مكثفات CTE المتطابقة MOS ذات معامل جودة عالي جدًا SRF 15V مكثف أحادي الطبقة رقاقة للدوائر الميكروية الهجينة

مكثف MOS متطابق معامل التمدد الحراري HACC101S15V500 100pF 15V فائق الارتفاع SRF أحادي الطبقة للشريحة للدوائر المتكاملة الهجينة

مكثف MOS متطابق CTE HACC101S15V500: 100pF 15V مع تردد رنين ذاتي فائق الارتفاع وخيارات خلفية مزدوجة

إن HACC101S15V500 هو مكثف MOS أحادي الطبقة بسعة 100pF ±10% مصنف بجهد 15 فولت تيار مستمر، ومصنع على سيليكون منطقة عائمة (>1000 أوم.سم) مع طبقة عازلة SiO2 حرارية بسمك 300 نانومتر. عازلة. أبعاد الشريحة هي 0.50 مم * 0.50 مم * 0.15 مم مع طبقة معدنية علوية TiW-Au (2.5 ميكرومتر Au كحد أدنى). يتوفر الجانب الخلفي في تكوينين: TiW-Pt-Au قياسي لكل من اللحام اليوتكتيكي وتثبيت الشريحة بالإيبوكسي الموصل، أو طبقة نهائية اختيارية من الذهب فقط محسّنة لترطيب الإيبوكسي المملوء بالفضة.

1. مطابقة معامل التمدد الحراري في التجميعات الهجينة

الإجهاد الحراري الميكانيكي هو سبب رئيسي لفشل المكثفات في الدوائر المتكاملة الهجينة المعرضة لدورات درجة الحرارة. يؤدي عدم تطابق معامل التمدد الحراري (CTE) بين شريحة المكثف وركيزة الحامل إلى توليد إجهاد قص في خط ربط الشريحة أثناء كل تغير في درجة الحرارة. يقلل HACC101S15V500 هذا الإجهاد من خلال اختيار المواد:

• معامل التمدد الحراري للسيليكون (2.6 جزء في المليون/درجة مئوية): يمتلك السيليكون أحادي البلورة معامل تمدد حراري يبلغ 2.6 جزء في المليون/درجة مئوية عند 300 كلفن، مما يجعله مطابقًا ممتازًا لمعامل التمدد الحراري للمواد الحاملة الشائعة المستخدمة في الدوائر الهجينة للترددات الراديوية والميكروويف. ينتج الألومينا (Al2O3، 6.7 جزء في المليون/درجة مئوية) عدم تطابق في معامل التمدد الحراري يبلغ 4.1 جزء في المليون/درجة مئوية - أي ما يقرب من نصف عدم التطابق لمكثف سيراميك تيتانات الباريوم النموذجي (معامل التمدد الحراري ~10 جزء في المليون/درجة مئوية) على نفس الحامل. نيتريد الألومنيوم (AlN، 4.5 جزء في المليون/درجة مئوية) مطابق بشكل أفضل عند فرق 1.9 جزء في المليون/درجة مئوية. للحصول على أقل إجهاد، يمكن صياغة مركبات النحاس والموليبدينوم (CuMo، 7-9 جزء في المليون/درجة مئوية) والنحاس والتنجستن (CuW، 6-9 جزء في المليون/درجة مئوية) لتقترب من معامل التمدد الحراري للسيليكون مع الحفاظ على موصلية حرارية عالية. حتى مع المطابقة الوثيقة لمعامل التمدد الحراري، يتطور إجهاد قص محدود عبر واجهة ربط الشريحة أثناء دورات درجة الحرارة. يتناسب مقدار الإجهاد مع Δα * ΔT * Eattach * (طول الشريحة / سمك خط الربط)، حيث Δα هو عدم التطابق في معامل التمدد الحراري، ΔT هو نطاق درجة الحرارة، و Eattach هو معامل المرونة لمادة ربط الشريحة. اللحام اليوتكتيكي AuSn (E ≈ 70 جيجا باسكال) صلب نسبيًا ويستفيد أكثر من المطابقة الوثيقة لمعامل التمدد الحراري. الإيبوكسي الموصل (E ≈ 5-10 جيجا باسكال) أكثر مرونة ويمكنه تحمل عدم تطابق أكبر في معامل التمدد الحراري دون انفصال، ولكن بتكلفة مقاومة حرارية أعلى._{تأهيل دورات درجة الحرارة:} تم اختبار الشرائح المجمعة على حوامل الألومينا مع ربط AuSn من خلال 500 دورة من -65 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية (ΔT = 215 درجة مئوية) دون ملاحظة انفصال بواسطة المجهر الصوتي الماسح (SAM) وتحت 2% تحول في السعة. يتم تمكين هذا الأداء من خلال عدم التطابق المنخفض بطبيعته في معامل التمدد الحراري لنظام المواد سيليكون على سيراميك.
• 2. تردد رنين ذاتي فائق الارتفاع من خلال الحد الأدنى من الحث الطفيلييحدد تردد الرنين الذاتي (SRF) للمكثف - التردد الذي يرن فيه الحث التسلسلي الطفيلي مع السعة، وفوقه يتصرف المكون بشكل حثي - أقصى تردد قابل للاستخدام لتطبيقات التجاوز والاقتران. يحقق HACC101S15V500 تردد رنين ذاتي فائق الارتفاع من خلال بنيته أحادية الطبقة:_{زيادة تردد الرنين الذاتي:} بالنسبة لقيمة 100pF مع حث شريحة داخلي أقل من 0.05 نانوهنري، يحدث الرنين الذاتي على مستوى الشريحة عند fSRF = 1/(2π√(LC)) ≈ 1/(2π√(0.05*10⁻⁹ * 100*10⁻¹²)) ≈ 2.25 جيجاهرتز للشريحة وحدها. ومع ذلك، في التجميع العملي، يهيمن حث سلك الربط (حوالي 0.35 نانوهنري لسلك Au بطول 0.5 مم وقطر 25 ميكرومتر). ثم يكون تردد الرنين الذاتي للنظام تقريبًا 1/(2π√(0.4*10⁻⁹ * 100*10⁻¹²)) ≈ 800 ميجاهرتز - لا يزال ضمن النطاق القابل للاستخدام للعديد من تطبيقات الترددات الراديوية._{زيادة تردد الرنين الذاتي:} للتطبيقات التي تتطلب تردد رنين ذاتي أعلى من 2 جيجاهرتز، تقلل أسلاك الربط المتوازية المتعددة الحث الفعال بشكل نسبي. يقلل سلكان متوازيان من الحث إلى النصف إلى حوالي 0.2 نانوهنري، مما يحول تردد الرنين الذاتي إلى حوالي 1.1 جيجاهرتز. تقلل ثلاثة أسلاك منه أكثر إلى حوالي 0.13 نانوهنري، مع تردد رنين ذاتي يقارب 1.4 جيجاهرتز. يوفر ربط الشريط (على سبيل المثال، شريط ذهبي 25 ميكرومتر * 75 ميكرومتر) بديلاً لاتصال منخفض الحث بحوالي 0.2 نانوهنري/مم - أي ما يقرب من نصف حث سلك مستدير ذي مقطع عرضي مكافئ.
• مقارنة مع MLCC: مكثف MLCC نموذجي بقيمة 100pF في عبوة 0402 له حث داخلي يبلغ حوالي 0.4-0.6 نانوهنري - أعلى بمرتبة واحدة من حث الشريحة الداخلي لـ HACC101S15V500. لذلك، يقتصر تردد الرنين الذاتي لمكثف MLCC على حوالي 600-800 ميجاهرتز حتى قبل النظر في الحث الإضافي لمسارات لوحة الدوائر المطبوعة والفياضات. للتطبيقات التي تزيد عن 1 جيجاهرتز، يوفر مكثف MOS أحادي الطبقة ميزة واضحة في عرض النطاق الترددي القابل للاستخدام.

3. خيارات التعدين الخلفي المحسّنة لطرق ربط الشريحة المختلفة

يؤثر التعدين الخلفي بشكل مباشر على جودة ربط الشريحة، والمقاومة الحرارية، والموثوقية طويلة الأمد. يوفر HACC101S15V500 تكوينين خلفيين لمطابقة عملية تجميع العميل:

• خلفية TiW-Pt-Au قياسية: طبقة التصاق/حاجز TiW بسمك 100 نانومتر، تليها طبقة حاجز من البلاتين (Pt) بسمك 100 نانومتر، مع طبقة خارجية من الذهب بحد أدنى 1.0 ميكرومتر. طبقة Pt الحاجزة ضرورية لتطبيقات الإيبوكسي المملوء بالفضة: بدونها، يمكن لأيونات الفضة من الإيبوكسي الانتشار إلى طبقة الذهب وتكوين مركبات بينية من الذهب والفضة عند درجات حرارة مرتفعة، وهي هشة ويمكن أن تقلل قوة قص الشريحة بمرور الوقت. طبقة Pt خاملة كيميائيًا لكل من الذهب والفضة، وتعمل كحاجز انتشار فعال. بالنسبة لربط اللحام اليوتكتيكي، تذوب الطبقة الخارجية من الذهب في لحام AuSn أثناء إعادة التدفق، مما يكشف عن طبقة Pt الحاجزة التي تظل سليمة وتمنع اللحام من الوصول إلى طبقة الالتصاق TiW._{خلفية من الذهب فقط (اختياري):} للعملاء الذين يستخدمون لحام AuSn اليوتكتيكي حصريًا، تتوفر خلفية من الذهب فقط (بدون Pt أو TiW، سمك الذهب 2.5 ميكرومتر كحد أدنى). توفر طبقة الذهب السميكة حجمًا إضافيًا قابلًا للحام لعملية إعادة تدفق AuSn، مما يضمن ترطيبًا كاملاً حتى لو تم استهلاك بعض الذهب عن طريق الذوبان في اللحام المنصهر. لا يُنصح بهذا الخيار لربط الإيبوكسي بسبب عدم وجود حاجز انتشار Pt.
• تحضير السطح والترطيب: الأسطح الذهبية عرضة للتلوث العضوي من التعرض للهواء، مما قد يؤدي إلى تدهور ترطيب اللحام. يتم تعبئة الشرائح فورًا بعد ترسيب الجانب الخلفي في أكياس حاجز رطوبة محكمة الغلق بالفراغ. للحصول على أفضل النتائج، يجب إجراء ربط الشريحة في غضون 72 ساعة من فتح العبوة المغلقة. في حالة التعرض الممتد، فإن تنظيفًا قصيرًا بالبلازما الأكسجينية (50 واط، 30 ثانية) يعيد السطح الذهبي إلى حالة قابلة للترطيب دون إتلاف التعدين.
• الميزات الرئيسيةمطابقة مثالية لمعامل التمدد الحراري:

معامل التمدد الحراري للسيليكون البالغ 2.6 جزء في المليون/درجة مئوية يطابق عن كثب الألومينا (6.7)، AlN (4.5)، CuMo (7-9)، وحوامل CuW (6-9). 500 دورة حرارية (-65 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية) مع تحول أقل من 2% في السعة وعدم وجود انفصال يمكن اكتشافه بواسطة SAM.

تردد رنين ذاتي فائق الارتفاع:

• حث شريحة داخلي أقل من 0.05 نانوهنري ينتج تردد رنين ذاتي على مستوى الشريحة أعلى من 2.2 جيجاهرتز لسعة 100pF. أسلاك الربط المتوازية أو ربط الشريط تدفع تردد الرنين الذاتي للنظام إلى ما فوق 1 جيجاهرتز. حث داخلي أقل بـ 10 مرات من مكثف MLCC ذي السعة المكافئة في عبوة 0402.خيارات تعدين خلفية مزدوجة:
• TiW-Pt-Au للتوافق العالمي مع الإيبوكسي واللحام مع حاجز انتشار Pt. خيار الذهب فقط لخطوط ربط AuSn اليوتكتيكي المخصصة مع حجم لحام معزز.عازل SiO2:
• أكسيد حراري مع انخفاض سعة صفري عند انحياز تيار مستمر، tan δ أقل من 0.001 عند 1 جيجاهرتز، و +35 جزء في المليون/درجة مئوية TCC.تم اختباره على مستوى الرقاقة:

100% اختبار مسبار تيار مستمر للسعة، التسرب عند الجهد المقنن، وجهد الانهيار قبل التقطيع.

• المواصفات الكهربائية (T = 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك)المعلمة
• القيمةالشرط
• السعة100pF ±10%
• 1 ميجاهرتز، 1.0 فولت RMS±10% (K)، ±5% (J)—
• جهد التيار المستمر المقنن15V

مستمر

7.0