高到48V时,对于用BCD制程做高集度的IC,它的工作电压需求从60V提高到200V。200V正在成为新的BCD制程工艺的主流。在这一趋势下,Power-SOI的使用率会越来越高,BCD工作电压提高到120V以上时,Power-SOI 能够让晶圆片的面积显著减小,最多可以节省接近40倍。



另外,“传统48V转12V,它的效率大概在95%。当它从12V转3.3V或者1.05V的时候,大概是90%的效率。综合来看,它的效率大概最多只能达到80%。如果把它直接从48V转1.05V,它的效率可以轻而易举达到88%以上?!绷终古羲档?,48V的电气系统有效地提升了能效的转换和利用。

第二是FuSa(Functional Safety,功能安全)。它的应用范围主要是汽车和工业,包括汽车的自动导航系统、先进驾驶辅助系统(ADAS)和工业4.0等。其中,汽车应用标准为ISO26262,工业标准为IEC61508。

要达到FuSa认证,那么IC内部对数字电路和NVM(非易失性存储器)有明显增加。对低 FIT (故障率)有更高的集成需求,要实现低FIT,最好的方法是将整个系统的IC数量减少,实现更高的集成度。此外,FuSa有着更严格的制程和更强的稳定性的要求。



第三是纯电动车和混动车对汽车规格的认证比如AEC-Q100C的需求很高。尤其是纯电动车适用的AEC-Q100C Grade 0认证,对IC结温(junctiontemperature)的要求是必须大于175摄氏度。这对传统体硅(bulk silicon)是一个很大的挑战,而Power-SOI可以轻松实现这一点。

另一方面,随着汽车排放标准要求的不断提升,模组需要更高的功率密度和更优性能,那么整个模组变轻变小后,车辆可以行驶更长的路程,实现更优化的排放。

第四是工业4.0和状态监测系统新需求。对工业规格的智能功率集成IC和附有状态监测系统功能的IC而言,它们对于可编程功能、诊断性功能、智能功率管理功能的需求也日益提高。这些应用也会像FuSa一样,需要大量数字电路和存储器以实现相应的功能。同时智能功率IC也对集成度有更高要求,例如把小型MCU加入在同一个功率IC上面。

基于这四大趋势,Power-SOI以良好的性能表现将成为越来越多功率半导体的选择。

Power-SOI的特性

具体来看,Power-SOI衬底有哪些特性和优势,来满足汽车和工业等领域的需求。

林展鹏分析,首先是高温环境下,例如AEC-Q100C Grade 0的规格认证达到了175摄氏度的要求,Power-SOI由于漏电流很低,能够在高温环境下操作。漏电流低,则不需要外接的温度补偿电路,可以让IC设计更简化,从而加速上市时间。

其次,对于高可靠性和高耐抗性的需求。由于Power-SOI主要强调无闩锁效应(latch-up free),SOI本身不会有传统体硅制程产生的附生晶体管和附生二极管。如果制程没有闩锁,更容易达到ASIL认证的C和D级别。此外在一些新应用上它的开关频率变高,需要支持超过或低于的电压需求,Power-SOI可以不用外加任何电路实现。Power-SOI还有很高的抗噪能力,减少串扰,以及加强EMC/EMI和ESD。

再者,在高性能方面,Power-SOI具有更低的功耗和更高的效率;更小的功率晶体管、导通电阻和温度依赖性;更高的开关频率和更快的反向恢复;以及更高的功率密度等特性。

此外,Power-SOI利用DTI做到电气隔离,支持高达 1,200V 的工作电压??梢园鸭吆图偷牡缪拐显谕豢榫г财?,从而实现更小的芯片尺寸。

FuSa认证要求 助推功率器件从8寸向12寸扩展

虽然当前功率器件仍然以8寸晶圆为主流,不过对于新开的产能,很多IDM或晶圆代工厂都会有意转向12寸。

林展鹏认为原因主要是两方面,一是现在基本买不到8寸的设备,即便是二手设备,价格也非常高;二是近几年功率器件在高端应用上的普及化,令12寸变得不那么难生产。当然,现在市场的缺货也是转向12寸产线的原因。

但更多的因素还是在于未来趋势。因为功能安全、智能电源、数字电路和存储器增加等因素,使得晶圆面积在大于50%的时候,很多厂商会考虑使用更先进的制程。例如从传统的180nm转成90nm及以下。同时对于90nm以下的制程,如果使用8寸晶圆会非常昂贵且不合理,因此,大部分12寸的应用都会是针对FuSa要求比较高的应用。例如,电源管理IC、系统基础IC、SBC等要求比较多的数字电路,那么很多厂商会考虑用65nm,此时12寸就是一个很好的选择。一些客户在做未来产品规划时,希望同时有12寸跟8寸两个平台,且制程逐渐同步化。

小结:

综合来看,随着智能驾驶、ADAS以及工业4.0的发展,在应对48伏电气系统、FuSa功能安全认证等新需求方面,具有优势的Power-SOI无论是从技术还是供应方面都在不断提升与之相适应。

Soitec公司在SOI市场拥有丰富的技术积累和完善的供应体系,在国内与上海新傲科技合作向中国客户稳定供货,并持续投资提升产能。作为晶圆衬底供应商,Soitec专业的FAE和产品团队为客户新产品的集成和优化提供支持,缩短测试时间,赋能更快的上市时间。

本文为电子发烧友网原创文章,作者黄晶晶,微信号kittyhjj,转载请注明以上来源。如需入群交流,请添加微信elecfans999,投稿发邮件到huangjingjing@elecfans.com。

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SN54LS145-SP BCD 到十进制解码器/驱动器

SN54HC42 4 线路到 10 线路 BCD 至十进制解码器

这些十进制解码器由8个反相器和10个4输入与非门组成。反相器成对连接以使BCD输入数据可用于由NAND门解码。有效输入逻辑的完全解码可确保所有无效输入条件下的所有输入保持关闭状态。 特性 2 V至6 V的宽工作电压范围 输出可驱动多达10 LSTTL负载 低功耗,80-μA最大I CC 典型t pd = 14 ns ±4- mA输出驱动电压为5 V 低输入电流(最大1μA) 输入逻辑的完全解码 无效BCD条件下所有输出均为高 同样用于3行到8行解码器的应用程序 参数 与其它产品相比?解码器/编码器/多路复用器 ? Technology Family VCC (Min) (V) VCC (Max) (V) Channels (#) Voltage (Nom) (V) F @ Nom Voltage (Max) (Mhz) ICC @ Nom Voltage (Max) (mA) tpd @ Nom Voltage (Max) (ns) Rating Operating Temperature Range (C) ? var link = "zh_CN_folder_p_quick_link_description_features_parametrics"; com.TI.Product.handleQuickLinks('parametric','参数变化','#parametrics',link); SN54HC42 SN74HC42 HC ? ? HC ? ? ...
发表于 09-05 16:16 ? 199次 阅读
SN54HC42 4 线路到 10 线路 BCD 至十进制解码器

CD54HC42 高速 CMOS 逻辑 BCD 至十进制解码器(10 选 1)

?? HC42和CD74HCT42 BCD-to-Decimal解码器利用硅栅CMOS技术实现类似于LSTTL解码器的运行速度,具有低功耗标准CMOS集成电路。这些器件能够驱动10个LSTLL负载,并与标准LS逻辑系列兼容。根据BCD输入选择十个输出之一(选择低电平)。无效的BCD输入导致没有选择任何输出(所有输出均为高电平)。 特性 缓冲输入和输出 典型传播延迟:V CC = 5V时为12ns, C L = 15pF,T A = 25°C 扇出(超温范围) 标准输出。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 10 LSTTL负载 总线驱动器输出。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 15 LSTTL负载 宽工作温度范围。 。 。 -55°C至125°C 平衡传播延迟和转换时间 与LSTTL逻辑IC相比显着降低功耗 HC类型 2V至6V工作 高抗噪性:N IL = 30%,N IH = 30%V CC 在V CC = 5V HCT类型 4.5V至5.5V操作 直接LSTTL输入逻辑兼容性,V IL = 0.8V(最大值),V IH = 2V(最小值) CMOS输入兼容性,I l V OL 时为1μA,V OH 参数 与其它产品相比?解码器/编码器/...
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CD54HC42 高速 CMOS 逻辑 BCD 至十进制解码器(10 选 1)

SN54LS49 具有集电极开路输出的 BCD 到 7 段解码器/驱动器

'46A,'47A和'LS47具有低电平有效输出,专为直接驱动,共阳极LED或白炽指示灯而设计。 '48,'LS48和'LS49具有高电平有效输出,用于驱动灯缓冲器或共阴极LED。除'LS49之外的所有电路都具有完整的纹波消隐输入/输出控制和灯测试输入。 'LS49电路采用直接消隐输入。段识别和结果显示如下所示。 BCD输入计数大于9的显示模式是用于验证输入条件的唯一符号。 '46A,'47A,'48,'LS47和'LS48电路包含自动前沿和/或后沿零-blanking控制(RBI \和RBO \)。当BI \ /RBO \节点处于高电平时,可以在任何时间执行这些类型的灯测试(LT \)。所有类型(包括'49和'LS49)都包含一个重写消隐输入(BI \),可用于通过脉冲或抑制输出来控制灯的强度。输入和输出完全兼容,可与TTL逻辑输出一起使用。 SN54246 /SN74246和'247以及SN54LS247 /SN74LS247和'LS248组成6和9尾部,旨在为设计人员提供两种指示字体之间的选择。 特性 '46A,'47A,'LS47功能 Open-Collector直接输出驱动器指示 灯具测试条款 领先/尾随零抑制 '48,'LS48功能 内部拉动消除了对外部电阻 灯测试供应 前导/尾随零抑制 'LS49功...
发表于 09-03 15:15 ? 333次 阅读
SN54LS49 具有集电极开路输出的 BCD 到 7 段解码器/驱动器
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