
BTG70013A-1ESW是英飞凌PROFE WireGuard系列汽车级智能功率高侧开关。内部集成VDMOS作为主功率输出管,用来承担车载负载的大电流通断任务。

芯片简介
(图源:datasheet)
平台君发现该芯片的VDMOS器件面积占整个芯片面积的80%,下图是整个芯片的Poly层图像,除黑色方框区域外,都是VNDMOS。

BTG70013A-1ESW芯片Poly层图像
(图源:IPBrain平台)
那为什么要使用这么多VDMOS器件呢?我们先来了解下VDMOS。
VDMOS 全称是垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管(Vertical Double-diffused MOSFET),是一种垂直结构的功率器件。其核心特性,就是电流垂直穿过硅衬底,源极与栅极在芯片正面,漏极在芯片背面。
正是因为该特性可以把芯片面积充分利用起来,在有限的芯片尺寸下实现高耐压与大电流能力,广泛应用在开关电源、电机驱动、锂电池保护、逆变器等中高压功率场景。
这是VDMOS的结构图:

结构图
(图源:网络)
Tips:
由结构图可知,N⁺硅衬底,作为器件的漏极;N⁻外延层是漂移区,器件的耐压能力就是由它的浓度决定的。
而且VDMOS并不是单个管子,而是由多个、结构完全相同的VDMOS管并联组成。每一个都具备独立的源区、栅极、漂移区,都可以单独形成导电通道。
下图是BTG70013A-1ESW芯片中一个VNDMOS的Poly层图像,它由19个VNDMOS管组成,红框为一个VNDMOS管。

VNDMOS器件Poly层图像
(图源:IPBrain平台)
还有数量更多的,下图是两个VNDMOS,分别由155个管子和1299个管子并联组成。

VNDMOS器件Poly层图像
(图源:IPBrain平台)
大量VDMOS管并联之后,有效沟道宽度大幅提升,等效导通电阻显著下降,器件可以承载更大的连续电流;并联结构还使电流和热量均匀分散,提升可靠性。
同时BTG70013A-1ESW通过VDMOS器件并联实现1.5mΩ极低导通电阻、承载26.6A持续大电流的要求,同时阵列器件的面积匹配性,实现 31800:1 的高精度电流镜像采样,支撑 I²t 线束保护与过流诊断。

VNDMOS4内部电路图
(图源:IPBrain平台)
这是该芯片的功率输出通路,是一个多个模块的集合,里面有保护电路和控制电路,开关驱动电路等,其中红色方框为VNDMOS,作为高边驱动功率开关管,也是这个芯片的核心器件。
VDMOS凭借垂直导电结构与双扩散工艺,解决了早期平面MOS难以兼顾高压、大电流的痛点,历经数十年依旧是高压功率场景的核心器件。

