为什么高速芯片的PAD做成八边形？

上一篇文章：什么是MPW？

PAD，也就是焊盘，是芯片的重要组成部分。最终封装好的芯片，通过绑线把PAD与封装的PIN脚连接起来（举例是Wire Bond形式的芯片）。

PAD的大小，和使用的绑线有很大关系。由于金线通过球焊的方式健合到PAD上，在压焊过程中，金线的末端的球会压变形为圆形薄饼形状，如下图。为了能够正常的打线，PAD的大小一般为绑线的2~3倍，比如绑线用1mil（25.4um，约为25um），PAD的大小为50um ~ 75um。

从电路设计及Layout角度看，PAD的尺寸越小越好，可以减少PAD对衬底的寄生电容，同时可以减小芯片的面积。

在常见的芯片中，PAD一般设计成正方形或者长方形。为了打线时防止PAD剥落，PAD通常会用最上层金属、及次顶层金属通过VIA连接构成。对寄生没太大要求的PAD，除了最上面两层金属，还会把下面几层金属通过VIA也连上，或者只用上面两层金属，然后下面垫上几层和PAD一样大的浮空金属，可以在打线时起到缓冲作用。

然而，在高速芯片设计中，多层金属结构的PAD，对衬底的寄生比较大，会影响高速性能。为此，通常只采用最顶层金属构成PAD。从可靠性角度考虑，最多采用最上面两层金属及VIA构成。

在高速芯片中，经常会用到以下两种PAD，左边是正方形PAD，右边是八边形PAD。通常电源、地，低速电路用正方形PAD；高速相关的电路用八边形的PAD。

为什么连接高速电路用八边形PAD呢？

根据上面PAD结构提到的，在高速芯片设计中，PAD对衬底的寄生电容，会影响高速性能。为了减少寄生，通常采用顶层金属做PAD。再根据上面PAD打线可以了解到，金线健合时会形成圆形薄饼形状。所以，为了进一步降低PAD对衬底的寄生电容，同时不影响打线，我们可以把PAD做成八边形。

上面两个PAD开窗都是60um，正方形PAD的金属是66um x 66um；八边形（近似正八边形）的金属也是66um x 66um，每边大约27.3um。我们以下图寄生参数粗略计算正方形PAD、八边形PAD的寄生电容有多大。

C正方形 = 66um x 66um x 6 aF/um2 66um x 4 x 15 aF/um = 30.096 fF

C八边形 = (27.3um x 66um/2 )/2 x 8 x 6 aF/um2 27.3um x 8 x 15 aF/um = 24.8976 fF

从粗略计算得到的寄生电容值可知，八边形PAD的寄生电容会比正方形PAD的小17.27%。

所以，高速芯片中，高速电路采用八边形的PAD，有益于高速性能。

参考资料：模拟电路版图的艺术（第二版）

              模拟CMOS集成电路设计（第2版）             

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