加码电源管理IC，华虹宏力打出BCD工艺组合拳

作者：爱集微

2019-09-30

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来源：华虹宏力

5G、物联网时代的到来，催生了很多智能化的设备，对电源管理芯片也提出了新的需求。面对新兴应用，电源管理IC该如何进化呢？在日前举办的“第十七届中国通信集成电路技术应用研讨会”上，华虹集团旗下上海华虹宏力半导体制造有限公司（“华虹宏力”）市场、战略与发展部贾璐博士给出了很好的答案。

华虹宏力市场、战略与发展部贾璐博士在现场讲解面向电源管理芯片的BCD工艺

把握市场机遇，应对细分市场应用之变

据Yole预测，电源管理IC市场规模到2023年将增长至227亿美元，2018~2023年期间的复合年增长率（CAGR）将达4.6%。在这个超越摩尔的领域里，产业的增长主要受应用驱动。

总体来看，包括智能设备的发展趋势有如下特点，对电源管理IC提出了相应需求。贾璐博士指出：

为适应便携性趋势，设备供电方式从适配器供电转变为电池供电，带来很多电池供电系统的芯片需求；
小型化及低功耗，更多是遵循了摩尔定律的发展趋势；
快充对充电功率的要求不断提高，智能手机已从最初的5W充电功率，一路升到10W、20W，Type-C甚至将高达100W；
智能化的趋势，例如，LED照明从最初的简单逻辑控制到如今调光、变色等更个性化的要求，对电源芯片提出更复杂的智能化控制需求。

顺应市场变化，电源管理技术的进化一直在路上。据贾璐博士分析，首先是集成化趋势。如智能手机，之前具有多路分立的LDO处理器及基带也都各带独立电源管理IC，如今AP和多数Sub PMIC不断整合成了集成化的PMU。另一方面，由于兼容性和不断升级的需求，仍有部分电源管理IC无法集成到PMU中，这部分电源管理IC的发展就是性能和成本的持续优化。具体表现为，一是高FOM性，即导通电阻低、高频损耗小；二是越来越智能，控制逻辑复杂化；三是高可靠性，尤其是在工业、汽车领域应用中。针对电源管理IC的发展趋势，华虹宏力提出了“8+12”策略，8英寸工艺线持续优化器件性能与成本，12英寸工艺线则针对集成化需求。

立足特色工艺，华虹宏力BCD平台“进化”之路

BCD技术可以在单一芯片上集成双极型器件（Bipolar）、CMOS器件和DMOS器件。BCD工艺综合了Bipolar器件高驱动、高频、高精度以及CMOS器件数字化、高集成度、低功耗的特性，同时还有DMOS器件抗高压、大电流、强驱动的能力，被广泛应用于电源管理芯片的设计和制造中。

华虹宏力深耕电源管理芯片代工市场，拥有约300项BCD工艺相关的专利，可提供全系列BCD/CDMOS工艺，覆盖电压范围从5V至700V，达到国际先进水平。贾璐博士为在场人士详细介绍了华虹宏力的BCD工艺平台“组合拳”。

高性能90nm BCD工艺

领先的高性能90nm BCD工艺提供多种集成器件，增强设计的集成度和灵活度。其中，工作电压Switched NLDMOS的性能达到业界先进水平。对于PMU、数字功放等数字逻辑面积占比较高的产品，90nm技术产品在芯片面积上具有很大优势：以数字逻辑占比30%估算，模拟、IO、电源部分尺寸不变的情况下，90nm技术产品相比180nm，面积缩小约22%。

更值得一提的是，随着华虹无锡项目12英寸生产线量产能力的形成，华虹宏力90nm BCD工艺平台将以“8+12”双产线并行，为火爆的电源芯片需求提供“能量满满”的产能支持。

180nm BCD工艺持续优化中

对于BCD工艺来说，180nm是个关键的工艺节点，并将长期存在。从此节点向下，导通电阻的优化必须通过改变器件结构才能实现。华虹宏力坚持研发创新、持续优化，在第二代180nm BCD技术量产的基础上，在研的第三代180nm BCD技术，在相同的击穿电压下，导通电阻平均降低约25%。

特色智能化110nm BCD+eFlash工艺

华虹宏力在eFlash工艺上一直表现卓越，110nm BCD工艺整合了180nm BCD工艺和110nm eFlash工艺，特别适用于系统要求芯片具有小尺寸、高性能和高可靠性的应用。

谈及华虹宏力颇具特色的110nm BCD工艺，贾璐博士解释道：“电源管理系统里MCU与power stage的集成化过程中，嵌入式存储器也日趋复杂化，从最初的OTP到MTP再到Flash，容量越来越大。尤其对于汽车、电力电网、无线充电等应用领域，MCU和电源平台之间的数据交互、控制要求更加精准、可靠性要求更高。因此，结合公司在eFlash平台的领先优势，形成了颇具特色的eFlash+BCD工艺平台，以满足客户智能化电源需求。

特色BCD厚Cu工艺

由于BCD工艺中后段电阻对于芯片产品的性能影响很大，尤其是顶层金属，业界对于电阻的优化大多通过加厚金属实现，从9K到30K再到40K。华虹宏力通过与封装厂深入合作，引入了特色的10微米顶层厚铜工艺，由于铜电阻显著小于铝电阻，采用厚铜工艺可以大大减小后段的导通电阻，对于大电流、大功率的电源管理IC产品具有明显优势。

讲完了工艺技术，再落地到电源管理IC的应用，汽车电子是电源管理IC火爆的应用领域之一。随着汽车电气化步伐的加快，电源管理在汽车电子上的应用成为焦点，尤其是电源管理IC与功率分立器件呈现出高速增长。贾璐博士表示，庞大的市场给国内的电源管理IC设计公司带来了很多机会。

汽车电子领域出于安全考虑，要求十分严格。华虹宏力从SPICE模型、library与IP验证、以及制程可靠性测试三方面为车规级产品保驾护航。180nm BCD 40V工艺平台满足AEC-Q100 Grade 0车规级产品要求，正在进行产品验证；同时，180nm BCD 60V-100V和110nm BCD+eFlash 40V等工艺平台正在开发中，将满足AEC-Q100 Grade 1车规级要求。通过“安全、可靠、高性能”的多种工艺平台灵活组合，华虹宏力将为持续攀升的汽车半导体市场需求提供更优质服务。

制胜电源管理芯片应用市场，BCD工艺是非常关键的技术。正如贾璐博士所言：“华虹宏力会坚持发展BCD特色工艺，持续研发创新，专注产品需求，顺应市场趋势。‘8+12’策略将为国内外客户提供具竞争性的电源管理芯片制造解决方案。”