当之无愧的殊荣，ST BCD技术何以赢得IEEE里程碑奖

时间：2021-08-19 16:26:19

关键字： BCD IEEE ST

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最近，功率半导体，乃至整个半导体行业的一件大事是：电气与电子工程师协会（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。

▲Jean-Marc Chery（左）在揭牌仪式上

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、模拟和数字信号处理电路。

▲IEEE里程碑

▲IEEE里程碑揭牌仪式视频集锦

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，物联网和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。

▲半导体“三明治”

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：

▲更高能量效率

▲改善了可靠性

▲降低电磁干扰

▲缩小芯片面积

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。

▲三大BCD工艺

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。

▲第一款BCD器件L6202

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和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。
▲L6202内部照片

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。