什么是BCD工艺？

BCD是一种单片集成工艺技术，1986年由意法半导体(ST)公司率先研制成功，这种技术能够在同一芯片上制作双极管bipolar，CMOS和DMOS器件，称为BCD工艺。

器件类别	器件特点	应用
双极类别	两种载流子都参见导电，驱动能力强，工作频率高，集成度低	模拟电路对性能要求较高部分(高速、强驱动、高精度)
CMOS器件	集成度高，功耗低	适合做逻辑处理，一些输入，也可以做输出驱动
DMOS器件	高压大电流驱动(器件结构决定漏端能承受高压，高集成度可在小面积内做超大W/L)	模拟电路和驱动,尤其是高压功率部分，不适合做逻辑处理

表1：双极管Bipolar、CMOS和和DMOS器件的特点

    BCD工艺不仅整合了bipolar高跨导、强负载驱动能力和CMOS集成度高、低功耗的优势，使其发挥各自的优点，还结合DMOS的特点，DMOS在开关模式下工作功耗极低，是提升功率和集成度的关键。

图1：BCD工艺界面图

BCD工艺把Bipolar器件、CMOS器件、DMOS功率器件同时制作在同一芯片上，可大幅降低功率损耗，提高系统性能，具有更好的可靠性。整合过的BCD工艺不需要昂贵的封装和冷却系统就可以将大功率传递给负载，节省电路的封装费用，可以说，BCD所具备的高速节能的特点基本满足对高性能模拟/电源管理芯片的工艺需求。

BCD工艺的关键技术

BCD工艺典型器件包括低压CMOS管、高压MOS管、各种击穿电压的LDMOS、垂直NPN/PNP管、横向PNP管、肖特基二极管、阱电阻、多晶电阻、金尾电阳等。有些工艺甚至还集成了EEPROM、结型场效应JFET等器件，促使了BCD工艺中器件种类多，可以根据应用的需要来选择zui合适的器件，尤其是要选择合适的隔离技术。

在BCD隔离技术上相继出现了结隔离、自隔离和介质隔离等多项技术。结隔离技术是将器件做在P型衬底的N型外延层上，利用PN结的反偏特性实现隔离，因为PN结在反偏下具有很高的电阻。

自隔离技术本质上也是PN结隔离，是依靠器件中源漏区与衬底之间形成自然的PN结特性实现隔离。当MOS管导通时源区、漏区与沟道都被耗尽区包围，与衬底之间形成隔离。当其截止时漏区与衬底之间PN结反偏，源区高压被耗尽区隔离。

介质隔离是利用氧化硅等绝缘介质实现隔离，在介质隔离和结隔离基础上结合二者优点还发展出了准介质隔离，通过选择性的采用上述隔离技术，实现高压和低压的兼容。

图2：LDMOS结构图

功率输出级DMOS管是此类电路的he心，往往占据整个芯片面积的1/2 ~2/3，它是整个集成电路的关键。。DMOS主要有两种类型，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管VDMOSFET (verticaldouble-difusedMOSFET) 和横向双扩散金属氧化物半导体场效应管LDMOSFET (lateraldoubledif fusedMOSFET)。

LDMOS更容易与CMOS工艺兼容，所以被广泛采用，如图2所示，LDMOS是一种双扩散结构的功率器件。其中漂移区是该类器件设计的关键，因为是高阻，能够承受更高的电压。

BCD工艺的发展趋势

BCD 工艺技术的发展不像标准CMOS 工艺那样，一直遵循Moore 定律向更小线宽、更快的速度方向发展。BCD 工艺大致朝着三个方向分化发展：高压、高功率、高密度。

1.      高压BDC

高压 BCD，可以在同一芯片上同时制造高可靠性的低压控制电路和超高压DMOS 级电路， 可实现500-700V的高压器件的制作，但总体上BCD还是适合那些对功率器件尤其是BJT或大电流DMOS器件要求比较高的产品，可用于电子照明和工业应用的功率控制。

2.      高功率BCD

高功率BCD的电压范围在40-90V，主要用于需求大电流驱动能力、中等电压和简单控制电路的汽车电子。它的需求特点是大电流驱动能力、中等电压，而控制电路往往比较简单。

3.      高密度BCD

高密度BCD，电压范围为5-50V，个别汽车电子会到70V。可以在同一个芯片上集成越来越多的复杂和多样化的功能。高密度BCD采用了一些模块化的设计思路，从而实现产品多样化，主要用于汽车电子应用。

BCD工艺的主要应用

   BCD工艺主要应用于显示驱动、电源管理（电源和电池控制）、汽车电子、工业控制等。BCD工艺与SOI技术结合也是BCD工艺发展的一大特点。

图3：BCD应用范围

   总之，BCD工艺是一种先进的单片集成工艺技术，是电源管理、显示驱动、汽车电子等IC制造工艺的上佳选择，具有广阔的市场前景。今后，BCD工艺仍将朝着高压、高功率、高密度三个方向分化发展。其中BCD技术与SO|技术相结合，是一个非常重要的技术趋势。

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