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会计学12022-7-162/84第1页/共84页2022-7-163/84第2页/共84页2022-7-164/84目标目标 尽可能少的工艺步骤，尽可能少的工艺步骤，实现最佳功率器件性能实现最佳功率器件性能第3页/共84页2022-7-165/84第4页/共84页2022-7-166/84第5页/共84页2022-7-167/84第6页/共84页2022-7-168/84第7页/共84页2022-7-169/84第8页/共84页2022-7-1610/84第9页/共84页2022-7-1611/84TOP223第10页/共84页2022-7-1612/84第11页/共84页2022-7-1613/84第12页/共84页2022-7-1614/84第13页/共84页2022-7-1615/84第14页/共84页2022-7-1616/84第15页/共84页2022-7-1617/84第16页/共84页2022-7-1618/84欠压保欠压保护输入护输入1:8 IR5=(VBE6-VBE7)/R5=Vtln(IS6/IS7)/R5;IE9=IE5=2Vtln(IS6/IS7)/R5;VOUT=VE9=VBE10+2R6Vtln(IS6/IS7)/R5 当发生欠压时，偏置电压当发生欠压时，偏置电压1调节锯齿波发生器输出频率调节锯齿波发生器输出频率由之前正常工作的由之前正常工作的100kHz减小为减小为3kHz，减小功耗。，减小功耗。第17页/共84页2022-7-1619/84 PMOS宽长比很大宽长比很大，实现旁路分流的作用实现旁路分流的作用 误差放大器输出误差放大器输出 反馈电流输入反馈电流输入 反馈电流小于反馈电流小于2mA，电路以最大占空比，电路以最大占空比67%工作；工作；反馈电流在反馈电流在26mA，电路工作占空比，电路工作占空比67%1%工作工作；反馈电流大于反馈电流大于6mA，电路以最小占空比，电路以最小占空比1%工作；工作；第18页/共84页2022-7-1620/84第19页/共84页2022-7-1621/84锯齿波输出锯齿波输出 偏置偏置偏置偏置Q6、Q7的栅电压互反，控制的栅电压互反，控制C1的充放电的充放电2V 0.7V 方波脉冲方波脉冲 第20页/共84页2022-7-1622/84频率为频率为100KHz 第21页/共84页2022-7-1623/84第22页/共84页2022-7-1624/84第23页/共84页Q21栅控电压DrainQ8Q6Q22Q23Q3Q19Q18Q13R1Q1Q14偏置电压Q9Q20Q2Q17Q150Q10Q7Vc偏置电压Q16Q4Q11Q12Q24Q5Q25C12022-7-1625/84第24页/共84页2022-7-1626/84 增加这个电路其实就是加了一个反馈，利用环路延迟，使得当误差信号逐步增大到大于锯齿波信号时，保持一个最小的占空比。增加这个电路其实就是加了一个反馈，利用环路延迟，使得当误差信号逐步增大到大于锯齿波信号时，保持一个最小的占空比。第25页/共84页2022-7-1627/84第26页/共84页2022-7-1628/84第27页/共84页2022-7-1629/84LDMOS Vcontrol内部电源内部电源VC电路正常运作时，控制信号电路正常运作时，控制信号VC为低电平为低电平，C1依靠电路正常工作时的外部反馈电流依靠电路正常工作时的外部反馈电流充电，维持内部电源的正常电压充电，维持内部电源的正常电压第28页/共84页2022-7-1630/84输入输入输出输出输出随输入电压变化的影响输出随输入电压变化的影响 第29页/共84页2022-7-1631/84元器件类别元器件类别具体元器件具体元器件高压器件高压器件HV-LDMOS低压器件低压器件CMOS、Diode、NPN、PNP无源元件无源元件电阻、电容电阻、电容第30页/共84页2022-7-1632/84第31页/共84页2022-7-1633/84 形成形成PMOSPMOS的的N N型衬底，功率型衬底，功率MOSFETMOSFET的漂移区，的漂移区，NPNNPN管的集电区管的集电区，还有，还有N N阱电阻，电容下极板。阱电阻，电容下极板。第32页/共84页2022-7-1634/84 形成形成LDMOSLDMOS场区注入、场区注入、LDMOSLDMOS沟道注入、沟道注入、NMOSNMOS的的P P型衬底调整、离子注入电阻、双极晶体管淡基区。型衬底调整、离子注入电阻、双极晶体管淡基区。第33页/共84页2022-7-1635/84第34页/共84页2022-7-1636/845、浓硼、浓硼P区光刻、注入、退火；区光刻、注入、退火；掩膜版掩膜版4 硼注入硼注入,3e14/cm2,E=50KeV；形成电容下极板周围的环、高形成电容下极板周围的环、高 管浓基区。管浓基区。第35页/共84页2022-7-1637/84第36页/共84页2022-7-1638/848、PMOS源、漏光刻，源、漏光刻，6.5e15/cm2,E=80KeV；掩膜版掩膜版6 形成形成PMOSPMOS源、漏区，源、漏区，P P型有源区接地，晶体管基区欧姆接触。型有源区接地，晶体管基区欧姆接触。第37页/共84页2022-7-1639/849、NMOS源、漏光刻，源、漏光刻，5e16/cm2,E=80KeV,T=850oC,t=10;掩膜版掩膜版7 形成形成PMOSPMOS源、漏区，源、漏区，P P型有源区接地，晶体管基区欧姆接触。型有源区接地，晶体管基区欧姆接触。第38页/共84页2022-7-1640/8410、引线孔光刻、引线孔光刻;掩膜版掩膜版8 第39页/共84页2022-7-1641/8411、铝淀积、铝淀积;掩膜版掩膜版9 12、PAD;掩膜版掩膜版10 第40页/共84页2022-7-1642/84第41页/共84页2022-7-1643/84第42页/共84页2022-7-1644/84工艺层次的定义：工艺层次的定义：第43页/共84页2022-7-1645/84第44页/共84页2022-7-1646/84第45页/共84页2022-7-1647/84第46页/共84页2022-7-1648/84第47页/共84页2022-7-1649/81第48页/共84页2022-7-1650/81第49页/共84页2022-7-1651/81半桥驱动半桥驱动第50页/共84页2022-7-1652/81第51页/共84页2022-7-1653/81第52页/共84页2022-7-1654/81第53页/共84页2022-7-1655/81启动电阻启动电阻启动电容启动电容 当当VDD的电压值到达启动门限（典型值的电压值到达启动门限（典型值:13v）时，电路开始工作，内部振荡器在最高频率）时，电路开始工作，内部振荡器在最高频率(100 kHz)开始起振；启动状态下，高端功率开始起振；启动状态下，高端功率MOS管和低端功率管和低端功率MOS管都处于不导通的状态。管都处于不导通的状态。第54页/共84页2022-7-1656/84 在预热状态下，大电流通过灯丝预热，灯丝发射大量的电子，允许在较低在预热状态下，大电流通过灯丝预热，灯丝发射大量的电子，允许在较低 的电压下，触发点亮灯丝，减少对的电压下，触发点亮灯丝，减少对灯丝的损伤，防止灯管发黑，有利于延长灯管寿命。灯丝的损伤，防止灯管发黑，有利于延长灯管寿命。PCS电压上升电压上升 PCS电压超过电压超过0.6V时，预热电流感应器输出电流对时，预热电流感应器输出电流对CSW的电容充电，使电路频率基本稳定在的电容充电，使电路频率基本稳定在55kHz左右。左右。第55页/共84页2022-7-1657/81 预热过后，电路进入起辉状态，内部的固定电流会持续对预热过后，电路进入起辉状态，内部的固定电流会持续对CSW充电。电路频率以较低的速率下降。充电。电路频率以较低的速率下降。与灯管并联的启动电容与灯管并联的启动电容C22上的电压随频率的下降而上升，一旦频率下降到接近半桥负载的串联谐上的电压随频率的下降而上升，一旦频率下降到接近半桥负载的串联谐振频率，在灯管上就会产生较大的电压（大于振频率，在灯管上就会产生较大的电压（大于450V）使灯管启跳点亮。）使灯管启跳点亮。第56页/共84页2022-7-1658/81 当频率到达最小值后，电路进入点亮状态。灯一旦被点亮，当频率到达最小值后，电路进入点亮状态。灯一旦被点亮，LC串联电路则失谐，灯管两端电压为串联电路则失谐，灯管两端电压为100V左右。这时平均电流检测电路（左右。这时平均电流检测电路（ACS）开始工作。一旦电阻）开始工作。一旦电阻R14上的平均电压到达参考电平时，上的平均电压到达参考电平时，ACS电路将会通过对电路将会通过对CSW上的电容充放电来反馈控制频率，进而控制灯电流和灯的亮度。上的电容充放电来反馈控制频率，进而控制灯电流和灯的亮度。第57页/共84页2022-7-1659/810.81 V1.49 V正常启辉时的波形正常启辉时的波形第58页/共84页2022-7-1660/81 灯并没有点亮，灯并没有点亮，LVS脚电压持续上升。脚电压持续上升。电路将停止振荡并强制进入低功耗模式。电路将停止振荡并强制进入低功耗模式。只有当电源电压下降到一定值后电路才会被重置。只有当电源电压下降到一定值后电路才会被重置。第59页/共84页2022-7-1661/81 在正常工作时，灯突然失效在正常工作时，灯突然失效，使电路重新进入启辉状态并且试图重新启辉点灯。，使电路重新进入启辉状态并且试图重新启辉点灯。如果再次启辉时间结束后，电平仍然被箝置在如果再次启辉时间结束后，电平仍然被箝置在Vlamp（max），则表明启辉失败，电路将停止振荡并强制进入低功耗模式。），则表明启辉失败，电路将停止振荡并强制进入低功耗模式。第60页/共84页2022-7-1662/81高压功率管高压功率管第61页/共84页2022-7-1663/81第62页/共84页2022-7-1664/81第63页/共84页2022-7-1665/81M6VDD2M3M4R31.25VgeneratorM2C3C1shielding_biasC2Q11Q10R1M5M7Q9Q2Q81:2R4Q4Vbias(out)Q5M10Q1M1R5M9startup_signalR2Q7M8Q3Q6第64页/共84页2022-7-1666/811.49VQ82.5VM4R3Q13M16M2C1Q1Q7Q9VDD2VDD1Q5Q11C3R6R1Q14Q15M3Q16Q3M6R2Q12Q4M9M8C2Vbias1M15Q6M120.6VM5VrefM13M14M10Q20.81VR5M18Vbias2M17Q10M7M1M11Vref(1.25v)R4Q17R1R2VCCoutputQ1+A-BVref第65页/共84页2022-7-1667/81Vbias(in)R4M11Q2R2Q1R1M3M2M5M10RextR5Q4VDD1Vbias(out)M8M4M1Q5R3Vref(2.5)C2M9Q3IrefQ6M7M6C1这款电路全部采用的是电流模的方式来提供这款电路全部采用的是电流模的方式来提供偏置。这样做的好处是：电压值通过导线进偏置。这样做的好处是：电压值通过导线进行远距离传输时，由于导线上存在的小电阻行远距离传输时，由于导线上存在的小电阻会使电压值产生误差。会使电压值产生误差。第66页/共84页2022-7-1668/81M10M13M6M17M9M11pulseVDD1M2M15M8M18M4CextM3M5VbiasM16M12CTM1CT放电信号M14启动信号M7产生的方波周期为产生的方波周期为260ms。该方波用作定时器脉冲，该方波用作定时器脉冲，以确定启辉时间（一个周期）以确定启辉时间（一个周期）和预热时间（七个周期）。和预热时间（七个周期）。宽长比很大，可以宽长比很大，可以以以1mA的电流泄放的电流泄放，进而使定时器停，进而使定时器停止振荡。止振荡。第67页/共84页2022-7-1669/81M16M19M37Q4M14M32M23M8Q3M2主驱动波形M17最大死区时间限制M26CFM30M7Q2M28M33M34M24M3M10M40R1M12Vbias1Vbias2M22M35M36CF充电电流控制信号M1C1M29R3M15M25M9M27M20M38M61.25伏基准电压A11Monday,February 09,2004TitleSizeDocument NumberRevDate:Sheetof启动信号M18M392.5伏基准电压first_stroke_controlM21M11VDD1M4M31Q1R2M13M5Vbias3CextCF充电电流充电电流 控制信号控制信号2.5V1.初始状态下，充电电流由初始状态下，充电电流由Q1决定。决定。Q2基极电压基极电压 逐渐上升；逐渐上升；2.Q2基极电压达到基极电压达到2.5V之前，之前，M40始终关闭，充始终关闭，充 电状态保持不变；电状态保持不变；3.Q2基极电压达到基极电压达到2.5V时，时，M40开启，泄放开启，泄放Cext 电流，完成一个锯齿波周期。电流，完成一个锯齿波周期。充电电流调节充电电流调节第68页/共84页2022-7-1670/81VDD1M7M5M16M2M12Q3M20Vbias1调光使能端M19CSWM25Q7CSW箝位输出信号M17M23跳频控制CS-Q8CextM18M24M10Q4Q6M0M13Q1AM14M28M15CSW充电控制M22M26M21M27Q9Vbias2CSW放电控制CS+CSW箝位输入信号M1Q5M9BM6M4M8Q2M11M3CSW外接电容外接电容CSW放电放电 控制控制CSW充电充电 控制控制CSW钳位输出信号钳位输出信号CSW钳位输入信号钳位输入信号跳频控制跳频控制调光使能端调光使能端第69页/共84页2022-7-1671/81VbiasQ13M30M37到达底频信号M41Q14M40R2M31M36M32M39M35M33CF充电电流控制信号Q10Q11M38M42R1M34CSW箝位输出信号CSW箝位输入信号M29Q12VDD1CSW钳位输出信号钳位输出信号CSW钳位输入信号钳位输入信号CF充电电流控制信充电电流控制信号号控制控制M40的栅极的栅极电压电压 调节调节CF第70页/共84页2022-7-1672/81Q4Q9Q3M9VbiasM16M7M15M8M10PCSM17M6M3Q2ACMQ8ACM输出之一M12Q7低通滤波器低通滤波器M13Q5M2PCS检测输出M14M18M11ACM输出之二0.6V基准电压Q1M1M5M4VDD2Q6低通滤波器确定预热时间确定预热时间第71页/共84页2022-7-1670/81第72页/共84页2022-7-1671/81片内集成自举电路片内集成自举电路 第73页/共84页2022-7-1672/81LDMOS100ns 第74页/共84页2022-7-1673/81高压隔离区域剖面图高压隔离区域剖面图 第75页/共84页2022-7-1674/81M23M28M5M25M8M10高端逻辑输入之一R3D1M9M22M13M27M26M17Q1SHM4LDMOSR4M2R2M18M21M19R1GHVDD2M20M7M12M6M15M14D2M24M16Q2FVDDR6M3LDMOSM11R5高端逻辑输入之二M1高端欠压检测电路高端欠压检测电路 第76页/共84页2022-7-1675/81第77页/共84页2022-7-1676/81工艺步骤工艺步骤说明说明NBL衬底注入衬底注入N型埋层型埋层PBL衬底注入衬底注入P型埋层，型埋层，P+隔离槽下隔离隔离槽下隔离P-epiP型外延生长型外延生长N-wellN阱注入阱注入DPP+隔离槽的上隔离隔离槽的上隔离(与与PBL对通隔离对通隔离)DN深磷注入深磷注入Base基区注入基区注入第78页/共84页2022-7-1677/81AA氮化物淀积以及整体掺硼沟道截止注入氮化物淀积以及整体掺硼沟道截止注入Channel-stop部分区域掺磷的沟道截止注入部分区域掺磷的沟道截止注入LOCOS场区氧化场区氧化Vt Adjust阈值电压调整阈值电压调整Gate Oxide栅氧淀积栅氧淀积poly1第一层多晶硅第一层多晶硅poly2第二层多晶硅第二层多晶硅第79页/共84页2022-7-1678/81NSDN型源漏注入型源漏注入PSDP型源漏注入型源漏注入Contact接触孔接触孔metal金属金属PO压焊压焊第80页/共84页2022-7-1679/81高压部分的高压部分的LDMOS管分布图管分布图 A 管剖面图管剖面图 B 管剖面图管剖面图 A管用在电平移位电路中管用在电平移位电路中 B 管用做片内自举电路的开关管管用做片内自举电路的开关管 第81页/共84页2022-7-1680/81第82页/共84页2022-7-1681/81第83页/共84页
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