MOS-condensatoren met bijna nul-inductabiliteit Eénlaag 30V 100 pF-condensatorchip voor breedbandradiocircuits

MOS-capacitor met bijna-nul-inductabiliteitsgehalte HACC101S30V101 100pF 30V-single-layer-chip voor breedband-RF-microgolfcircuits

HACC101S30V101 enkellagige MOS-capacitor: laag-inductievermogen, microfoonvrij 100 pF voor GHz-circuits

De HACC101S30V101 is een 100pF ±10% enkellagige MOS-capacitor met een nominale stroom van 30 V, gebouwd op een vloei-zone siliciumsubstraat (> 1000Ω·cm) met 300 nm thermische SiO₂Dielektrische chips met een afmeting van 0,50 mm * 0,50 mm * 0,15 mm met een minimale goudmetallisering van 2,5 μm boven en een minimale gouden achterkant van 1,0 μm.Het is geoptimaliseerd voor toepassingen boven 1 GHz waar parasitaire reeksinductiviteit, trillingsgeïnduceerd lawaai en capaciteitsverspreiding van eenheid tot eenheid bepalen rechtstreeks de prestaties op systeemniveau.

1. Hoe eenlaagse constructie sub-0.05nH ESL bereikt

In een meerlagige keramische condensator (MLCC) ontstaat de gelijkwaardige serie-inductiviteit (ESL) in een condensator uit de magnetische stroom die door de stroomlus door het apparaat wordt ingesloten.elk interne elektrodepaar vormt een stroomlusHet resultaat is ESL dat slecht schaalt met zowel laaggetal als chiplengte.

De enkellagige MOS-structuur elimineert dit mechanisme:

• Alleen verticaal stroompad:Stroomstromen van de bovenste goudelektrode, verticaal door de SiO₂In het geval van een elektrische splijtstof wordt de elektrische splijtstof door een dielektrische splijtstof naar het siliciumsubstraat gelegd en door de achterkant van de splijtstof naar buiten geleid.
• Dielectrische dikte versus inductantie:De 300nm SiO₂Op deze schaal wordt de bijdrage van de magnetische stroom uit het dielectrische gebied gedomineerd door de banddraad en de buitenste schakelgeometrie.
• Gemeten ESL-waarden:Voor een 0,50 mm chip met een enkele 25 μm diameter, 0,5 mm lange goudbanddraad, is de totale lusinductiviteit ongeveer 0,4 nH.5 mm van 25 μm Au draad) laat een intrinsieke chip ESL onder 0Met meerdere parallelle banddraden, schaalt de effectieve ESL ongeveer als 1/N.
• Praktische consequentie:Bij 100 pF vindt de serie-resonantie met 0,05nH ESL plaats boven 2,2 GHz, maar de intrinsieke chip ESL is laag genoeg dat de door de gebruiker gecontroleerde banddraadinductiviteit domineert.Het geeft de circuitontwerper directe controle over de resonantiefrequentie door middel van selectie van de lengte van de banddraad.

2Materiële basis voor piezo-elektrische reactie

The microphonic effect in capacitors occurs when mechanical strain induces a voltage through either the direct piezoelectric effect (strain → polarization) or through dimensional changes in the dielectric (strain → capacitance modulation)Beide mechanismen zijn afhankelijk van de kristallografische structuur van het dielektrische materiaal.

SiO in warmtegewas₂is vrij van beide effecten:

• Amorfe structuur:In tegenstelling tot kristallijne kwarts (die piezo-elektrisch is) of ferro-elektrisch BaTiO₃(die zowel piezoelektrisch als elektrostrictief is), amorfe SiO₂Piëzo-elektrisch vermogen vereist een niet-centrosymmetrische kristalstructuur, een voorwaarde die het willekeurige atoomnetwerk van amorfe silica niet kan vervullen.
• Geen ferro-elektrische domeinen:Bariumtitanat (BaTiO)₃) in condensatoren X7R en X5R zijn hoge dielectrische constante ontleent aan de beweging van de domeinwand, de heroriëntatie van Ti⁴⁺Dit mechanisme is inherent niet-lineair, hysteretisch en mechanisch gekoppeld.₂heeft een dielectrische constante van ongeveer 3,9 zonder ferro-elektrische component, waardoor een perfect lineaire C-V-kenmerken van 0V tot nominale spanning.
• Elektrostrictievergelijking:Alle dielectrieken vertonen een zekere elektrostrictie (de spanning is evenredig met het vierkant van het elektrisch veld), maar het effect in SiO₂De elektrostrictieve coëfficiënt van thermische SiO₂is lager dan 10^{- 22.}m2/V2, vergeleken met ongeveer 10^-16m2/V2 voor BaTiO₃Een factor van een miljoen verschil.

3. Beheersing van het proces op waferniveau voor eenvormige capaciteit

De consistentie van de capaciteitswaarde in een productiepartij is afhankelijk van twee factoren: de uniformiteit van de dielectrische dikte en de definitie van het elektrodegebied.

• Droge thermische oxidatie:Siliciumwafers worden geoxideerd in een kwartsoven bij 950-1050 °C in een droge O₂De Deal-Grove oxidatie kinetiek produceert zelfbeperkende groei.waarbij de variatie in de dikte van de oxide over een wafer van 150 mm meestal minder dan ± 2% bedraagt (gemeten door middel van spectroscopische ellipsometrie op 49 punten per wafer).
• Elektrode-lithografie:De bovenste goudelektrode wordt gedefinieerd door een opheffingsproces met behulp van contactfotolitografie.De variatie van het elektrodegebied wordt gecontroleerd door de kritische dimensie (CD) tolerantie van het lithografie-masker van ± 1 μm op een nominale elektrode-dimensie van 400 μm, die minder dan ±0,5% bijdragen aan de variatie van de capaciteit.
• 100% gelijkstroomtest op waferniveau:Elke condensatorplaats op elke wafer wordt geprobeerd op capaciteit bij 1 MHz, lekstroom bij nominale spanning en afbreekspanning.De partij wordt geaccepteerd op basis van een minimale proefopbrengst van 95%.
• TiW-aansluiting en barrièrelaag:Een dunne TiW (titanium-wolfram, meestal 100 nm) laag wordt tussen het silicium/SiO afgezet.₂Deze laag heeft drie functies: adhesie bevordering (het voorkomen van delaminatie van goud tijdens de draadbinding),diffusiebarrière (het blokkeren van silicium-goud interdiffusie bij verhoogde temperaturen), en stroomverspreiding (vermindering van de lokale stroomdichtheid op obligatiesites).

4. RF-prestatiekenmerken

Metingen van de S-parameter van het kleine signaal (1-20 GHz, GSG-sonde, kalibratie met korte open-load-through) op de HACC101S30V101 geven de volgende typische prestaties:

• Q-factor:> 2000 bij 1MHz, > 300 bij 1GHz, > 80 bij 5GHz._s) trend, waarbij R_somvat zowel ESR-verliezen als door het substraat veroorzaakte verliezen.Het hoogresistiviteitsfloat-zone-substraat (> 1000Ω·cm) minimaliseert draaikolstromen die anders Q in standaard Czochralski-siliciumsubstraten zouden degraderen.
• Invoegverlies:De serieverbinding (twee poorten) is minder dan 0,1 dB tot en met 6 GHz voor een 50Ω-systeem, waardoor de condensator geschikt is voor toepassingen met lage verliezen en DC-blokkering.
• Serie-resonantie:Met een 0,5 mm banddraad produceert de totale inductantie van ~ 0,4 nH een serie-zelfresonantie bij ongeveer 800 MHz voor de waarde van 100 pF.Dit is goed gekarakteriseerd en kan worden verschoven door de banddraadgeometrie aan te passen, een vrijheidsgraad die niet beschikbaar is met discrete verpakt condensatoren.

Belangrijkste kenmerken

• Bijna nul intrinsieke inductance:Chip ESL onder 0,05nH. Systeminductiviteit gedomineerd door door de gebruiker gecontroleerde banddraad, die afstembare zelfresonantie biedt.
• Nul piezo-elektrische uitgang:Amorfe SiO₂dielectrisch zonder piezo-elektrische coëfficiënt.gecontroleerd door trillingsonderzoek volgens methode 204 van MIL-STD-202 (geen meetbare uitgang boven de geluidsgrens bij piekversnelling van 10 g), 20Hz-2kHz sweep).
• Hoogcapaciteitsuniformiteit:±2% gelijkheid van de oxide-dikte in combinatie met ±1 μm-elektrode-CD-controle. ±10% standaardtolerantie, ±5% beschikbaar. Geen DC-biascapaciteitsvermindering.
• TiW-Au-metallisatiesysteem:100 nm TiW-barrière/adhesieschaal + 2,5 μm minimale gouden bovenste elektrode. Bondtreksterkte >6gf voor 25 μm Au-draad. Achterkant: TiW-Pt-Au met Pt-barrière voor zilveren epoxy-compatibiliteit.
• Substraat met hoge resistiviteit:Float-zone silicium met een weerstand van > 1000Ω·cm minimaliseert RF-verliezen op het substraat, waardoor Q > 300 bij 1 GHz mogelijk is.

Elektrische specificaties (T = 25°C, tenzij vermeld)

Richtlijnen voor het ontwerp van toepassingen

VCO- en PLL-circuits:The absence of piezoelectric response makes the HACC101S30V101 suitable for oscillator tank circuits where mechanical vibration would otherwise modulate the capacitance and appear as phase noise sidebandsIn een typische 2GHz VCO met een 100pF tankcondensator produceert een piezo-elektrische gevoeligheid van 1ppm/g (typisch voor X7R) een door trillingen geïnduceerde frequentiemodulatie van 2kHz/g.De HACC101S30V101 elimineert dit mechanisme op componentniveau.

Breedband bypass:Voor een ontkoppeling van de voeding boven 1 GHz moet de chip zo dicht mogelijk bij het actieve apparaat worden gemonteerd.5 mm banddraad van de condensator bovenste elektrode naar het apparaat pad produceert een serie resonantie frequentie in de buurt van 800MHz met de 100pF waarde.Boven deze frequentie lijkt de condensator inductief, maar de inductantiewaarde is de goed gecontroleerde banddraadinductie, niet een onbekende interne ESL.gebruik twee parallelle band draden om de effectieve inductance te halveren en verdubbelen van de serie resonantie frequentie.

LNA-matching:De Q > 300 bij 1 GHz zorgt ervoor dat de condensator een verwaarloosbaar verlies levert aan inputmatching netwerken.Gebruik de condensator als serie-element (DC-blok) of shunt-element, afhankelijk van de impedantietransformatieverhouding.

Vergadering

Die attach: eutectic AuSn (320°C piek, N₂H.₂Draadbinding: 25 μm Au thermosonische kogelbinding (120-150 °C fase, 25-35 gf binding kracht, > 6 gf trekkracht) of 25 μm Al ultrasone wigbinding bij kamertemperatuur.ESD-klasse 0 (HBM).

Neem contact met ons op voor gemeten S-parametergegevens, C-V-kaarten op waferniveau, trillingstestrapporten of aangepaste capaciteitswaarden op het 0,50mm-platform.