مكثفات MOS ذات الموصلات الحرارية العالية AuSn الجانب الخلفي 20V مكثف كثافة عالية رقاقة طاقة RF ذات طبقة واحدة

AuSn مكثف MOS الخلفي HACC101S20V101 100pF 20V التوصيل الحراري العالي رقاقة طاقة RF ذات طبقة واحدة

HACC101S20V101 مكثف MOS الهندسي الحراري: 100pF 20V مع الجانب الخلفي AuSn لتطبيقات RF الطاقة

HACC101S20V101 هو مكثف MOS ذو طبقة واحدة 100pF ± 10٪ مع تقييم 20V DC ، المصنوع على السيليكون في المنطقة العائمة (> 1000Ω · cm) مع 300nm SiO الحراري₂الديالكترونية. أبعاد الشريحة هي 0.50mm * 0.50mm * 0.15mm مع TiW-Au التميز العلوي (2.5μm Au الحد الأدنى) و TiW-Pt-Au الخلفي (1.0μm Au الحد الأدنى).تتوفر طبقة إضافية إضافية 80Au / 20Sn (بسمك 3-5μm) في الجانب الخلفي للعملاء الذين يستخدمون عمليات إضافة المواد المضادة للطاقة بدون تدفق..

1فيزياء المقاومة الحرارية في مجموعات مكثفات الشريحة

فهم المقاومة الحرارية للاتصال مع الناقل (θ_{جيه سي}) في مكثف شريحة يتطلب تحليل المقاومات الحرارية المتسلسلة من موقع توليد الحرارة إلى حوض الحرارة._{جيه سي}يحتوي على ثلاثة مكونات رئيسية:

• مقاومة الانتشار في رصيف السيليكون (R_انتشار):الحرارة المتولدة في SiO₂يجب أن ينتشر الكهربائي الديليكتريك والإلكترود العلوي عبر الركيزة السيليكونية 150μm للوصول إلى الجزء الخلفي.الموصلية الحرارية للسيليكون من 148 واط/m·K عند 300K يعطي مقاومة الانتشار من حوالي 8 كيلوواط.50mm × 0.50mm رقاقة. هذا هو المصطلح المهيمن في θ_{جيه سي}للمقارنة ، سيساهم رصيف الألومينا (24 W / m · K) بنحو 60 K / W ≈ 7.5 * العقوبة ≈ مما يفسر سبب وجود مكثفات الألواح الرقيقة على حاملات السيراميك_{جيه سي}من مكثفات السيليكون MOS
• المعادن الخلفية ومقاومة الواجهة (R_واجهة):الطبقة الخلفية الذهبية 1.0μm لديها مقاومة حرارية ضئيلة (~ 0.001 K / W). المقاومة الحدودية الحرارية في واجهة Au-to-AuSn ، عندما يتم إعدادها بشكل صحيح ، أقل من 10^-8m2·K/W، المساهمة أقل من 0.04 K/W للمساحة رقاقة 0.25mm2.
• مقاومة خط الربط المقطوع (R)_إرفاق):هذا هو المصطلح الأكثر تنوعًا ويعتمد بشكل كبير على اختيار المواد. لخط رابطة سميكة 5 ميكرومتر: أوسن يوتيكتيك (57 W / m · K) يعطي ~ 0.35 K / W ؛ الزئبق الموصل الايبوكسي (5 W / m · K نموذجي) يعطي ~ 4 K / W ؛عوائد اللحام PbSn القياسية (50 W/m·K) ~0.4 كيلوواط ولكنها ليست متوافقة مع RoHS. يضمن خيار AuSn المسبق لإيداع خط رابطة خفيف ومسيطر خال من الفراغ الذي يقلل من هذه المدة.

الإجمالي المقاس θ_{جيه سي}بالنسبة لشريحة 0.50 ملم مع AuSn مربوطة بحامل CuMo أقل من 30 كيلوواط ، بما يتفق مع مجموع هذه المساهمات الثلاث بالإضافة إلى هامش صغير لعدم اليقين في القياس وتبديد خط الربط.

2طريقة تخفيض الطاقة اللاسلكية والموثوقية

القدرة على التعامل مع طاقة RF ليست رقمًا واحدًا ، فهي تعتمد على التردد ودورة العمل ودرجة حرارة البيئة ومدة الحياة المقبولة. يتميز HACC101S20V101 بدعم تخفيض المعلومات:

• تصنيف الجهد:يقدم التصنيف المستمر لـ 20 فولت DC هامشًا 5: 1 لقوة الانهيار الديالكتروني > 100 فولت._القمة= V_{DC_bias}+ V_{RF_amplitude}في نظام 50Ω بدون تحيز DC، هذا يتوافق مع 4W من طاقة CW RF (V_القمة= √(2PR) = √(2*4*50) = 20 فولت). بالنسبة للإشارات المعدلة مع نسبة الذروة إلى المتوسط من 8-10 ديسيبل (معتادة لـ 5G OFDM) ، يمكن أن يكون متوسط الطاقة عند نفس الحد الأقصى لجهد الجهد أقل بـ 6-10 * ،أو حوالي 0.4-0.7W المتوسط.
• تصنيف التيار:ESR عند 1GHz عادة ما يكون أقل من 0.1Ω. عند 0.5A RMS (12.5W في 50Ω) ، تسخين I2R هو 25mW. مع θ_{جيه سي}< 30 كيلوواط، وهذا ينتج ارتفاع في درجة حرارة التقاطع أقل من 0.75 درجة مئوية فوق الناقل ‬تجاهل بالنسبة لمعظم التطبيقات.5 درجة مئوية) داخل منطقة العمل الآمنة.
• درجة الحرارة:درجة حرارة التقاطع القصوى هي 125 درجة مئوية. عند درجة حرارة الناقلة من 85 درجة مئوية (معتادة لقطاعات مكبرات الطاقة في محطة القاعدة) ، فإن ارتفاع درجة الحرارة المسموح به هو 40 درجة مئوية ،يتناسب مع أقصى استنزاف للطاقة 1.3W (θ_{جيه سي}* ΔT = 30 * 40 = 1.2W ، مع التدوير المحافظ) ، وهذا أعلى بكثير من التبديد النموذجي في أي تطبيق عملي للجوار أو كتلة التيار المباشر.
• موثوقية دورة القوة:يمكن أن يؤدي الدورة الحرارية المتكررة من تشتيت الطاقة إلى التعب في خط ربط الإصلاح. تم اختبار المفاصل الأوتيكتية AuSn تحت 100,000 دورة طاقة (ΔT_ج= 40 درجة مئوية، فترة 30 ثانية) أظهرت أقل من 10٪ زيادة في_{جيه سي}، مما يشير إلى الحد الأدنى من تدهور خط الربط. يضم سبيكتيل AuSn الجهد الدوري من خلال الاسترخاء من خلال الزحف دون تجميع الفراغ أو التخلص من الصفائح.

3- التجميع في مجال المعادن الايوتيكية والعمليات

يستخدم النظام الايوتيكسي 80Au / 20Sn (نقطة الانصهار 280 درجة مئوية) على نطاق واسع في التجميع الهجين عالية الموثوقية. يساعد فهم معدنته في تحسين عملية التجميع:

• تكوين المرحلة:يتكون الهيكل المجهري الايتكتيكي من خليط رقيق من₅Sn (ζ-phase) و AuSn (δ-phase) المركبات المتعددة المعادن. كلا المراحل مستقرة حراريا ولا تخضع لتجاوز ميكروهيكلي كبير أثناء التشغيل الممتد في درجة حرارة عالية.الـ (أو)₅مرحلة Sn توفر القوة الميكانيكية ، في حين أن مرحلة AuSn تساهم في التضخم.
• مراقبة الجودة قبل الإيداع:طبقة AuSn 3-5μm على الجزء الخلفي من الشريحة يتم إيداعها عن طريق التبخر الحراري مع توحيد سمك ± 10% عبر رقاقة.يتم التحقق من التكوين عن طريق الأشعة السينية (XRF) على عينات الشهود من كل عملية ترسبيتم التحكم في نسبة الوزن Au:Sn إلى 80: 20 ± 2٪ لضمان سلوك الذوبان الايوتيكتيكي دون مجموعة واسعة من البستات.
• نافذة عملية التدفق:يجب أن تكون درجة حرارة التدفق العائد القصوى 300-320 درجة مئوية (20-40 درجة مئوية فوق نقطة الطهارة 280 درجة مئوية). يجب أن يكون الوقت فوق السائل 30-60 ثانية.₂5٪ هيدروكلوريد₂يمنع الغلاف الجوي من أكسدة الصين. لا يلزم تدفق. يقلل الهيدروجين في غاز التشكيل من أي أكسيد الصين الأصلي على السطح المستودع مسبقًا.يجب الحفاظ على تركيز الأكسجين في غرفة التدفق مرة أخرى أقل من 10ppm.
• تشكيل بين المعادن في واجهة الذهب:أثناء التدفق مرة أخرى ، يذوب المادة الأوتكتيكية السائلة AuSn كمية صغيرة من الذهب من كل من الجزء الخلفي للشريحة ووسادة الركيزة ، مما يحول التكوين قليلاً نحو الجانب الغني بالذهب من المادة الأوتكتيكية.هذا يؤدي إلى طبقة رقيقة من Au الأساسية₅Sn في كلا الواجهتين بعد التجمد ، مما يقوي في الواقع الرابط. يمكن أن يرفع ذوبان الذهب الزائد (> 5 ميكرو مترا من كل سطح) درجة حرارة السائل ،لذلك يتم حساب سمك الذهب الإجمالي على كلا السطحين التزاوج في تصميم العملية.

الخصائص الرئيسية

• التوصيل الحراري العالي:148 W/m·K الركيزة السيليكونية تقلل من مقاومة الانتشار (8 K/W). خط رابطة أوسن عند 57 W/m·K يوفر مقاومة حرارية أقل بـ 10 * من البوكسي الموصي._{جيه سي}أقل من 30 كيلوواط. دورات طاقة 100 كيلوواط مع أقل من 10٪ θ_{جيه سي}التدهور
• معالجة طاقة RF العالية:تصنيف 20 فولت متزامن مع تعطل > 100 فولت (5: 1 هامش). ESR <0.1Ω@ 1GHz يحد من تسخين I2R أقل من 50mW عند 1A RMS. 125 درجة مئوية الحد الأقصى لدرجة حرارة التقاطع يسمح بتبديد 1.2W عند 85 درجة مئوية حامل مع ملحق AuSn.
• AuSn الجانب الخلفي للترسب المسبق3-5μm 80Au / 20Sn طبقة eutectic، ± 10 ٪ تكافؤ السماكة، تم التحقق من تكوين XRF.₂/H₂القطع المقطوع > 2.5kgf. أقل من 5% مساحة الفراغ عن طريق فحص الأشعة السينية.
• SiO₂الاستقرار الكهربائي:التسخين الديالكتريكي القريب من الصفر (tan δ < 0.001@ 1GHz). لا يوجد خطر هروب حراري يضاعف خطر التسرب لكل 30-40 درجة مئوية مقابل الهروب الأسي في بعض الديالكتريكات الحديدية.
• اللغة الإنجليزية القريبة من الصفر:إصدار الـ ESL للشريحة الداخلية تحت 0.05nH، SRF > 8GHz لقيمة 100pF.

المواصفات الكهربائية (T = 25 درجة مئوية ما لم يذكر)

دليل التصميم الحراري

اختيار المواد الناقلة:المواد الناقلة تحت الشريحة تؤثر بشكل كبير على المقاومة الحرارية الكلية من التقاطع إلى البيئة المحيطة.160-180 W/m·K) يوفر أفضل مزيج من CTE مطابقة للسيليكون والموصلات الحراريةالسيراميك AlN (4.5 ppm/°C CTE، 170 W/m·K) هو بديل لعمليات متوافقة مع الألومينا.180-200 W/m·K) يوفر توصيل أعلى قليلا في زيادة الوزن والتكلفة.

ربط حراري متعدد الشرائح:في وحدات متعددة الرقائق ، يمكن لأجهزة الطاقة المجاورة (GaN HEMT ، ترانزستورات LDMOS) رفع درجة حرارة الناقل المحلي فوق درجة حرارة النظام.عند وضع مكثفات التحويل بالقرب من ترانزستورات الطاقة، حساب لتدرج درجة الحرارة الجانبية عبر الناقلة.50mm) من الفراغ بين مكثف وجهاز الطاقة الجزء الخلفي لتجنب التسخين الموصل المفرط من خلال الناقل.

سعة التيار الحالي للأسلاك المرتبطة:يحتوي سلك ربط ذهبي واحد قطره 25 ميكرومتر على تيار التفاعل حوالي 0.8A DC. بالنسبة لتيارات RF فوق 0.5A RMS ، استخدم سلاسل رابطة موازية ، مما يقلل أيضًا من مساهمة الحثية إلى النصف.عند 1GHz، فإن عمق الجلد في الذهب حوالي 2μm، والقطع العرضي الكامل للأسلاك 25μm يحمل التيار، لذلك تأثير الجلد لا يقلل بشكل كبير من القدرة على تحمل التيار.

تطبيقات نموذجية

• شبكات مطابقة مخرج مكبر الطاقة GaN على SiC حيث تصل درجات حرارة اللوحة الأساسية إلى 85 درجة مئوية ويجب إجراء تبديد المكثف مع ارتفاع الحد الأدنى لدرجة الحرارة
• شبكات تحيز مفاتيح الترددات الراديوية عالية الطاقة في أنظمة التقسيم الزماني المزدوج (TDD) مع دورات عمل عالية لكل فرع
• أجهزة البث اللاسلكي الميكروويفية النقطة إلى النقطة التي تعمل بقدرة خروجا 1-10W CW
• مولدات البلازما الصناعية (13.56 ميغاهرتز، 27.12 ميغاهرتز ISM bands) بمستويات إخراج متعددة المئات
• إزالة إمدادات الطاقة من وحدة T/R المرحلية مع مسارات حرارية مقيدة
• وحدات الراديو عن بعد للبنية التحتية اللاسلكية (RRU) مع تبريد الحمل السلبي في الحجرات الخارجية

ملاحظات عملية التجميع

الجزء الخلفي القياسيتطبيق AuSn قبل الصبغ أو معجون، إعادة تدفق في 300-320 درجة مئوية ذروة في N₂/H₂الغازات التي تتشكل، أو البروكسيد الايبوكسي الموصل المملوء بالفضة (معالجة حسب ملف التصنيع، عادة 150 درجة مئوية لمدة ساعة).الباقي المودع مسبقاً:ضع الشريحة مباشرة على العلبة المصفوفة بالأو، إعادة التدفق دون إضافة لحام أو تدفق.التوصيل بالأسلاك:25μm Au ربط الكرة الحرارية عند 120-150 درجة مئوية، قوة 25-35gf، قوة سحب > 6gf. لتيارات RF > 0.5A RMS، استخدم أسلاك رابطة متوازية 25μm.التفتيش:الأشعة السينية للتحقق من الفراغ في التثبيت، والبصرية لوضع الأسلاك المربطة وسلامة الكعب.

اتصل بنا من أجل θ_{جيه سي}بيانات القياس، تقارير موثوقية دورة الطاقة، أو دعم تكامل العمليات AuSn.