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一顆功率IC:BCD工藝集成高壓元件,面積還節省40倍!Power-SOI卡位48V、FuSa等汽車/工業新需求

芯鏈 ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:黃晶晶 ? 2021-08-25 08:29 ? 次閱讀

電子發燒友網報道(文/黃晶晶)Power-SOI主要構造為單晶頂層硅片(mono-crystal top material),中間氧化埋層(buried oxide)及底層的硅基底(silicon base)。由于Power-SOI晶圓加厚Buried Oxide結構,能夠有效克服高電壓可能穿透元件的問題,實現功率元件使用上的穩定性。因此,Power-SOI主要應用于BCD(BIPOLAR-CMOS-DMOS)功率集成電路制造技術中的高壓元件集成。據法國半導體材料供應商Soitec的內部估算,在Power-SOI汽車領域,2021年大概每臺車里面有200mm2面積的用量。預計三到五年內該用量將從200mm2提高到300mm2。

Power-SOI的結構示意圖

Power-SOI的主要市場

智能駕駛、ADAS系統促使Power-SOI器件需求的增加,之所以Power-SOI受到青睞一個關鍵因素是Power-SOI能夠滿足功能安全(FuSa)的嚴苛要求,賦能關鍵汽車應用。在最近對Soitec公司Specialty-SOI事業部業務發展經理林展鵬的采訪中,他詳細分析了Power-SOI的技術優勢與市場機會。



當前Power-SOI主要應用于汽車、工業、醫療市場。其中最大的市場來自于汽車,其次是工業,再是醫療。Soitec的Power-SOI已經在車載網絡IVN、柵極驅動器電源管理系統BMS方面占有較大市場份額,新應用主要聚焦在智能電機控制和智能電源管理領域。工業類的Power-SOI也基本上與汽車類的相同,不同是工業類應用還有以太網供電PoE等。醫療類的Power-SOI集中應用在PMIC、柵極驅動器、超聲脈沖發生器IC和專用標準產品電機控制器等。

車載和工業用 Power-SOI的趨勢

在汽車和工業領域有四大趨勢推動Power-SOI市場的不斷增長。

第一是48V電氣系統的應用。隨著混動汽車的流行,48V的電氣系統也愈發受到關注。48V的電氣系統主要是代替以前12V電氣系統。林展鵬分析,當電氣系統電壓提高到48V時,對于用BCD制程做高集度的IC,它的工作電壓需求從60V提高到200V。200V正在成為新的BCD制程工藝的主流。在這一趨勢下,Power-SOI的使用率會越來越高,BCD工作電壓提高到120V以上時,Power-SOI 能夠讓晶圓片的面積顯著減小,最多可以節省接近40倍。



另外,“傳統48V轉12V,它的效率大概在95%。當它從12V轉3.3V或者1.05V的時候,大概是90%的效率。綜合來看,它的效率大概最多只能達到80%。如果把它直接從48V轉1.05V,它的效率可以輕而易舉達到88%以上。”林展鵬說道,48V的電氣系統有效地提升了能效的轉換和利用。

第二是FuSa(Functional Safety,功能安全)。它的應用范圍主要是汽車和工業,包括汽車的自動導航系統、先進駕駛輔助系統(ADAS)和工業4.0等。其中,汽車應用標準為ISO26262,工業標準為IEC61508。

要達到FuSa認證,那么IC內部對數字電路和NVM(非易失性存儲器)有明顯增加。對低 FIT (故障率)有更高的集成需求,要實現低FIT,最好的方法是將整個系統的IC數量減少,實現更高的集成度。此外,FuSa有著更嚴格的制程和更強的穩定性的要求。



第三是純電動車和混動車對汽車規格的認證比如AEC-Q100C的需求很高。尤其是純電動車適用的AEC-Q100C Grade 0認證,對IC結溫(junctiontemperature)的要求是必須大于175攝氏度。這對傳統體硅(bulk silicon)是一個很大的挑戰,而Power-SOI可以輕松實現這一點。

另一方面,隨著汽車排放標準要求的不斷提升,模組需要更高的功率密度和更優性能,那么整個模組變輕變小后,車輛可以行駛更長的路程,實現更優化的排放。

第四是工業4.0和狀態監測系統新需求。對工業規格的智能功率集成IC和附有狀態監測系統功能的IC而言,它們對于可編程功能、診斷性功能、智能功率管理功能的需求也日益提高。這些應用也會像FuSa一樣,需要大量數字電路和存儲器以實現相應的功能。同時智能功率IC也對集成度有更高要求,例如把小型MCU加入在同一個功率IC上面。

基于這四大趨勢,Power-SOI以良好的性能表現將成為越來越多功率半導體的選擇。

Power-SOI的特性

具體來看,Power-SOI襯底有哪些特性和優勢,來滿足汽車和工業等領域的需求。

林展鵬分析,首先是高溫環境下,例如AEC-Q100C Grade 0的規格認證達到了175攝氏度的要求,Power-SOI由于漏電流很低,能夠在高溫環境下操作。漏電流低,則不需要外接的溫度補償電路,可以讓IC設計更簡化,從而加速上市時間。

其次,對于高可靠性和高耐抗性的需求。由于Power-SOI主要強調無閂鎖效應(latch-up free),SOI本身不會有傳統體硅制程產生的附生晶體管和附生二極管。如果制程沒有閂鎖,更容易達到ASIL認證的C和D級別。此外在一些新應用上它的開關頻率變高,需要支持超過或低于的電壓需求,Power-SOI可以不用外加任何電路實現。Power-SOI還有很高的抗噪能力,減少串擾,以及加強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;更小的功率晶體管、導通電阻和溫度依賴性;更高的開關頻率和更快的反向恢復;以及更高的功率密度等特性。

此外,Power-SOI利用DTI做到電氣隔離,支持高達 1,200V 的工作電壓。可以把極高和極低的電壓整合在同一塊晶圓片上,從而實現更小的芯片尺寸。

FuSa認證要求 助推功率器件從8寸向12寸擴展

雖然當前功率器件仍然以8寸晶圓為主流,不過對于新開的產能,很多IDM或晶圓代工廠都會有意轉向12寸。

林展鵬認為原因主要是兩方面,一是現在基本買不到8寸的設備,即便是二手設備,價格也非常高;二是近幾年功率器件在高端應用上的普及化,令12寸變得不那么難生產。當然,現在市場的缺貨也是轉向12寸產線的原因。

但更多的因素還是在于未來趨勢。因為功能安全、智能電源、數字電路和存儲器增加等因素,使得晶圓面積在大于50%的時候,很多廠商會考慮使用更先進的制程。例如從傳統的180nm轉成90nm及以下。同時對于90nm以下的制程,如果使用8寸晶圓會非常昂貴且不合理,因此,大部分12寸的應用都會是針對FuSa要求比較高的應用。例如,電源管理IC、系統基礎IC、SBC等要求比較多的數字電路,那么很多廠商會考慮用65nm,此時12寸就是一個很好的選擇。一些客戶在做未來產品規劃時,希望同時有12寸跟8寸兩個平臺,且制程逐漸同步化。

小結:

綜合來看,隨著智能駕駛、ADAS以及工業4.0的發展,在應對48伏電氣系統、FuSa功能安全認證等新需求方面,具有優勢的Power-SOI無論是從技術還是供應方面都在不斷提升與之相適應。

Soitec公司在SOI市場擁有豐富的技術積累和完善的供應體系,在國內與上海新傲科技合作向中國客戶穩定供貨,并持續投資提升產能。作為晶圓襯底供應商,Soitec專業的FAE和產品團隊為客戶新產品的集成和優化提供支持,縮短測試時間,賦能更快的上市時間。

本文為電子發燒友網原創文章,作者黃晶晶,微信號kittyhjj,轉載請注明以上來源。如需入群交流,請添加微信elecfans999,投稿發郵件到huangjingjing@elecfans.com。

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SN54HC42 4 線路到 10 線路 BCD 至十進制解碼器

這些十進制解碼器由8個反相器和10個4輸入與非門組成。反相器成對連接以使BCD輸入數據可用于由NAND門解碼。有效輸入邏輯的完全解碼可確保所有無效輸入條件下的所有輸入保持關閉狀態。 特性 2 V至6 V的寬工作電壓范圍 輸出可驅動多達10 LSTTL負載 低功耗,80-μA最大I CC 典型t pd = 14 ns ±4- mA輸出驅動電壓為5 V 低輸入電流(最大1μA) 輸入邏輯的完全解碼 無效BCD條件下所有輸出均為高 同樣用于3行到8行解碼器的應用程序 參數 與其它產品相比?解碼器/編碼器/多路復用器 ? 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','參數變化','#parametrics',link); SN54HC42 SN74HC42 HC ? ? HC ? ? ...
發表于 09-05 16:16 ? 213次 閱讀
SN54HC42 4 線路到 10 線路 BCD 至十進制解碼器

CD54HC42 高速 CMOS 邏輯 BCD 至十進制解碼器(10 選 1)

?? HC42和CD74HCT42 BCD-to-Decimal解碼器利用硅柵CMOS技術實現類似于LSTTL解碼器的運行速度,具有低功耗標準CMOS集成電路。這些器件能夠驅動10個LSTLL負載,并與標準LS邏輯系列兼容。根據BCD輸入選擇十個輸出之一(選擇低電平)。無效的BCD輸入導致沒有選擇任何輸出(所有輸出均為高電平)。 特性 緩沖輸入和輸出 典型傳播延遲:V CC = 5V時為12ns, C L = 15pF,T A = 25°C 扇出(超溫范圍) 標準輸出。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 10 LSTTL負載 總線驅動器輸出。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 15 LSTTL負載 寬工作溫度范圍。 。 。 -55°C至125°C 平衡傳播延遲和轉換時間 與LSTTL邏輯IC相比顯著降低功耗 HC類型 2V至6V工作 高抗噪性:N IL = 30%,N IH = 30%V CC 在V CC = 5V HCT類型 4.5V至5.5V操作 直接LSTTL輸入邏輯兼容性,V IL = 0.8V(最大值),V IH = 2V(最小值) CMOS輸入兼容性,I l V OL 時為1μA,V OH 參數 與其它產品相比?解碼器/編碼器/...
發表于 09-05 15:42 ? 211次 閱讀
CD54HC42 高速 CMOS 邏輯 BCD 至十進制解碼器(10 選 1)

SN54LS49 具有集電極開路輸出的 BCD 到 7 段解碼器/驅動器

'46A,'47A和'LS47具有低電平有效輸出,專為直接驅動,共陽極LED或白熾指示燈而設計。 '48,'LS48和'LS49具有高電平有效輸出,用于驅動燈緩沖器或共陰極LED。除'LS49之外的所有電路都具有完整的紋波消隱輸入/輸出控制和燈測試輸入。 'LS49電路采用直接消隱輸入。段識別和結果顯示如下所示。 BCD輸入計數大于9的顯示模式是用于驗證輸入條件的唯一符號。 '46A,'47A,'48,'LS47和'LS48電路包含自動前沿和/或后沿零-blanking控制(RBI \和RBO \)。當BI \ /RBO \節點處于高電平時,可以在任何時間執行這些類型的燈測試(LT \)。所有類型(包括'49和'LS49)都包含一個重寫消隱輸入(BI \),可用于通過脈沖或抑制輸出來控制燈的強度。輸入和輸出完全兼容,可與TTL邏輯輸出一起使用。 SN54246 /SN74246和'247以及SN54LS247 /SN74LS247和'LS248組成6和9尾部,旨在為設計人員提供兩種指示字體之間的選擇。 特性 '46A,'47A,'LS47功能 Open-Collector直接輸出驅動器指示 燈具測試條款 領先/尾隨零抑制 '48,'LS48功能 內部拉動消除了對外部電阻 燈測試供應 前導/尾隨零抑制 'LS49功...
發表于 09-03 15:15 ? 360次 閱讀
SN54LS49 具有集電極開路輸出的 BCD 到 7 段解碼器/驅動器
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