芯片上的 PAD(Bond Pad,键合焊盘)是芯片内部极其微小的纳米级集成电路,通向外部宏观世界(封装基板或引脚)的唯一电气“桥梁”。
铝PAD(最传统主流)
这是最经典、应用最广的芯片PAD材料。
典型材料:
不是纯铝,而是铝合金:
| 材料 | 成分 | 作用 |
|---|---|---|
| Al-Si | 铝+1%硅 | 防止铝向硅扩散(尖楔效应) |
| Al-Cu | 铝+0.5–4%铜 | 抗电迁移 |
| Al-Si-Cu | 铝+硅+铜 | 综合性能,最常用 |
为什么用铝:
1,与硅工艺兼容性极好,几十年成熟工艺2,成本低3,易于沉积(溅射)和刻蚀4,与键合线(金线、铝线)结合良好5,导电性好(电阻率2.65 μΩ·cm)
铝PAD的厚度:
通常0.8–1.5μm,作为芯片最顶层金属(Top Metal)引出。
铝PAD的问题:
铝表面易氧化,形成Al₂O₃绝缘层,影响键合和焊接需要键合时通过超声能量击穿氧化层抗电迁移能力不如铜铜PAD(先进节点)
随着芯片进入铜互连时代(130nm节点以下),最上层也开始用铜。
为什么转向铜:
电阻率更低(1.68 μΩ·cm,比铝低37%),信号传输快抗电迁移能力远强于铝适合先进节点的高密度、高频率需求
铜PAD的关键问题:
铜不能直接暴露在空气中,原因:
铜极易氧化铜会向硅和介质扩散,造成污染铜不能直接键合或焊接
所以铜PAD必须有覆盖层和UBM。
金(Au)PAD
金PAD不是主流硅芯片的选择(成本太高),但在特定领域是标准甚至唯一选择:
| 应用领域 | 为什么用金PAD |
|---|---|
| 化合物半导体(GaAs、GaN、InP) | 金与这些材料工艺兼容,欧姆接触好 |
| 射频/微波器件 | 金导电性好、抗氧化、高频损耗低 |
| MEMS器件 | 金惰性好,适合长期可靠性要求 |
| 高可靠性器件(军工、航天) | 金不氧化,长期稳定 |
| 金丝键合的高端封装 | 金-金键合可靠性最高 |
| 光电器件、传感器 | 金的化学惰性和生物兼容性 |
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