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本书以功率集成电路的“功率器件—制造工艺—电路单元—芯片设计”为主线，结合技术发展现状，首先介绍功率集成电路中的特有器件LDMOS与LIGBT的结构、原理和特性，进而阐述典型的功率集成电路模块的原理、设计方法及难点问题，包括高压栅极驱动集成电路、电源管理集成电路等；最后介绍智能功率模块和功率集成电路的可靠性。本书注重实践性和前沿性，每部分电路均增加了仿真实例，每章后提供习题和挑战性拓展，并融入数字化思政元素，强调教材的“两性一度”。本书提供配套的电子课件PPT、习题参考答案、教学大纲、仿真电路图、软件操作文档等。本书可作为高等院校相关专业本科生和研究生的教材，以及从事功率集成电路设计的专业技术人员的参考用书。

第1章  概述	1
1.1  功率集成电路的概念	1
1.1.1  功率集成电路的基本概念	1
1.1.2  功率集成电路的分类	2
1.1.3  功率集成电路的特点	4
1.2  功率集成电路的发展历程	5
1.3  功率集成电路的挑战和机遇	6
习题	8
挑战性拓展	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  定义与分类	9
2.1.2  关键问题	9
2.1.3  技术趋势	10
2.2  功率MOS集成器件	10
2.2.1  传统MOSFET	10
2.2.2  横向双扩散MOSFET	11
2.2.3  纵向双扩散MOSFET	13
2.2.4  高压CMOS的集成结构	14
2.3  电场调制LDMOS器件	15
2.3.1  电场调制技术	15
2.3.2  RESURF LDMOS	17
2.3.3  超结LDMOS	22
2.4  横向IGBT器件	24
2.4.1  平面栅LIGBT	24
2.4.2  RESURF LIGBT	26
2.4.3  沟槽栅LIGBT	28
2.4.4  功率集成器件特性评价	29
2.5  SOI基功率集成器件	30
2.5.1  SOI衬底及耐压原理	30
2.5.2  SOI RESURF器件	31
2.5.3  介质场增强SOI器件	34
技术前沿：GaN HEMT功率集成器件	38
习题	41
挑战性拓展	42
第3章  功率集成电路工艺	43
3.1  典型BCD工艺	43
3.1.1  BCD工艺简介	43
3.1.2  BCD工艺中的核心器件	44
3.1.3  BCD工艺中的关键技术	46
3.1.4  BCD工艺流程	54
3.2  其他BCD工艺	63
3.2.1  SOI BCD工艺	63
3.2.2  集成LIGBT器件的BCD工艺	66
技术前沿：GaN基单片功率集成技术	68
习题	70
挑战性拓展	70
第4章  功率器件驱动电路	71
4.1  栅控功率器件及开关特性	71
4.1.1  结构及工作原理	71
4.1.2  开关特性	73
4.1.3  重要参数	79
4.2  栅极驱动电路	81
4.2.1  栅极驱动电路概述	81
4.2.2  栅极驱动电路的分类	82
4.2.3  栅极驱动电路的构成与工作原理	85
4.3  栅极驱动电路基本单元	87
4.3.1  输入接口电路	87
4.3.2  死区时间电路	91
4.3.3  延时电路	92
4.3.4  电平移位电路	93
4.3.5  自举电路	97
4.3.6  输出驱动电路	98
4.3.7  芯片内部保护电路	100
4.3.8  仿真实例	102
4.4  栅极驱动关键技术	109
4.4.1  抗di/dt技术	109
4.4.2  抗dv/dt技术	110
4.4.3  短路和过载保护技术	115
技术前沿：GaN器件驱动	120
习题	121
挑战性拓展	121
第5章  电源管理技术	122
5.1  电源电路概述	122
5.1.1  隔离式DC-DC变换技术	123
5.1.2  非隔离式DC-DC变换技术	127
5.2  线性稳压电源	128
5.2.1  基本原理	128
5.2.2  关键性能参数	130
5.2.3  典型模块设计	134
5.2.4  仿真验证实例	137
5.3  DC-DC开关电源	142
5.3.1  基本原理	142
5.3.2  关键性能参数	149
5.3.3  典型模块设计	152
5.3.4  仿真验证实例	159
5.4  电荷泵	163
5.4.1  基本原理	164
5.4.2  关键性能参数	175
5.4.3  典型模块设计	176
5.4.4  仿真验证实例	177
技术前沿：数字电源	179
习题	180
挑战性拓展	181
第6章  智能功率模块	182
6.1  IPM的结构和特点	182
6.1.1  传统功率模块的结构	182
6.1.2  IPM的结构	186
6.1.3  IPM的特点	187
6.2  IPM封装工艺	188
6.2.1  常规焊接技术	188
6.2.2  低温烧结技术	190
6.2.3  冷焊接技术	191
6.2.4  压力连接技术	191
6.2.5  端子与安装	192
6.2.6  封装技术	193
6.3  IPM测量和保护功能	193
6.3.1  测量功能	193
6.3.2  保护功能	196
6.4  IPM发展新技术	198
6.4.1  芯片技术	198
6.4.2  封装技术	198
6.4.3  保护技术	199
习题	199
挑战性拓展	200
第7章  功率集成电路的可靠性	201
7.1  安全工作区	201
7.1.1  安全工作区简介	201
7.1.2  安全工作区的构成	201
7.2  热载流子注入效应	203
7.2.1  热载流子的产生	203
7.2.2  热载流子注入效应对器件的影响	203
7.2.3  LDMOS的热载流子注入效应	204
7.3  有源寄生效应	204
7.3.1  集成双极型晶体管的有源寄生效应	204
7.3.2  MOS集成电路的有源寄生效应	206
7.4  静电放电	208
7.4.1  ESD简介	208
7.4.2  ESD模型分类	208
7.4.3  ESD失效种类	210
7.4.4  ESD保护	211
7.4.5  功率集成电路的ESD保护	214
技术前沿：双向ESD保护器件	216
习题	217
挑战性拓展	217
参考文献	218

功率集成电路作为集成电路的一个重要分支，是微电子技术和电力电子技术相融合的产物，因其具有高压大电流的处理能力，成为电子电气系统中不可或缺的组成部分，已被广泛应用在能源、交通、航空航天等领域。随着新能源汽车、智能电网、物联网和人工智能的快速发展，这些应用场景中的车载充电器、电池管理系统、充电桩、数据中心二次电源等设备对高效、可靠的功率集成电路的需求将会不断增长，功率集成电路的重要性不言而喻。
本书系统介绍功率集成电路的基本原理和方法，使读者具备功率集成电路设计的基本能力。本书以功率集成电路的“功率器件—制造工艺—电路单元—芯片设计”为主线，结合技术发展现状，以工程案例为牵引，重点讲述功率集成电路的结构设计、特性分析及仿真方法，并配备习题、挑战性拓展，融入数字化思政元素。在编写过程中，我们密切跟踪功率集成电路的最新发展动态，并结合多年的教学经验，对内容进行了精心的筛选和优化。我们在教材中增加了若干仿真实例以及技术前沿，力求使本书既具有理论深度，又注重实践性和前沿性，使读者能够在学习中不断提升自己的专业技能。
本书共7章，第1章概述，介绍功率集成电路的基本概念、分类、特点、发展历程及挑战和机遇；第2章功率集成器件，介绍常用的传统硅基MOS集成器件、电场调制技术及LIGBT的结构和原理，并简要介绍SOI衬底及耐压原理、介质场增强SOI器件；第3章功率集成电路工艺，以目前应用最广泛的BCD为重点，分别介绍典型BCD工艺、SOI BCD工艺和集成LIGBT器件的BCD工艺；第4章功率器件驱动电路，在介绍栅控功率器件特性的基础上，重点讲述栅极驱动电路基本单元的构成和关键技术，并以仿真实例的方式对电路特性进行分析；第5章电源管理技术，结合仿真实例分别介绍线性稳压电源、DC-DC开关电源和电荷泵；第6章智能功率模块，分别从智能功率模块的结构和特点、封装工艺、测量和保护功能及发展新技术等方面进行详细介绍；第7章功率集成电路的可靠性，先介绍功率集成电路中功率器件的安全工作区等基本概念，在此基础上介绍影响功率集成电路可靠性的因素，包括MOS器件的热载流子注入效应、有源寄生效应、静电放电等。
本书提供配套的电子课件PPT、习题参考答案、教学大纲、仿真电路图、软件操作文档等教学资源，选用本书为教材的高校任课教师可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）注册后免费下载，也可联系本书责任编辑（wangxq@phei.com.cn，010-88254113）索取。
本书由西安理工大学电子工程系和包头师范学院的多名教师共同编写，西安理工大学杨媛教授编写了第1章和第4章的部分，郭仲杰教授编写了第5章，杨兆年副教授编写了第3章和第7章，王彩琳老师编写了第2章，文阳老师编写了第6章，包头师范学院李强老师编写了第4章的部分。全书由杨媛教授组织校稿。
西安理工大学电子工程系的赵天阳、李亚兰、王婷婷、茹逍、王亚朋、邱子忆、任瑗、李梦丽、宋昱澄、郭孙毓、张晨曦等研究生参与了本书资料的整理工作，在此向他们及在本书编写过程中给予帮助的人们表示衷心的感谢。
由于时间仓促和水平有限，本书中难免有疏漏和不妥之处，恳请广大读者在阅读过程中提出宝贵的意见和建议，以便我们不断完善和改进本书的内容与质量。

杨媛，西安理工大学二级教授、博士生导师，电子科学与技术一级博士学科带头人，微电子科学与工程专业负责人，陕西省教学名师，陕西省科技创新团队负责人，陕西省新能源功率半导体器件及智能系统工程技术研究中心主任，陕西省智能物联网集成电路与系统引智基地主任，国家级一流本科课程负责人，陕西省课程思政精品课程负责人。长期从事半导体集成电路教学和研究工作，主持国家级重点项目1项、国家自然科学基金项目4项以及陕西省重点研发项目、企业重大成果转化等科研项目40余项。获陕西省科学技术奖一等奖1项、二等奖3项，西安市科学技术奖一等奖2项，陕西省高等学校科学技术一等奖2项，陕西省高等教育教学成果特等奖1项、一等奖2项、二等奖1项。先后在IEEE Transaction on Power Electronics等期刊发表论文200余篇，授权国家发明专利20余项，出版教材3部、专著2部，并受到国家科学技术学术著作出版基金资助。

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