功率管电流密度

strongy

有两个尺寸大小一模一样的MOS管A和B，但由于金属布局不同，A最多能走20mA电流，B最多能走5mA电流，现在我把这两个不同布局的MOS管并联起来，如果以下电流通过，MOS管A和B流过的电流分别是多少：①走8mA电流，A、B各走4mA？流过A的电流比流过B的电流大？
②走20mA电流，A走15mA，B走5mA？B烧毁？
③走25mA电流，A走20mA，B走5mA？B烧毁？
功率管的源端和漏端都要接到PAD上，为了节省面积，把PAD放在功率管上面，
因此PAD下面的MOS管就不能用顶层金属连接，从而导致电流密度有所减小。
小弟接触版图设计不是很久，对功率管电流密度的计算还没找到一个系统的方法，只能通过问问题寻找一些启发，
还希望各位前辈多多指导一下，如果大家有什么好的资料也希望能分享出来一起交流学习哈

tuohong

我来尝试参与讨论一下，有不对的地方请大家多多指正。
首先我觉得楼主的给出的条件不足够多，以至于没办法依靠现有条件给出问题的结果。所以我先做一些假设：
先假设不考虑电压电流等等情况、根据题干的描述，又假设MOS管不是过电流的瓶颈，以及题主提到的A和B分别能走20mA和5mA是design rule给出的metal current density。为方便计算，就假设metal density是1mA/um，各层都一样，via忽略。

在这样的前提下，再把问题简化为4种情况，如下举例，
1、        MOS管W为200，metal连线尺寸为20um/5um和100um/20um
2、        MOS管W为200，metal连线尺寸为10000um/5um和40000um/20um
3、        MOS管W为50000，metal连线尺寸为20um/5um和100um/20um
4、        MOS管W为50000，metal连线尺寸为10000um/5um和40000um/20um
假设中1、2的MOS管的200取值，是根据MOS管如果不是电流瓶颈，按照一般的工艺，通过IDsat能通过20mA数量级的电流，大概推算一下的（最小）值。不同工艺的IDsat会有一定差别。
假设中3、4中的MOS管的50000取值，是根据提到的功率管，随意取的一个值，目的是为了跟前面的200形成数量级上的对比。实际功率管根据不同的工艺和用途，尺寸涵盖范围会非常大。
假设中metal连线的尺寸的选择是在满足current density的基础上，对寄生电阻做出数量级上的对比。

其他情况尽量理想，那么回到题目，电流就跟两种情况下MOS管导通电阻和metal电阻相加反比了。

如果以下电流通过，MOS管A和B流过的电流分别是多少：
①        走8mA电流，A、B各走4mA？流过A的电流比流过B的电流大？
情况1、metal电阻与MOS管导通电阻相比可以忽略，A、B各走4mA；
情况2、假设metal电阻和MOS管导通电阻同一数量级，就基尔霍夫计算了；
情况3、MOS管导通电阻与metal电阻相比可以忽略，A、B各走4mA；
情况4、通情况2.
②走20mA电流，A走15mA，B走5mA？B烧毁？
③走25mA电流，A走20mA，B走5mA？B烧毁？

情况②和③考虑方式与情况①类似，同时design rule给出的metal current density是电迁移情况，影响的是产品的长期可靠性，在给定的current density数量级上，即使最终metal发生电迁移、时间也是以“年”来计算的，与MOS管烧毁没有关系。MOS管的烧毁还是从几种情况后流经MOS管的电流与IDsat的关系来确定。

根据题主的描述，我觉得他的情况更像是情况①，但是一般功率管都不会这么小。
PAD放在功率管上这种情况，可以通过合理布局和布线，挽回一些损失。

abby118

为什么2#的回答我看不懂！！

tuohong

我跟你说有时候我回头看看自己写的东西，都觉得表述不清楚，更别提是别人看了的感受了。
比较常见的问题就是把自己的一些预设和假设当成别人也知道的通用前提，以及表述过程中省掉很多自己思考时的逻辑步骤（有些还是不正确的），导致呈现出来的东西让人不知所云。
学校也是太不重视语文课了，特别是大学工科，高中之前还有些内在动力（比方说写情书什么的），等到了大学清楚地认识到自己是个屌丝+注孤生时，也就没有任何动力了。

abby118

回复 4# tuohong


   理解！！

superpower2009

回复 2# tuohong


   请问下金属连线尺寸 20um/5um 是什么意思？W/L ?

Lolia1217

abby118 发表于 2016-9-18 15:35
为什么2#的回答我看不懂！！

我现在也还是没看懂 ，哈哈哈。。。。。。。。。。。。
一遍不懂就多看几遍，应该差不多了。。

lnxmj

感谢分享