Hoge thermische geleidbaarheid MOS condensatoren AuSn Achterzijde 20V High Density Capacitor Single Layer RF Power Chip

AuSn Achterzijde MOS-capacitor HACC101S20V101 100pF 20V Hoog warmtegeleidingsvermogen eenlaagse RF-krachtchip

HACC101S20V101 MOS-capacitor met thermisch ontwerp: 100pF 20V met AuSn achterzijde voor RF-toepassingen met vermogen

De HACC101S20V101 is een 100pF ± 10% enkellagige MOS-capacitor met een nominale stroom van 20 V, vervaardigd op silicium (> 1000Ω·cm) met een thermische SiO van 300 nm₂De afmetingen van de chip zijn 0,50 mm * 0,50 mm * 0,15 mm met TiW-Au bovenste metallisatie (minimaal 2,5 μm Au) en TiW-Pt-Au achterzijde (minimaal 1,0 μm Au).Een optionele 80Au/20Sn eutectic pre-deposition laag (3-5μm dik) is aan de achterzijde beschikbaar voor klanten die fluxvrije eutectic die attach processen gebruiken..

1. Natuurkunde van de thermische weerstand in chipcondensatoren

Begrip van de thermische weerstand van de verbinding met de drager (θ_JCDe totale thermische weerstand in een chipcondensator moet worden geanalyseerd._JCheeft drie hoofdonderdelen:

• Verspreidingsweerstand in het siliciumsubstraat (R_verspreiding):Warmte gegenereerd in de SiO₂De dielectrische en bovenste elektrode moeten zich door het 150 μm grote siliciumsubstraat verspreiden om de achterkant te bereiken.De thermische geleidbaarheid van silicium van 148 W/m·K bij 300 K geeft een verspreidingsweerstand van ongeveer 8 K/W voor eenDit is de dominante term in θ_JCTer vergelijking: een aluminium substraat (24 W/m·K) zou ongeveer 60 K/W·a 7,5* penalty bijdragen, wat verklaart waarom dunne filmcondensatoren op keramische dragers inherent een hoger θ hebben._JCdan silicium MOS condensatoren.
• Metallisatie aan de achterzijde en grenswerendheid (R_Interface):De 1,0 μm gouden achterzijde heeft een verwaarloosbare bulk thermische weerstand (~ 0,001 K/W).^-8Het vermogen van de microchip is ongeveer 0,4 m2·K/W, met een bijdrage van minder dan 0,04 K/W voor het chipgebied van 0,25 mm2.
• Verwijderingslijnen_aanhangsel):Dit is de meest variabele term en is sterk afhankelijk van de materiaalkeuze. Voor een 5 μm dikke bandlijn: AuSn eutectic (57 W/m·K) levert ~0,35 K/W; zilver geleidende epoxy (5 W/m·K typisch) levert ~4 K/W;standaard PbSn soldeer (50 W/m·K) -opbrengsten ~0De AuSn-pre-deposito-optie zorgt voor een gecontroleerde, dunne, lege bandlijn die deze termijn minimaliseert.

Het gemeten totaal θ_JCvoor een 0,50 mm chip met AuSn bevestigd aan een CuMo-drager is minder dan 30 K/W, wat overeenkomt met de som van deze drie bijdragen plus een kleine marge voor meetonzekerheid en bandlijnvoiding.

2. RF Power Derating Methodologie en betrouwbaarheid

De HACC101S20V101 is gekenmerkt door het ondersteunen van een geïnformeerde afschrijving.:

• Vermindering van de spanning:Voor RF-toepassingen is de piekspanning (V) van de elektrische spanning (V) van de spanning (V) van de spanning (V) van de spanning (V) van de spanning (V) van de spanning (V) van de spanning (V)._hoogtepunt= V_{DC_bias}+ V_{RF_amplitude}In een 50Ω-systeem zonder gelijkstroomverschillen komt dit overeen met 4W CW RF-vermogen (V_hoogtepunt= √(2PR) = √(2*4*50) = 20V. Voor gemoduleerde signalen met een piek-gemiddelde verhouding van 8-10dB (typisch voor 5G OFDM) kan het gemiddelde vermogen bij dezelfde piekspanningsgrens 6-10* lager zijn,of ongeveer 0.4-0.7W gemiddeld.
• Stroomvermindering:De ESR bij 1 GHz is meestal onder 0,1Ω. Bij 0,5A RMS (12,5W in 50Ω) is I2R verwarming 25mW. Met θ_JC< 30 K/W veroorzaakt dit een temperatuurverhoging van de verbinding van minder dan 0,75°C boven de drager, verwaarloosbaar voor de meeste toepassingen.5°C stijging) ligt binnen het veilige werkgebied..
• Temperatuurdaling:Bij een dragertemperatuur van 85°C (typisch voor de pallets van de stationsversterker) bedraagt de toegestane temperatuurstijging 40°C.met een maximale vermogensafvoer van 1.3W (θ_JC* ΔT = 30 * 40 = 1,2 W, met conservatieve afronding). Dit is veel hoger dan de typische dissipatie in elke praktische bypass- of DC-bloktoepassing.
• Betrouwbaarheid van de motorcyclus:Een herhaalde thermische cyclus door vermogensafvoer kan vermoeidheid veroorzaken in de die-attach-bindingslijn._J= 40°C, periode van 30 seconden) toonde minder dan 10% toename van θ_JCDe ductiele AuSn-legering herstelt de cyclische spanning door middel van creep-relaxatie zonder lege coalescentie of delaminatie.

3. AuSn Eutectische metallurgie en procesintegratie

Het 80Au/20Sn eutectische systeem (smeltpunt 280°C) wordt veel gebruikt in hybride assemblage met hoge betrouwbaarheid.

• Fase samenstelling:De euctische microstructuur bestaat uit een fijn lamellair mengsel van de Au₅Sn (ζ-fase) en AuSn (δ-fase) intermetalen verbindingen. Beide fasen zijn thermodynamisch stabiel en ondergaan geen significante microstructurele ruwheid tijdens langdurige werking bij hoge temperatuur.De Au₅Sn-fase zorgt voor mechanische sterkte, terwijl de AuSn-fase bijdraagt aan de ductiliteit.
• Kwaliteitscontrole voorafgaand aan de deponering:De 3-5 μm AuSn-laag op de achterzijde van de chip wordt afgezet door thermische verdamping met een dikte-uniformiteit van ± 10% over een wafer.De samenstelling wordt geverifieerd door middel van röntgenfluorescentie (XRF) op getuigenmonsters van elke afzettingDe Au:Sn-gewichtsverhouding wordt gereguleerd tot 80:20 ±2% om een eutectisch smeltgedrag te garanderen zonder een breed pastig bereik.
• Procesvenster voor terugstroom:De maximale terugstroomtemperatuur moet 300-320°C zijn (20-40°C boven het eutectische punt van 280°C).₂/ 5% H₂Het waterstofgehalte in het vormingsgas vermindert alle inheemse tinmonoxide op het vooraf afgezette oppervlak.De zuurstofconcentratie in de terugstroomkamer dient onder de 10 ppm te blijven..
• Intermetallische vorming op de gouden interface:Tijdens de terugstroom lost de vloeibare AuSn eutectic een kleine hoeveelheid goud op van zowel de achterzijde van de chip als het substraatpad, waardoor de samenstelling licht naar de goudrijke kant van de eutectic verschuift..Dit resulteert in een dunne laag primaire Au₅Sn op beide interfaces na verharding, waardoor de binding daadwerkelijk wordt versterkt.dus de totale gouddikte op beide paringsoppervlakken wordt in rekening gebracht bij het procesontwerp.

Belangrijkste kenmerken

• Superieure warmtegeleiding:148 W/m·K siliciumsubstraat minimaliseert de verspreidingsweerstand (8 K/W). AuSn-bindingslijn bij 57 W/m·K biedt 10* lagere thermische weerstand dan geleidende epoxy._JCminder dan 30 K/W. 100k vermogen cycli met minder dan 10% θ_JCde degradatie.
• Hoog RF-vermogen:20V gelijkstroom met >100V storing (5:1 marge). ESR <0,1Ω@1GHz beperkt I2R-verwarming tot minder dan 50mW bij 1A RMS. Maximale verbindingstemperatuur van 125°C maakt 1,2W dissipatie mogelijk bij 85°C drager met AuSn-aanhangsel.
• AuSn Voordepositie Achterkant:3-5μm 80Au/20Sn euctische laag, ±10% dikte-uniformiteit, XRF-samenstelling geverifieerd.₂H.₂. gesneden scheerkracht > 2,5 kgf. minder dan 5% leeg oppervlak bij röntgenonderzoek.
• SiO₂Dielectrische stabiliteit:Bijna nul dielektrische verwarming (tan δ < 0,001@ 1GHz).
• Bijna nul ESL:Intrinsieke chip ESL onder 0,05nH, SRF > 8 GHz voor een waarde van 100 pF.

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

Thermische ontwerpgids

Selectie van dragermateriaal:Het dragermateriaal onder de chip heeft een aanzienlijke invloed op de totale thermische weerstand van de verbinding tot de omgeving.160-180 W/m·K) biedt de beste combinatie van CTE-match met silicium en thermische geleidbaarheidAlN-keramiek (4,5 ppm/°C CTE, 170 W/m·K) is een alternatief voor alumina-compatibele processen.180-200 W/m·K) biedt een iets hogere geleidbaarheid bij verhoogd gewicht en kosten.

met een vermogen van meer dan 50 W;In multichipmodules kunnen aangrenzende vermogenstoestellen (GaN HEMT's, LDMOS-transistors) de lokale dragertemperatuur ver boven de omgeving van het systeem verhogen.Bij het plaatsen van bypasscondensatoren in de buurt van vermogenstransistorenEen conservatieve richtlijn is om ten minste één chipbreedte (0,5 mm) te behouden.50 mm) afstand tussen de condensator en de achterkant van het voedingsapparaat om overmatige geleidende verwarming door de drager te voorkomen.

Bonddraadstroomcapaciteit:Voor RF-stromen boven 0,5 A RMS, gebruik twee parallelle banddraden, die ook de inductance bijdrage halveert.Bij 1 GHz, is de diepte van de huid in goud ongeveer 2 μm – de gehele 25 μm draad doorsnede draagt stroom, dus het effect van de huid vermindert het stroomdragend vermogen niet aanzienlijk.

Typische toepassingen

• Netwerken voor het matchen van de uitgang van de GaN-op-SiC-versterker waarbij de temperatuur van de basisplaat 85°C bereikt en de condensatorverspilling moet worden uitgevoerd met een minimale temperatuurstijging
• RF-switch bias-netwerken met een hoog vermogen in tijdverdelings-duplexsystemen (TDD) met een hoge werkcyclus per tak
• Microwave punt-tot-punt radiozenders met een uitgangsvermogen van 1 tot 10 W CW
• industriële RF-plasmageneratoren (ISM-banden 13,56 MHz en 27,12 MHz) met uitgangsstadia van meer dan honderd watt
• Fase-array T/R-module met ontkoppeling van stroomvoorziening met beperkte thermische paden
• Draadloze infrastructuur-afstandsradiozenders (RRU's) met passieve convectie-koeling in buitenruimtes

Notities van het assemblageproces

Standaard achterzijde:Aanbrengen van AuSn soldeerpreform of -pasta, terugstromen bij 300-320°C piek in N₂H.₂als alternatief zilver gevulde geleidende epoxy (harding per fabrikantprofiel, meestal 150 °C gedurende 1 uur).AuSn vooraf ingelegde achterkant:Plaats de chip rechtstreeks op het Au-geplatte pad, terugstroom zonder extra soldeer of flux.Draadbinding:25 μm Au thermosonische bolbinding bij 120-150 °C, 25-35gf kracht, > 6gf treksterkte.Inspectie:Röntgenfoto's voor het controleren van de leegte, optische voor de plaatsing van de banddraad en de integriteit van de hiel.

Neem contact met ons op voor θ_JCmeetgegevens, rapportages over de betrouwbaarheid van de vermogen cyclus of ondersteuning voor AuSn-procesintegratie.