功率集成電路基礎（簡體書）

本書以功率集成電路的“功率器件—製造工藝—電路單元—芯片設計”為主線，結合技術發展現狀，首先介紹功率集成電路中的特有器件LDMOS與LIGBT的結構、原理和特性，進而闡述典型的功率集成電路模塊的原理、設計方法及難點問題，包括高壓柵極驅動集成電路、電源管理集成電路等；最後介紹智能功率模塊和功率集成電路的可靠性。本書注重實踐性和前沿性，每部分電路均增加了仿真實例，每章後提供習題和挑戰性拓展，並融入數字化思政元素，強調教材的“兩性一度”。本書提供配套的電子課件PPT、習題參考答案、教學大綱、仿真電路圖、軟件操作文檔等。 本書可作為高等院校相關專業本科生和研究生的教材，以及從事功率集成電路設計的專業技術人員的參考用書。

楊媛，西安理工大學二級教授、博士生導師，電子科學與技術一級博士學科帶頭人，微電子科學與工程專業負責人，陝西省教學名師，陝西省科技創新團隊負責人，陝西省新能源功率半導體器件及智能系統工程技術研究中心主任，陝西省智能物聯網集成電路與系統引智基地主任，國家級一流本科課程負責人，陝西省課程思政精品課程負責人。長期從事半導體集成電路教學和研究工作，主持國家級重點項目1項、國家自然科學基金項目4項以及陝西省重點研發項目、企業重大成果轉化等科研項目40余項。獲陝西省科學技術獎一等獎1項、二等獎3項，西安市科學技術獎一等獎2項，陝西省高等學校科學技術一等獎2項，陝西省高等教育教學成果特等獎1項、一等獎2項、二等獎1項。先後在IEEE Transaction on Power Electronics等期刊發表論文200餘篇，授權國家發明專利20余項，出版教材3部、專著2部，並受到國家科學技術學術著作出版基金資助。

第1章 概述 1
1.1 功率集成電路的概念 1
1.1.1 功率集成電路的基本概念 1
1.1.2 功率集成電路的分類 2
1.1.3 功率集成電路的特點 4
1.2 功率集成電路的發展歷程 5
1.3 功率集成電路的挑戰和機遇 6
習題 8
挑戰性拓展 8
第2章 功率集成器件 9
2.1 功率集成器件概述 9
2.1.1 定義與分類 9
2.1.2 關鍵問題 9
2.1.3 技術趨勢 10
2.2 功率MOS集成器件 10
2.2.1 傳統MOSFET 10
2.2.2 橫向雙擴散MOSFET 11
2.2.3 縱向雙擴散MOSFET 13
2.2.4 高壓CMOS的集成結構 14
2.3 電場調製LDMOS器件 15
2.3.1 電場調製技術 15
2.3.2 RESURF LDMOS 17
2.3.3 超結LDMOS 22
2.4 橫向IGBT器件 24
2.4.1 平面柵LIGBT 24
2.4.2 RESURF LIGBT 26
2.4.3 溝槽柵LIGBT 28
2.4.4 功率集成器件特性評價 29
2.5 SOI基功率集成器件 30
2.5.1 SOI襯底及耐壓原理 30
2.5.2 SOI RESURF器件 31
2.5.3 介質場增強SOI器件 34
技術前沿：GaN HEMT功率集成器件 38
習題 41
挑戰性拓展 42
第3章 功率集成電路工藝 43
3.1 典型BCD工藝 43
3.1.1 BCD工藝簡介 43
3.1.2 BCD工藝中的核心器件 44
3.1.3 BCD工藝中的關鍵技術 46
3.1.4 BCD工藝流程 54
3.2 其他BCD工藝 63
3.2.1 SOI BCD工藝 63
3.2.2 集成LIGBT器件的BCD工藝 66
技術前沿：GaN基單片功率集成技術 68
習題 70
挑戰性拓展 70
第4章 功率器件驅動電路 71
4.1 柵控功率器件及開關特性 71
4.1.1 結構及工作原理 71
4.1.2 開關特性 73
4.1.3 重要參數 79
4.2 柵極驅動電路 81
4.2.1 柵極驅動電路概述 81
4.2.2 柵極驅動電路的分類 82
4.2.3 柵極驅動電路的構成與工作原理 85
4.3 柵極驅動電路基本單元 87
4.3.1 輸入接口電路 87
4.3.2 死區時間電路 91
4.3.3 延時電路 92
4.3.4 電平移位電路 93
4.3.5 自舉電路 97
4.3.6 輸出驅動電路 98
4.3.7 芯片內部保護電路 100
4.3.8 仿真實例 102
4.4 柵極驅動關鍵技術 109
4.4.1 抗di/dt技術 109
4.4.2 抗dv/dt技術 110
4.4.3 短路和過載保護技術 115
技術前沿：GaN器件驅動 120
習題 121
挑戰性拓展 121
第5章 電源管理技術 122
5.1 電源電路概述 122
5.1.1 隔離式DC-DC變換技術 123
5.1.2 非隔離式DC-DC變換技術 127
5.2 線性穩壓電源 128
5.2.1 基本原理 128
5.2.2 關鍵性能參數 130
5.2.3 典型模塊設計 134
5.2.4 仿真驗證實例 137
5.3 DC-DC開關電源 142
5.3.1 基本原理 142
5.3.2 關鍵性能參數 149
5.3.3 典型模塊設計 152
5.3.4 仿真驗證實例 159
5.4 電荷泵 163
5.4.1 基本原理 164
5.4.2 關鍵性能參數 175
5.4.3 典型模塊設計 176
5.4.4 仿真驗證實例 177
技術前沿：數字電源 179
習題 180
挑戰性拓展 181
第6章 智能功率模塊 182
6.1 IPM的結構和特點 182
6.1.1 傳統功率模塊的結構 182
6.1.2 IPM的結構 186
6.1.3 IPM的特點 187
6.2 IPM封裝工藝 188
6.2.1 常規焊接技術 188
6.2.2 低溫燒結技術 190
6.2.3 冷焊接技術 191
6.2.4 壓力連接技術 191
6.2.5 端子與安裝 192
6.2.6 封裝技術 193
6.3 IPM測量和保護功能 193
6.3.1 測量功能 193
6.3.2 保護功能 196
6.4 IPM發展新技術 198
6.4.1 芯片技術 198
6.4.2 封裝技術 198
6.4.3 保護技術 199
習題 199
挑戰性拓展 200
第7章 功率集成電路的可靠性 201
7.1 安全工作區 201
7.1.1 安全工作區簡介 201
7.1.2 安全工作區的構成 201
7.2 熱載流子注入效應 203
7.2.1 熱載流子的產生 203
7.2.2 熱載流子注入效應對器件的影響 203
7.2.3 LDMOS的熱載流子注入效應 204
7.3 有源寄生效應 204
7.3.1 集成雙極型晶體管的有源寄生效應 204
7.3.2 MOS集成電路的有源寄生效應 206
7.4 靜電放電 208
7.4.1 ESD簡介 208
7.4.2 ESD模型分類 208
7.4.3 ESD失效種類 210
7.4.4 ESD保護 211
7.4.5 功率集成電路的ESD保護 214
技術前沿：雙向ESD保護器件 216
習題 217
挑戰性拓展 217
參考文獻 218