當(dāng)之無愧的殊榮，ST BCD技術(shù)何以贏得IEEE里程碑獎

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?最近，功率半導(dǎo)體，乃至整個半導(dǎo)體行業(yè)的一件大事是：電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）將IEEE里程碑獎（IEEE Milestones）頒發(fā)給了意法半導(dǎo)體，以表彰其在超級集成硅柵半導(dǎo)體工藝技術(shù)方面的開創(chuàng)性貢獻，具體標的就是單片多硅技術(shù)（Bipolar-CMOS-DMOS，BCD）開拓性研究成果和商業(yè)化應(yīng)用。
重量獎項意義非同小可

5月中旬，在意法半導(dǎo)體Agrate工廠舉行的現(xiàn)場/線上揭牌儀式上，IEEE意大利分部人道主義活動委員會協(xié)調(diào)員兼前任秘書Giambattista Gruosso和意法半導(dǎo)體總裁兼首席執(zhí)行官Jean-Marc Chery共同揭開了IEEE里程碑牌匾。

▲Jean-Marc Chery（左）在揭牌儀式上

牌匾上的內(nèi)容如下：IEEE里程碑
單片多硅技術(shù)，1985年

SGS（現(xiàn)為意法半導(dǎo)體）率先采用單片集成雙極型晶體管、CMOS晶體管和DMOS晶體管(BCD)的超級集成硅柵極工藝，解決復(fù)雜的、有大功率需求的應(yīng)用設(shè)計難題。首個BCD超級集成電路L6202可以控制最高60V-5A的功率，開關(guān)頻率300kHz。隨后的汽車、計算機和工業(yè)自動化廣泛采用了這項工藝技術(shù)，讓芯片設(shè)計人員能夠靈活、可靠地單片集成功率、模擬和數(shù)字信號處理電路。
▲IEEE里程碑

▲IEEE里程碑揭牌儀式視頻集錦

意法半導(dǎo)體總裁、首席執(zhí)行官
Jean-Marc Chery表示：
80年代初，智能電源還是一個獨樹一幟的概念，我們有遠見和眼光的天才技術(shù)團隊認識到智能電源的價值，創(chuàng)造了一項非凡成就，將雙極晶體管的高精度功能與CMOS數(shù)字控制和DMOS的高功率整合成一顆芯片。

時至今日，過去了35年，經(jīng)歷了9次技術(shù)迭代，我們生產(chǎn)了500萬片晶圓，售出了400億顆芯片。去年一年，我們就售出近30億顆芯片。IEEE里程碑牌匾意味著ST的BCD技術(shù)將被寫進推進人類發(fā)展的科技史冊，對此，我們的自豪無以言表。

遠不止這些應(yīng)用


從推出BCD工藝至今，30多年來，其產(chǎn)品已涵蓋智能駕駛（引擎管理ABS、氣囊、ESP、汽車收音機、車輛電氣化、充電樁）、智慧工業(yè)（電機控制、照明、工業(yè)顯示、電力線調(diào)制解調(diào)器、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、超聲心動圖），以及智能家居和智能設(shè)備（音頻放大器、無線充電器、電源、AMOLED顯示器、打印機、硬盤驅(qū)動器）等數(shù)不盡的終端應(yīng)用，讓整個電子行業(yè)經(jīng)歷了顛覆性變遷。
BCD技術(shù)的起源

今天的ST，已是一個擁有46,000名半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)造者和創(chuàng)新者，掌握半導(dǎo)體供應(yīng)鏈和最先進的制造設(shè)備的頭部企業(yè)。作為一家獨立半導(dǎo)體設(shè)備制造商，ST與超過十萬客戶、數(shù)千個合作伙伴一起研發(fā)產(chǎn)品和解決方案，共同構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，幫助他們更好地應(yīng)對各種挑戰(zhàn)和新機遇，滿足世界對可持續(xù)發(fā)展的更高需求。ST的技術(shù)讓人們的出行更智能，電力和能源管理更高效，物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)應(yīng)用更廣泛。

回溯到上世紀八十年代初期，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)歷了50年代的雙極（bipolar）、60年代的CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）和70年代的DMOS（雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體）的三大技術(shù)創(chuàng)新。不過這些技術(shù)都是各自為戰(zhàn)，只服務(wù)于自己的一畝三分地。

• 雙極技術(shù)非常適合模擬功能的半導(dǎo)體器件，一般用于功率稍大的電路，具有截止頻率高、驅(qū)動能力大、速度快、噪聲低等優(yōu)點；但集成度低、體積大，功耗也大；

• CMOS技術(shù)制造的數(shù)字功能半導(dǎo)體器件具有集成度高、功耗低、輸入阻抗高等優(yōu)點，驅(qū)動邏輯門能力比其他器件強很多；

• DMOS技術(shù)適合功率功能的器件，是目前應(yīng)用最廣泛、最具代表性的功率器件，特別是DMOS單元組成的半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（FET）具有高電流驅(qū)動能力、低導(dǎo)通電阻和高擊穿電壓等特性。

能不能把三種用于不同應(yīng)用的半導(dǎo)體技術(shù)整合在一起，發(fā)揮更大的作用呢？
1984年，ST（當(dāng)時還是SGS Microelettronica）的工程師開始尋找解決各種電子應(yīng)用難題的可靠方法。
他們的目標很多：

• 創(chuàng)造一種在一顆芯片上集成異質(zhì)晶體管和二極管的技術(shù)，能夠提供數(shù)百瓦功率；

• 用邏輯控制功率，實現(xiàn)方式需要遵循摩爾定律；

• 最大限度地降低功耗，從而消除散熱器；

• 支持精確的模擬功能；以可靠的實現(xiàn)方式滿足廣泛的應(yīng)用需求。

1985年以后，他們的研究成果開始逐步浮出水面。
“三明治”變身饕餮盛宴

ST的革命性的想法是做出一個半導(dǎo)體工藝的“三明治”：CMOS、DMOS和雙極三者為一，將3個已經(jīng)很先進的工藝融合在一起，這就是BCD技術(shù)。

▲半導(dǎo)體“三明治”

BCD是一種硅芯片上實現(xiàn)的多種技術(shù)。將三種技術(shù)組合于一個單工藝平臺，實現(xiàn)了四大功能：
▲更高能量效率

▲改善了可靠性

▲降低電磁干擾

▲縮小芯片面積

在單片中集成雙極工藝高精度模擬晶體管、CMOS工藝高性能數(shù)字開關(guān)晶體管和高功率DMOS晶體管，更適合復(fù)雜的、有大功率需求的應(yīng)用。這樣的器件在電源管理中融入了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理和執(zhí)行功能。其打造的典型BCD產(chǎn)品可以提供所有關(guān)鍵功能，滿足廣泛的應(yīng)用。制造方面形成了三大工藝，以滿足不同電壓范圍應(yīng)用的要求。

▲三大BCD工藝

優(yōu)化的技術(shù)平臺為應(yīng)用提供了最優(yōu)的解決方案，BCD的持續(xù)創(chuàng)新保持了先進性能，新的功效更高的架構(gòu)不斷涌現(xiàn)，包括新技術(shù)模塊、更好的光刻微影工藝、新興的存儲解決方案。
第一次成功證明

1985年，研發(fā)活動最終誕生了一種新的集成硅柵技術(shù)——BCD。在BCD研發(fā)過程中，研究人員克服了諸多挑戰(zhàn)，實現(xiàn)了突破性創(chuàng)新。他們用L6202芯片第一次證明了集成芯片的先進拓撲結(jié)構(gòu)，可以將功率MOS連接在沒有散熱器的封裝中。

▲第一款BCD器件L6202

這種新的集成硅柵的多功率BCD在工藝架構(gòu)方面對占用芯片面積最大的功率部分進行了優(yōu)化，利用DMOS器件得到了許多其他電學(xué)和結(jié)構(gòu)特性。由于高效硅柵隔離式DMOS晶體管的所有接點都在上面，可隨意將更多DMOS晶體管連接在一個緊湊的芯片上。而且，功率DMOS在直流條件下沒有驅(qū)動功耗，也沒有二次擊穿限制。

使用DMOS元件作為功率器件，可以在不消耗高功耗的情況下確保輸出功率，克服了阻礙功率開關(guān)小型化的大電流發(fā)熱問題。由于DMOS功率級有內(nèi)續(xù)流二極管，因此不需要外部分立二極管，節(jié)省了元件。
創(chuàng)新遠不止這些。用硅取代金屬柵，增加了具有高精度模擬性能的雙極晶體管和功率MOS，結(jié)構(gòu)簡單，成本更低，應(yīng)用范圍更廣。器件兼容CMOS硅柵器件，開關(guān)速度非常快，保證高密度信號電路的安全性。
按照摩爾定律，將復(fù)雜的CMOS邏輯與現(xiàn)代微控制器集成在一起。一個器件實現(xiàn)各種功能，減少了電磁干擾，提高了器件可靠性。
這種模塊化技術(shù)允許添加更多非易失性存儲器、電流隔離、擴展kV功率范圍。集成電源管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理和驅(qū)動等功能有助于解決許多不同應(yīng)用的難題。
憑借硅柵多功率BCD，ST采用自對準硅柵實現(xiàn)了符合摩爾定律的邏輯擴展。與傳統(tǒng)方法相比，采用新發(fā)明的硅柵多功率BCD技術(shù)的首個DC和步進電機全橋驅(qū)動器L6202非常先進。其工作電壓60V，電流1.5A時功耗僅為1.5W，開關(guān)頻率300kHz。該器件采用標準DIP封裝，在成本和緊湊性（無散熱片）方面具有很大優(yōu)勢，達到了所有設(shè)計目標。這一新的可靠工藝技術(shù)讓芯片設(shè)計人員能夠在單個芯片上靈活、可靠地集成功率、模擬和數(shù)字信號處理電路。
▲L6202內(nèi)部照片

值得一提的是，經(jīng)過35年的生產(chǎn)，L6202衍生出了許多產(chǎn)品，至今仍在生產(chǎn)，名稱相同。
憑借其在“超越摩爾定律”半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的多年積累，ST擁有為市場提供最佳BCD方案的技術(shù)實力。通過集成整合一系列創(chuàng)新技術(shù)的DMOS架構(gòu)及世界一流晶圓廠的產(chǎn)能優(yōu)勢，ST的BCD能提供同類最佳的性能和最先進工藝節(jié)點。
多年來，BCD技術(shù)已經(jīng)證實了其在實現(xiàn)產(chǎn)品差異化方面的靈活性，電壓能力已擴展到1200V，兼容各種NVM解決方案、精密無源元件，最近甚至集成了電流隔離（6kV），拓寬了工業(yè)、蜂窩、汽車電氣化等應(yīng)用領(lǐng)域。
IEEE里程碑牌匾放在哪里？

ST獲得的IEEE里程碑牌匾共有兩塊，分別放置在ST在意大利米蘭市近郊兩個曾經(jīng)承擔(dān)多硅柵多功率BCD開發(fā)工作的Agrate工廠和Castelletto（卡斯特）工廠的大門口。據(jù)介紹，牌匾位置有全年24小時安全攝像頭監(jiān)控和安保人員值守，離公共道路不遠。ST的員工、訪客和客戶每天都會經(jīng)過這里進入ST公司，游客可以隨意觀看牌匾或拍照。

這里是ST超過55年以上商業(yè)活動的發(fā)源地，見證了大規(guī)模生產(chǎn)BCD器件的高潮。有機會去意大利米蘭，千萬不要錯過這一未來的網(wǎng)紅打卡地！
IEEE里程碑計劃頒發(fā)了多少牌匾？

IEEE是全球最大的致力于推動造福人類的技術(shù)發(fā)展的技術(shù)專業(yè)組織。IEEE的出版物、會議、技術(shù)標準以及職業(yè)和教育活動被廣泛引用，是航空航天系統(tǒng)、計算機和電信、生物醫(yī)學(xué)工程、電力和消費電子等各種領(lǐng)域可信賴的聲音。

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▲www.ieee.org

1983年，IEEE創(chuàng)立了里程碑計劃，旨在表彰在獨特的產(chǎn)品、服務(wù)、有影響力的論文和專利中造福人類的技術(shù)創(chuàng)新和卓越成就。每一個里程碑獎都代表了一項至少是25年前在IEEE所代表的技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生的、至少具有地區(qū)影響力的重要技術(shù)成就。目前，IEEE在全球范圍內(nèi)批準并頒發(fā)了大約220塊IEEE里程碑牌匾。

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