功率集成电路PIC
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21/22
PIC发展存在的几点困难
由于需要集成不同结构的功率器件，很多情况下 兼容性的考虑会导致不能充分发挥出功率器件的 性能； 由于采用兼容多种器件的技术，会导致工艺复杂 度或占用芯片面积的增加，从而增加产品的成本 ； 工艺复杂度和芯片面积的增加必然导致产品成品 率的降低，从而间接影响PIC的成本。
12/22
Toshiba公司不同时期开发PIC芯片
13/22
PIC厂商
目前已有一系列PIC产品应用在各个电子领域中， 包括MOS智能功率开关、半桥或全桥驱动器、电源管 理和显示驱动等电路。 一些著名国际公司在功率集成电路领域处于领先地 位，如： ST Microelectronics Texas Instruments International Rectifier National Semiconductor ON Semiconductor Intersil等
系统定义 结构设计 IP核选择 IP库 结构模型库
系统生成与 行为级仿真
逐层综合与仿真验证
PSoC的底层实现 结构模型库 系统定义
20/22
PIC面临挑战
新型功率器件的研制，如超结理论衍生的新MOSFET 结构、Trench工艺器件等； 利用新材料研制PIC ，例如碳化硅（SiC）材料具有 的许多优点，已经成为PIC兼容技术中研究的热点； PIC向PSoC方向发展，目前片上功率电子系统的研究 还处于起步阶段； SOI技术是下一代主要的硅集成技术。介质隔离的良 好效应为SOI在PIC中的兼容运用提供了一条绝佳的 途径。如何研制低成本SOI将是今后几年的发展方向。
6/22
功率集成电路（PIC）优点
优点： 与分立器件相比，PIC不仅在电路性能、电路稳定性和 功耗方面有很大的优势，而且在降低成本、减小体积和减 轻重量等方面也有着巨大的潜能。 发展趋势： 近几年来，出于电子系统对体积、可靠性、性能和成 本等方面的不断要求，PIC也需要向更快速度、更多功能、 更低成本、更大功率处理和更低功耗等方面发展，特别在 兼容技术、电热效应和功率器件库模型等方面仍面临着很 多挑战。
VDMOS、双极等纵向器件 PN结隔离 自隔离 介质隔离 NMOS-DMOS兼容工艺
数字电路
隔离技术
集成兼容
CMOS-DMOS兼容工艺 Bipolar-CMOS-DMOS兼容工艺
16/22
解决兼容性问题的若干技术
解 决 兼 容 性 问 题 BCD工艺 RESURF技术 场板技术
SOI隔离技术
17/22
3/22
第一章 绪论
功率集成电路概念 功率集成电路发展历程 功率集成电路技术特点 功率集成电路开发流程 功率集成电路存在的挑战和机遇
4/22
功率集成电路（PIC）概念
将功率器件、控制电路、信号处理和通
讯接口电路等集成在同一芯片中的特殊集
成电路，简称PIC（Power Integrated
22/22
模拟 版图
工艺和器件定形
版图整合及验证
18/22
基于标准模型库PIC设计
为了缩短研发周期，一般将工艺和电路设计分 开。在稳定的BCD工艺基础上建立一系列各种器 件（包括功率器件）模型库、以及低压数字、控制 电路、高压功率器件等IP核，电路设计人员以此为
基础进行系统的PIC设计。
19/22
基于标准模型库PIC设计流程
7/22
PIC例子
发动机控制芯片
8/22
PIC例子
步进电机驱动芯片
9/22
PIC例子
防锁死刹车驱动芯片（ABS）
10/22
PIC应用领域
11/22
PIC发展历程及现状
PIC出现 （70年代） MOSFET、IGBT等新型器件出现 （80年代） 工艺水平提高，成本降低 （90年代） 新型器件和SOI工艺大量运用 （2000年之后）
Circuit）。
5/22
百度文库
功率集成电路分类
按照早期的工艺发展，功率集成电路主要分成两类：
高压功率集成电路，简称HVIC（High Voltage IC） 智能功率集成电路，简称SPIC（Smart Power IC）
随着PIC的不断发展，处理电流能力越来越大，系统集成
度也越来越高，SPIC和HVIC在工作电压、实现功能和实现 器件结构（横向或者纵向）上都难以区分，界限也变得越来 越模糊，现在已习惯于将它们统称为智能功率集成电路 SPIC或者功率集成电路PIC。
第一章 集成功率器件与智能化功率IC
1
课程主要内容
本课程主要围绕SPIC设计和实现进行 课程教学：
集成功率器件基本物理机理和设计理论 智能功率IC工艺设计和仿真方法 智能功率IC电路设计
2/22
课程教材
采用“功率集成电路技术理论与设计 ”教材。 第一章 绪论 第二章 基本功率器件物理机理 第三章 基本功率集成电路工艺 第四章 功率集成电路工艺和器件模拟 第五章 基本功率集成电路模块 第六章 功率集成电路版图设计 第七章 智能功率集成电路的设计 第八章 高压集成电路的设计
14/22
PIC技术发展趋势
PIC总的技术发展趋势： 工作频率更高 功率更大 功耗更低 功能更全
15/22
PIC技术的基本电路和器件类型
电路类型
功 率 集 成 电 路 技 术
采用器件
拟解决的技术问题： 模拟电路 功率电路 1、高压和低压之间 Bipolar CMOS 2、数模电路和功率电路之间 偏置栅MOS LDMOS、LIGBT等横向器件 3、器件制造工艺之间
PIC开发流程
工艺设计
工艺流程设计 器件结构设计
工艺验证
工艺线预流片 工 艺 调 整
PIC设计
系统需求
工艺仿真文件编写
器件结构描述
工艺参数测试
电路设计
数字 模拟
器件测试验证 工艺仿真 器件仿真
电路 仿真 工艺 库
工艺调整
器件特性分析
结构调整
设计 规则 设定
功率 器件 模型
功率 器件 版图
数字 布局 布线
PIC发展存在的几点困难
由于需要集成不同结构的功率器件，很多情况下 兼容性的考虑会导致不能充分发挥出功率器件的 性能； 由于采用兼容多种器件的技术，会导致工艺复杂 度或占用芯片面积的增加，从而增加产品的成本 ； 工艺复杂度和芯片面积的增加必然导致产品成品 率的降低，从而间接影响PIC的成本。
12/22
Toshiba公司不同时期开发PIC芯片
13/22
PIC厂商
目前已有一系列PIC产品应用在各个电子领域中， 包括MOS智能功率开关、半桥或全桥驱动器、电源管 理和显示驱动等电路。 一些著名国际公司在功率集成电路领域处于领先地 位，如： ST Microelectronics Texas Instruments International Rectifier National Semiconductor ON Semiconductor Intersil等
系统定义 结构设计 IP核选择 IP库 结构模型库
系统生成与 行为级仿真
逐层综合与仿真验证
PSoC的底层实现 结构模型库 系统定义
20/22
PIC面临挑战
新型功率器件的研制，如超结理论衍生的新MOSFET 结构、Trench工艺器件等； 利用新材料研制PIC ，例如碳化硅（SiC）材料具有 的许多优点，已经成为PIC兼容技术中研究的热点； PIC向PSoC方向发展，目前片上功率电子系统的研究 还处于起步阶段； SOI技术是下一代主要的硅集成技术。介质隔离的良 好效应为SOI在PIC中的兼容运用提供了一条绝佳的 途径。如何研制低成本SOI将是今后几年的发展方向。
6/22
功率集成电路（PIC）优点
优点： 与分立器件相比，PIC不仅在电路性能、电路稳定性和 功耗方面有很大的优势，而且在降低成本、减小体积和减 轻重量等方面也有着巨大的潜能。 发展趋势： 近几年来，出于电子系统对体积、可靠性、性能和成 本等方面的不断要求，PIC也需要向更快速度、更多功能、 更低成本、更大功率处理和更低功耗等方面发展，特别在 兼容技术、电热效应和功率器件库模型等方面仍面临着很 多挑战。
VDMOS、双极等纵向器件 PN结隔离 自隔离 介质隔离 NMOS-DMOS兼容工艺
数字电路
隔离技术
集成兼容
CMOS-DMOS兼容工艺 Bipolar-CMOS-DMOS兼容工艺
16/22
解决兼容性问题的若干技术
解 决 兼 容 性 问 题 BCD工艺 RESURF技术 场板技术
SOI隔离技术
17/22
3/22
第一章 绪论
功率集成电路概念 功率集成电路发展历程 功率集成电路技术特点 功率集成电路开发流程 功率集成电路存在的挑战和机遇
4/22
功率集成电路（PIC）概念
将功率器件、控制电路、信号处理和通
讯接口电路等集成在同一芯片中的特殊集
成电路，简称PIC（Power Integrated
22/22
模拟 版图
工艺和器件定形
版图整合及验证
18/22
基于标准模型库PIC设计
为了缩短研发周期，一般将工艺和电路设计分 开。在稳定的BCD工艺基础上建立一系列各种器 件（包括功率器件）模型库、以及低压数字、控制 电路、高压功率器件等IP核，电路设计人员以此为
基础进行系统的PIC设计。
19/22
基于标准模型库PIC设计流程
7/22
PIC例子
发动机控制芯片
8/22
PIC例子
步进电机驱动芯片
9/22
PIC例子
防锁死刹车驱动芯片（ABS）
10/22
PIC应用领域
11/22
PIC发展历程及现状
PIC出现 （70年代） MOSFET、IGBT等新型器件出现 （80年代） 工艺水平提高，成本降低 （90年代） 新型器件和SOI工艺大量运用 （2000年之后）
Circuit）。
5/22
百度文库
功率集成电路分类
按照早期的工艺发展，功率集成电路主要分成两类：
高压功率集成电路，简称HVIC（High Voltage IC） 智能功率集成电路，简称SPIC（Smart Power IC）
随着PIC的不断发展，处理电流能力越来越大，系统集成
度也越来越高，SPIC和HVIC在工作电压、实现功能和实现 器件结构（横向或者纵向）上都难以区分，界限也变得越来 越模糊，现在已习惯于将它们统称为智能功率集成电路 SPIC或者功率集成电路PIC。
第一章 集成功率器件与智能化功率IC
1
课程主要内容
本课程主要围绕SPIC设计和实现进行 课程教学：
集成功率器件基本物理机理和设计理论 智能功率IC工艺设计和仿真方法 智能功率IC电路设计
2/22
课程教材
采用“功率集成电路技术理论与设计 ”教材。 第一章 绪论 第二章 基本功率器件物理机理 第三章 基本功率集成电路工艺 第四章 功率集成电路工艺和器件模拟 第五章 基本功率集成电路模块 第六章 功率集成电路版图设计 第七章 智能功率集成电路的设计 第八章 高压集成电路的设计
14/22
PIC技术发展趋势
PIC总的技术发展趋势： 工作频率更高 功率更大 功耗更低 功能更全
15/22
PIC技术的基本电路和器件类型
电路类型
功 率 集 成 电 路 技 术
采用器件
拟解决的技术问题： 模拟电路 功率电路 1、高压和低压之间 Bipolar CMOS 2、数模电路和功率电路之间 偏置栅MOS LDMOS、LIGBT等横向器件 3、器件制造工艺之间
PIC开发流程
工艺设计
工艺流程设计 器件结构设计
工艺验证
工艺线预流片 工 艺 调 整
PIC设计
系统需求
工艺仿真文件编写
器件结构描述
工艺参数测试
电路设计
数字 模拟
器件测试验证 工艺仿真 器件仿真
电路 仿真 工艺 库
工艺调整
器件特性分析
结构调整
设计 规则 设定
功率 器件 模型
功率 器件 版图
数字 布局 布线