三芯片合一：BCD集成电路的历史
来源：内容由半导体行业观察（ID:icbank）编译自「IEEE」，谢谢。
集成电路已经成为消费类电子产品的支柱。它们被用于医疗设备、家用电器、个人电脑、手机、汽车等等。事实上，芯片的需求量如此之大，以至于目前出现了短缺。 上世纪50年代集成电路问世后，该技术出现了几种变体:基于上世纪50年代发明的双极晶体管（bipolar transistors）；上世纪60年代的CMOS;和双扩散金属氧化物半导体(DMOS)。但是在20世纪80年代早期，一些应用需要所有这三种芯片——这就需要更高的电压和更快的开关速度。 1985年，意大利阿格拉特布里安扎的半导体制造商SGS(现在的意法半导体)发明了BCD芯片，该芯片采用了超集成硅栅工艺。BCD芯片结合了bipolar、CMOS和DMOS技术——因此得名。这种芯片有助于降低功耗，减少电磁干扰，并实现更快的交换速度。据EE Times Asia的一篇文章称，这项技术被汽车、计算机和工业制造商所采用，使芯片设计师能够灵活地结合电源、模拟和数字信号处理。
BCD的诞生
随着技术的发展，芯片承受的压力越来越大。根据《Engineering and Technology History Wiki》上的一篇文章，芯片的低效率限制了设备的切换模式。向电子设备输送的能量也受到了抑制。 意法半导体公司意识到，它的双极晶体管、CMOS和DMOS芯片已经不足以运行某些应用程序了。BCD晶体管研究团队的领头人、IEEE成员Bruno Murari在奉献仪式上说，我们需要更坚固的设备。 在20世纪80年代早期他们成立了一个研究小组，研究如何结合双极、CMOS和DMOS技术。其中包括芯片专家Antonio Andreoni、Claudio contero和Paola Galbiati。 Murari说:“我们的目标是在能够符合摩尔定律的数字逻辑控制下，提供数百瓦的电力。”开发的芯片还将支持精确的模拟功能，并将功耗降至最低，以消除散热器。 Murari拜访了客户，以便更好地了解他们需要什么样的芯片功能。他说，很明显，他们想要DMOS的功率和性能，以及CMOS和双极晶体管提供的控制逻辑、精度和低噪声。通过结合芯片技术，该公司将有能力将异构的晶体管和二极管集成在一个单一的芯片上。 虽然该团队知道这些需求是什么，但却难以提供这些需求。 Murari发现公司在Castellaneta工厂的研究人员开发了一种带有v形逻辑门的DMOS晶体管，这是一种小型晶体管组件。Murari意识到该设计可以克服双极晶体管现有的功率限制，并将其作为BCD芯片的基础。 Murari说:“虽然在单芯片上合并双极晶体管、CMOS和DMOS的目标是困难的，但这是非常令人兴奋的工作。”“每个人都致力于这个项目。” 该公司在1985年推出了第一个BCD超级集成电路- L6202全桥电机驱动器。它的电压为60伏，输出电流为1.5安培，开关功率为300千赫兹。 Chery 称，35年后，意法半导体已经生产了9代BCD芯片和500万片晶片，并售出了400亿块BCD芯片。 里程碑牌匾将在米兰的ST总部展出。牌匾上写着: SGS(现在的意法半导体)是超级集成硅门工艺的先驱，该工艺将双极、CMOS和DMOS (BCD)晶体管结合在单芯片上，用于复杂的、功耗要求高的应用。第一个BCD超级集成电路，名为L6202，能够控制高达60V-5A在300 kHz。随后的汽车、计算机和工业应用广泛采用了这种工艺技术，使芯片设计者能够灵活可靠地将电源、模拟和数字信号处理结合起来。 本文是在IEEE历史中心的帮助下完成的，该中心是由IEEE基金会的捐款资助的。*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
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台积电都快2nm了，中芯国际刚突破55nm工艺？这到底是怎么回事？
近日，中芯国际又传出好消息，55纳米BCD平台第一阶段已完成研发。对于这个事儿，很多人有疑问，怎么才55nm，人家台积电都2nm了。甚至外网还有居心叵测之人，拿这个贬低中芯国际和中国半导体，实际上他们都大错特错了。
这次中芯国际取得突破的是BCD工艺平台，它跟传统我们说的几纳米工艺有着很大的区别，今天这条视频，我就来给大家讲讲，这个BCD工艺到底是咋回事？
当然，首先还是要再强调一下，纳米只是制造工艺过程中的一个数值，严格来说，不能简单粗暴地按照纳米去划分芯片的等级。举个例子，5nm的手机芯片，跟7nm的电脑芯片，谁的性能更好，谁更高端呢？自然无法相互比较。而中芯国际的55nm工艺，跟传统的几纳米压根也不是一回事。
那么我们先来说什么是BCD工艺。
BCD指的是Bipolar-CMOS-DMOS，其中的Bipolar是用于高精度处理模拟信号的双极晶体管，CMOS是用于设计数字控制电路的互补金属氧化物半导体，DMOS是用于开发电源和高压开关器件的双扩散金属氧化物半导体。
像我们平时说的2nm芯片、5nm芯片，都是CMOS器件。
而BCD工艺指的是一种单片集成技术，具体就是把Bipolar器件、CMOS器件和DMOS器件制作到同一个芯片上，由意法半导体在1985年率先研制成功。
很明显，这样的方式获得了取长补短的效果，充分发挥了三者的优势，可大幅降低功率耗损，提高系统性能，节省电路的封装费用，并具有更好的可靠性。
那么，大家认知里的几纳米跟BCD工艺的几纳米完全是两个概念和事物，没有任何可比性，这点一定要注意。
目前，BCD工艺的主要发展方向有三种，分别是：
1、高压BCD方向
电压范围是500-700V，利用轻掺杂的外延层制作器件，使表面电场分布更加平坦从而改善表面击穿的特性，使击穿发生在体内而非表面,从而提高器件的击穿电压，可用于电子照明和工业应用的功率控制。
2、高功率BCD方向
电压范围是40-90V，主要的应用为汽车电子。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方向
主要电压范围是5-50V，主要用于汽车电子应用。
那么经过30多年的发展，意法半导体不断升级BCD工艺，从第一代的4微米发展到了第九代的0.11微米以及第十代的90纳米。
当然，在BCD工艺方面，我国也有多家厂商涉足，例如在去年6月份，晶圆大厂华虹半导体就宣布，其 90nm BCD工艺在华虹无锡12英寸生产线已实现规模量产。
而关于中芯国际55nmBCD工艺的消息，来自近日中芯国际发布的2022半年报，其中提到，55纳米BCD工艺（高压显示驱动平台）已经完成平台开发，并导入客户，实现批量生产。
也就是说，之前最先进的BCD就是90nm工艺，而中芯国际已经取得了55nm BCD工艺的突破，对比起来，中芯国际的BCD工艺目前在全球范围内来说处于领先地位。像半导体发到的韩国，其头部晶圆代工厂Key Foundry直到今年才宣布，180nm高压BCD工艺开始量产，跟中芯国际还有一定的差距。
那么，中芯国际的高制程BCD工艺主要针对工业和汽车应用的中高压BCD平台和车载BCD平台，以及为高数字密度和低导通电阻的电源管理芯片提供解决方案。
BCD工艺的主要应用在电源管理、显示驱动、汽车电子、工业控制等领域。近年来，全球智能化的发展速度越来越快，在显示驱动和电源管理两大市场驱动下，BCD工艺备受关注，有越来越多的公司进入该领域，进行相关工艺和产品的开发。所以，BCD工艺作为一种先进的单片集成工艺技术，具有广阔的市场前景。
总之，我们不能听风就是雨，看到55nm之后，不分青红皂白就去诋毁我们自己的晶圆厂。正所谓，没有调查就没有发言权，当我们努力查证、做出求证以后，不得不给中芯国际竖起一个大拇指，真的是好样的！
好了，今天咱们就聊到这儿，大家有什么想法可以在评论区留言，一起参与讨论。记得关注我，我是老万，谢谢大家，明天我们不见不散。
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