工艺和封装 电源芯片厂得之可得市场

“从公司发展历程来看，2011~2017年这一阶段，我们称之为MPS3.0，是公司持续高速增长的一个时期，在传统的消费市场之外，我们开始更多关注汽车、工业、服务器、通信等领域，到2017年公司实现将近5亿美元的营收。要保持这样的趋势，我们提出了一个新的MPS4.0规划，希望通过更均衡的发展，以及除了持续在目标市场加大投入外，还会引入电子商务等新的商业模式，帮助公司在未来几年中保持持续的高速增长。”MPS公司全球产品线经理孙毅在近日的一次媒体活动上这样介绍该公司的发展战略。

作为一家专注于电源管理芯片的公司，自2000年成立以来，MPS公司的成长速度确实不错，对此，孙毅不无骄傲，“MPS在DC/DC、AC/DC转换，以及照明、电机驱动、电池管理、电源模块等各个领域共有一千多款产品，数量还在不断增加，我们每年的研发投入也是非常大的。2017年MPS实现年复合增长率21.2%，而整个模拟芯片行业平均增长率约为10.9%，可见我们有非常显著的增长曲线。”

模块化是重要趋势

从电源芯片的创新方向，近几年我们看到的主要是围绕一些新材料展开，除此之外，模块化成为一个重要的趋势，如何实现低功耗、小尺寸、高集成度、高功率密度成了电源厂商普遍的课题，MPS此次带来的MPM3695-25就是这样一款DC/DC数字电源模块产品。

而这种模块化的电源芯片产品对芯片厂商的工艺和封装技术提出了不小的挑战。

电源芯片的工艺进程在多大程度上影响厂商的产品定义

如果说数字芯片包括MCU、FPGA等的工艺技术正在趋向集中，那么模拟和电源芯片的工艺却是千差万别，我们看到的一个现象是大多数字芯片厂商都是Fabless模式，而模拟厂商尤其是规模较大的模拟厂商基本都有自己的制造工厂，这从一个角度说明了，对于模拟和电源产品而言，工艺的配合显得格外重要。

孙毅提到，“MPS采用一种Fablite的合作方式，虽然没有自己的制造和封装厂，但是我们跟固定的代工合作伙伴有非常深度的合作，会有驻场工程师在晶圆厂、封装厂里，用我们自己的工艺和封装来生产，实现一种深度的定制。”

在工艺技术上，目前电源产品的主要工艺技术包括Bipolar、CMOS、BiCMOS、BCDMOS等，孙毅介绍，MPS主要采用BCDMOS工艺，在几年前就实现了高良率的90nm工艺节点，且正在开发更小尺寸的工艺技术。

其工艺技术的一个优势，可以用一个例子来说明。传统多芯片模块通常会采用一个DrMOS的结构，驱动芯片提供栅极驱动的功能，这种传统的结构有一个比较显著的问题是，当驱动信号到达，要开通整个MOSFET，是有一定的延时的，这是由物理位置造成的，让系统很难实现真正的高速导通。也因此让死区时间即上管和下管之间的控制时间比较长，否则可能会出现上下管击穿。而MPS借助独有的单晶元技术实现了一种创新性的结构，即分布式栅极驱动，将MOS驱动器分成了一个个小的单元，每个小的驱动单元分别与一个MOSFET对应起来，这样当有驱动信号时，MOSFET几乎可以同时开通，大大降低了延迟时间，提高开关速度，将死区时间降低到2ns以内，最大限度地减少开关损耗和寄生感应振铃，效率也大大提升。而这种新结构的实现就得益于MPS先进的工艺技术，因为这种分布式的栅极驱动会有更多寄生参数产生，对工艺技术的要求更苛刻。对此，孙毅提到，“传统的工艺都是用垂直沟道式的结构，我们公司特别开发的也是最早采用了平面式的沟道结构，这种结构可以更好地消除寄生参数的影响”

同样是BCDMOS工艺，针对不同的产品系列，MPS有不同的工艺技术相对应。

封装技术如何助力芯片小型化

在封装技术方面，每个电源芯片厂商也几乎都有自己的专利技术，而大家的技术攻关方向主要围绕更小尺寸、更轻薄以及实现更好的散热和降低成本等方面。对此，孙毅表示，“传统电源模块大量采用金线键合技术，这种技术遇到的一个挑战是因为有线的存在就会产生寄生参数，而MPS是最早开始采用独特的芯片倒装封装技术的厂商之一。这种芯片倒装封装技术将芯片倒置，从原来的的接触点在顶面变成接触点在下面，在这些接触点上通过铜柱凸块来实现连接。与金线键合技术相比，芯片倒装封装的可靠性更高，尺寸更小，散热也更好。因为铜柱凸块更粗，产生的寄生电感会更小，响应也会更快。同时铜材料的成本也要比金线低很多。”

这种芯片倒装封装的优势可以从最新的数字电源模块产品MPM3695-25身上得到体现，这款新产品尺寸、面积、高度都要优于竞争对手的产品。

芯片倒装工艺

MPS所面向的工业、通信和汽车市场是被很多电源芯片厂商看好的高增长领域，随着工业4.0、5G通信以及电动汽车、辅助驾驶等新技术新应用的刺激，相信这些领域未来的产品竞争会愈加激烈，而从产品层面，工艺和封装技术对于一个电源芯片厂商的价值会更加凸显。对此，MPS显然信心满满。