每當(dāng)我們做好了core的電路和版圖，下一步就是設(shè)計pad ring了。對于第一次接觸pad ring的同學(xué)來說，這個概念可能會有點陌生。

IO總的來說由兩部分組成，一個是PAD，一個是電路。電路又分為pre 和 post。

PAD的作用是為了封裝的時候連接金線。因此，為了防止金線短路，要求PAD之間要有最小距離，具體數(shù)值要看你的封裝形式。

電路的作用有幾方面：ESD保護(hù)，level shifter，施密特觸發(fā)器等等。還有提供電源環(huán)路。

二者合在一起構(gòu)一個IO（也就是I/O pad），有的時候PAD和電路是分開，stagger就是這種情況，在IO limiter的情況下，為了節(jié)省面積，將PAD分成兩排甚至三排交錯的排列，但是電路必須是在一條直線上的（因為電源環(huán)路的需求）。

Bonding pad是連接芯片和封裝線的地方，ESD保護(hù)電路一般包括一對很大的反偏的PMOS，NMOS

作者君的珍藏，之前用電子顯微鏡查看引腳是否有短接，每個打孔的地方就是上圖里面bonding pad

一個基本的pad library，應(yīng)該可以提供如下幾種pad：

給pad供電的pad，例如：PAD_VDD, PAD_VSS;

給core供電的pad，例如：VDD, VSS; （如果存在多個VDD domain， 還有AVDD, AVSS，之類的pad）

模擬信號的pad，例如ANIN (analog的pad一般就是一塊鐵片，有的vendor推薦用戶可以自己基于要求自己再加上一定的ESD保護(hù)電路)

數(shù)字信號的pad，一般有input和output的區(qū)別，里面還有包括level shifter，buffers之類的數(shù)字電路（作者君用的不多，這里不展開說明了）。

建議設(shè)計pad ring之前，先去讀一下vendor的文檔，文檔一般會說明各種類型的pad的用法，還有各種注意事項。不同的vendor提供的pad library不一樣，所以有時候還是謹(jǐn)慎一點。

比如作者君最近用的一個pad library，里面有一種特定的提供PAD_VDD的pad，這個pad起到了類似POR的作用，它自己稱之為POC（power on control）。這個pad會監(jiān)控各個VDD的上升情況，只有當(dāng)PAD_VDD, VDD之類的電源都基本上穩(wěn)定了，它才會讓core被最終供電。同時，文檔里面還寫了VDD的上升速度不可以太快（小于2us）之類的要求。（其實寫到這里，作者君想到core的transient仿真里面，也需要模擬這個VDD的上升過程）

一般來說，pad ring會設(shè)計成一個方形或者矩形，這樣給pad 供電的PAD_VDD, PAD_VSS可以比較均勻的分布在pad ring里面。當(dāng)然，有時候遇到電路里面有高壓的模塊，可能不能share整個pad ring，那么pad ring就可能只有方形的三面，也是合理的。

相鄰的pad之間需要隔開還是可以緊密挨著，主要是取決于最后封裝時候的要求。舉個例子，比如每個pad 的寬度是50um，但是封裝引腳的最小距離是80um，那么相鄰的pad之間就需要加filler（一種特定的cell，里面的PAD_VDD, PAD_VSS是連續(xù)的）同時，每個轉(zhuǎn)角處還有專門的Corner cell，也是保證了pad ring里面ESD相關(guān)的信號的連續(xù)性。

首先需要確定的是關(guān)鍵的信號pad的位置，比如“盡量縮短走線長度”，讓pad靠近layout core里面的信號pin的位置。（舉個例子，如果做的test chip的core不大，可以選擇core的位置靠近pad，不一定要正好在pad ring的正中間）。獨立的敏感信號比如clock或者bidirectional pin與其他的switching pad之間，可以加入power或者ground的pads隔開，原理類似layout里面的signal shielding。

幾個相鄰的pad其實可以共享一個封裝引腳pin（比如幾根金線從幾個pad上連到同一個封裝pin上面），因為封裝pin可以承受的電流一般大于pad的電流（比如一個pad電流最大是30mA）。同時，bonding wire有寄生電感，而電源上的變化電流可能會很大，并聯(lián)很多條boding wire等于減小了寄生電感。

在可能的前提下，盡量多放power pad（可以減小bonding wire的彈跳效應(yīng)），并讓power pad均勻分布。然后是確定所需的電源pad的數(shù)量。用下面的公式粗略估計一下，比如總的電流是120mA，然后pad ring的四條邊都加上VDD和VSS的pad，每個vdd pad的最大電流是30mA，如果Vworst和core power里面的電源電壓一樣大，那么每邊一個pad就足夠了。如果這兩個電壓值不一樣，則應(yīng)該增加vdd pad的數(shù)量。

VDD/VSS pad的數(shù)量計算

當(dāng)然，如果面積有限，單層的inline pad ring放不下，還可以使用staggered的方式，也就是下面右圖里面那種交叉擺放的方式。

最后，多說幾句package的基礎(chǔ)知識，除了常見的dual-flat no-leads (DFN)，dual in-line package （DIP）這些封裝，現(xiàn)在還有Flip Chip with RDL，其中用到了一層Redistribution Layer (RDL)，也就沒有上面那些封裝里面的金線了。對于超大規(guī)模的電路，F(xiàn)lip Chip現(xiàn)在已經(jīng)很常見了。

傳統(tǒng)封裝方式

flip chip封裝

審核編輯：劉清