一個(gè)電源芯片廠商擁有了工藝和封裝這兩個(gè)法寶，是不是就天下無(wú)敵了

“從公司發(fā)展歷程來(lái)看，2011~2017 年這一階段，我們稱之為 MPS 3.0，是公司持續(xù)高速增長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期，在傳統(tǒng)的消費(fèi)市場(chǎng)之外，我們開始更多關(guān)注汽車、工業(yè)、服務(wù)器、通信等領(lǐng)域，到 2017 年公司實(shí)現(xiàn)將近 5 億美元的營(yíng)收。要保持這樣的趨勢(shì)，我們提出了一個(gè)新的 MPS 4.0 規(guī)劃，希望通過(guò)更均衡的發(fā)展，以及除了持續(xù)在目標(biāo)市場(chǎng)加大投入外，還會(huì)引入電子商務(wù)等新的商業(yè)模式，幫助公司在未來(lái)幾年中保持持續(xù)的高速增長(zhǎng)。”MPS 公司全球產(chǎn)品線經(jīng)理孫毅在近日的一次媒體活動(dòng)上這樣介紹該公司的發(fā)展戰(zhàn)略。

作為一家專注于電源管理芯片的公司，自 2000 年成立以來(lái)，MPS 公司的成長(zhǎng)速度確實(shí)不錯(cuò)，對(duì)此，孫毅不無(wú)驕傲，“MPS 在 DC/DC、AC/DC 轉(zhuǎn)換，以及照明、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電池管理、電源模塊等各個(gè)領(lǐng)域共有一千多款產(chǎn)品，數(shù)量還在不斷增加，我們每年的研發(fā)投入也是非常大的。2017 年 MPS 實(shí)現(xiàn)年復(fù)合增長(zhǎng)率 21.2%，而整個(gè)模擬芯片行業(yè)平均增長(zhǎng)率約為 10.9%，可見我們有非常顯著的增長(zhǎng)曲線?！?/p>

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模塊化是重要趨勢(shì)
從電源芯片的創(chuàng)新方向，近幾年我們看到的主要是圍繞一些新材料展開，除此之外，模塊化成為一個(gè)重要的趨勢(shì)，如何實(shí)現(xiàn)低功耗、小尺寸、高集成度、高功率密度成了電源廠商普遍的課題，MPS 此次帶來(lái)的 MPM3695-25 就是這樣一款 DC/DC 數(shù)字電源模塊產(chǎn)品。
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MPM3695-25 的產(chǎn)品特性

而這種模塊化的電源芯片產(chǎn)品對(duì)芯片廠商的工藝和封裝技術(shù)提出了不小的挑戰(zhàn)。

電源芯片的工藝進(jìn)程在多大程度上影響廠商的產(chǎn)品定義
如果說(shuō)數(shù)字芯片包括 MCU、FPGA 等的工藝技術(shù)正在趨向集中，那么模擬和電源芯片的工藝卻是千差萬(wàn)別，我們看到的一個(gè)現(xiàn)象是大多數(shù)字芯片廠商都是 Fabless 模式，而模擬廠商尤其是規(guī)模較大的模擬廠商基本都有自己的制造工廠，這從一個(gè)角度說(shuō)明了，對(duì)于模擬和電源產(chǎn)品而言，工藝的配合顯得格外重要。

孫毅提到，“MPS 采用一種 Fablite 的合作方式，雖然沒(méi)有自己的制造和封裝廠，但是我們跟固定的代工合作伙伴有非常深度的合作，會(huì)有駐場(chǎng)工程師在晶圓廠、封裝廠里，用我們自己的工藝和封裝來(lái)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)一種深度的定制?！?/p>

在工藝技術(shù)上，目前電源產(chǎn)品的主要工藝技術(shù)包括 Bipolar、CMOS、BiCMOS、BCDMOS 等，孫毅介紹，MPS 主要采用 BCDMOS 工藝，在幾年前就實(shí)現(xiàn)了高良率的 90nm 工藝節(jié)點(diǎn)，且正在開發(fā)更小尺寸的工藝技術(shù)。

其工藝技術(shù)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，可以用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。傳統(tǒng)多芯片模塊通常會(huì)采用一個(gè) DrMOS 的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)芯片提供柵極驅(qū)動(dòng)的功能，這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有一個(gè)比較顯著的問(wèn)題是，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)到達(dá)，要開通整個(gè) MOSFET，是有一定的延時(shí)的，這是由物理位置造成的，讓系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)真正的高速導(dǎo)通。也因此讓死區(qū)時(shí)間即上管和下管之間的控制時(shí)間比較長(zhǎng)，否則可能會(huì)出現(xiàn)上下管擊穿。而 MPS 借助獨(dú)有的單晶元技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)，即分布式柵極驅(qū)動(dòng)，將 MOS 驅(qū)動(dòng)器分成了一個(gè)個(gè)小的單元，每個(gè)小的驅(qū)動(dòng)單元分別與一個(gè) MOSFET 對(duì)應(yīng)起來(lái)，這樣當(dāng)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，MOSFET 幾乎可以同時(shí)開通，大大降低了延遲時(shí)間，提高開關(guān)速度，將死區(qū)時(shí)間降低到 2ns 以內(nèi)，最大限度地減少開關(guān)損耗和寄生感應(yīng)振鈴，效率也大大提升。而這種新結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)就得益于 MPS 先進(jìn)的工藝技術(shù)，因?yàn)檫@種分布式的柵極驅(qū)動(dòng)會(huì)有更多寄生參數(shù)產(chǎn)生，對(duì)工藝技術(shù)的要求更苛刻。對(duì)此，孫毅提到，“傳統(tǒng)的工藝都是用垂直溝道式的結(jié)構(gòu)，我們公司特別開發(fā)的也是最早采用了平面式的溝道結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以更好地消除寄生參數(shù)的影響”

同樣是 BCDMOS 工藝，針對(duì)不同的產(chǎn)品系列，MPS 有不同的工藝技術(shù)相對(duì)應(yīng)。

封裝技術(shù)如何助力芯片小型化
在封裝技術(shù)方面，每個(gè)電源芯片廠商也幾乎都有自己的專利技術(shù)，而大家的技術(shù)攻關(guān)方向主要圍繞更小尺寸、更輕薄以及實(shí)現(xiàn)更好的散熱和降低成本等方面。對(duì)此，孫毅表示，“傳統(tǒng)電源模塊大量采用金線鍵合技術(shù)，這種技術(shù)遇到的一個(gè)挑戰(zhàn)是因?yàn)橛芯€的存在就會(huì)產(chǎn)生寄生參數(shù)，而 MPS 是最早開始采用獨(dú)特的芯片倒裝封裝技術(shù)的廠商之一。這種芯片倒裝封裝技術(shù)將芯片倒置，從原來(lái)的的接觸點(diǎn)在頂面變成接觸點(diǎn)在下面，在這些接觸點(diǎn)上通過(guò)銅柱凸塊來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。與金線鍵合技術(shù)相比，芯片倒裝封裝的可靠性更高，尺寸更小，散熱也更好。因?yàn)殂~柱凸塊更粗，產(chǎn)生的寄生電感會(huì)更小，響應(yīng)也會(huì)更快。同時(shí)銅材料的成本也要比金線低很多?！?/p>

這種芯片倒裝封裝的優(yōu)勢(shì)可以從最新的數(shù)字電源模塊產(chǎn)品 MPM3695-25 身上得到體現(xiàn)，這款新產(chǎn)品尺寸、面積、高度都要優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品。

芯片倒裝工藝

MPM3695-25 與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品的對(duì)比

MPS 所面向的工業(yè)、通信和汽車市場(chǎng)是被很多電源芯片廠商看好的高增長(zhǎng)領(lǐng)域，隨著工業(yè) 4.0、5G 通信以及電動(dòng)汽車、輔助駕駛等新技術(shù)新應(yīng)用的刺激，相信這些領(lǐng)域未來(lái)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)會(huì)愈加激烈，而從產(chǎn)品層面，工藝和封裝技術(shù)對(duì)于一個(gè)電源芯片廠商的價(jià)值會(huì)更加凸顯。對(duì)此，MPS 顯然信心滿滿。

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