Condensateur MOS Ultra élevé SRF 100pF 25V, substrat en silicium conducteur, mise à la terre directe, puce RF monocouche

Condensateur MOS à fréquence auto-résonante ultra-élevée HACC101S25V500 : 100pF 25V avec substrat de silicium conducteur pour mise à la terre directe

Le HACC101S25V500 est un condensateur MOS monocouche de 100pF ±10% nominal à 25V DC, fabriqué sur du silicium conducteur float-zone (>1000Ω·cm) avec une SiO de 300nm formée thermiquement₂ diélectrique. Les dimensions de la puce sont de 0,50 mm × 0,50 mm × 0,15 mm avec métallisation supérieure TiW-Au (2,5 µm d'or minimum) et backside TiW-Pt-Au (1,0 µm d'or minimum). Cet appareil est conçu pour les applications exigeant la fréquence auto-résonante la plus élevée possible et l'inductance de masse la plus faible grâce à une mise à la terre directe du substrat conducteur. Entièrement personnalisable : capacité de 10pF à 220pF, tensions nominales de 6,3V à 50V, géométries de puce personnalisées et options de métallisation backside alternatives disponibles avec un délai de prototypage de 3 à 4 semaines.

1. Fréquence auto-résonante ultra-élevée grâce à une inductance parasite minimale

La fréquence auto-résonante (SRF) d'un condensateur — la fréquence à laquelle l'inductance série parasite résonne avec la capacité, au-dessus de laquelle le composant se comporte de manière inductive — détermine la fréquence utilisable maximale pour les applications de découplage et de couplage. Le HACC101S25V500 atteint une SRF exceptionnellement élevée grâce à son architecture monocouche et à sa géométrie d'électrode optimisée :

• SRF au niveau de la puce : >10GHz (dé-embedded, sans fil de liaison). Obtenu grâce à un rapport d'aspect d'électrode optimisé et à une longueur de trajet de courant minimisée — substantiellement plus élevée que les condensateurs MOS standard dans la même gamme de capacité.
• SRF du système (fil de liaison de 0,5 mm) : >1,5GHz avec un seul fil d'or de 25 µm. Pour les applications nécessitant une SRF supérieure à 3GHz, deux fils de liaison parallèles divisent par deux l'inductance effective à environ 0,2nH, poussant la SRF du système au-delà de 2,5GHz.
• Comparaison MLCC : Un MLCC typique de 100pF dans un boîtier 0402 a une ESL d'environ 0,4–0,6nH — un ordre de grandeur supérieur à l'ESL intrinsèque de la puce du HACC101S25V500 (<0,03nH). La SRF du MLCC est donc limitée à environ 600–800MHz. Pour les applications au-dessus de 5GHz — y compris le mmWave 5G FR2, la bande Ku/Ka des communications par satellite et le radar automobile — le condensateur MOS monocouche offre un avantage décisif en termes de bande passante utilisable.

2. Substrat de silicium conducteur pour mise à la terre directe

Les condensateurs de puce traditionnels nécessitent un fil de liaison de masse ou un via séparé pour établir la connexion de masse, ajoutant une inductance parasite qui dégrade les performances à haute fréquence. Le HACC101S25V500 exploite la nature intrinsèquement conductrice de son substrat de silicium float-zone pour permettre une mise à la terre directe par le backside :

• Physique du substrat conducteur : Le substrat de silicium float-zone avec une résistivité >1000Ω·cm fournit une conductivité suffisante pour la mise à la terre RF tout en maintenant le facteur Q élevé caractéristique des substrats à faible perte. La métallisation backside TiW-Pt-Au forme un contact à faible résistance avec le silicium, permettant une connexion électrique directe du plan de masse du condensateur au pad de masse du support via l'interface de fixation de la puce.
• Élimination de l'inductance de masse : Dans un assemblage de condensateur de puce conventionnel, le fil de liaison de masse ajoute environ 0,3–0,5nH d'inductance. Pour un appareil de 100pF à 10GHz, cette inductance supplémentaire de 0,5nH augmente l'impédance de l'idéal 0,16Ω à environ 31Ω — une dégradation de 200×. En éliminant le fil de liaison de masse et en acheminant le courant de masse directement à travers le substrat conducteur et l'interface de fixation de la puce, le HACC101S25V500 réduit l'inductance totale du chemin de masse à moins de 0,05nH.
• Interface de masse de fixation de la puce : Lorsqu'il est fixé avec une soudure eutectique AuSn (280°C, gaz de formation), la résistance de contact de masse est inférieure à 5mΩ. L'époxy conducteur argenté (Epotek H20E, durcissement à 120°C) offre une alternative avec une résistance de contact de masse d'environ 10–20mΩ.

3. Optimisation de la conception pour une SRF maximale

Atteindre une SRF au niveau de la puce supérieure à 10GHz nécessite une attention à chaque contributeur à l'inductance parasite :

• Optimisation du rapport d'aspect de l'électrode : Le contour carré de 0,50 mm × 0,50 mm assure une distribution uniforme du courant du pad de liaison au diélectrique, éliminant l'effet d'empilement de courant aux bords de l'électrode qui génère une inductance localisée dans les conceptions d'électrodes rectangulaires ou irrégulières.
• Métallisation or épaisse : L'électrode supérieure en or de 2,5 µm minimum offre une faible résistance surfacique (<30mΩ/sq), minimisant la contribution résistive à l'impédance aux fréquences micro-ondes. À 10GHz, la profondeur de peau dans l'or est d'environ 0,8 µm — l'épaisseur de 2,5 µm garantit que tout le courant RF circule dans la couche d'or à faible résistance.
• Capacité de pad de liaison minimisée : La zone du pad de liaison est optimisée pour équilibrer la fiabilité du fil de liaison (minimum 80 µm × 80 µm pour fil de 25 µm) par rapport à la capacité parasite pad-à-substrat, empêchant une surface excessive de réduire la SRF.

Caractéristiques principales

• Fréquence auto-résonante ultra-élevée : SRF au niveau de la puce >10GHz (dé-embedded), SRF du système >1,5GHz avec un seul fil de liaison de 0,5 mm. Des fils de liaison multi-parallèles ou un ruban de liaison poussent la SRF du système au-delà de 2,5GHz. SRF 20× plus élevée qu'un MLCC 0402 de capacité équivalente.
• Mise à la terre directe par substrat conducteur : Le substrat de silicium float-zone permet une connexion de masse directe par le backside via l'interface de fixation de la puce. Élimine l'inductance du fil de liaison de masse (~0,5nH). Inductance totale du chemin de masse <0,05nH.
• Architecture à ESL ultra-faible : ESL de puce intrinsèque <0,03nH obtenu grâce à un chemin de courant coaxial monocouche, un rapport d'aspect d'électrode optimisé et une métallisation or épaisse. L'ESL est 15–20× plus faible qu'un MLCC de capacité équivalente.
• Stabilité du diélectrique SiO₂: SiO thermique₂ avec un échauffement diélectrique quasi nul (tan δ <0,001 à 1GHz), +35ppm/°C TCC et vieillissement ferroélectrique nul. Pas de chute de capacité sous polarisation DC.
• Plateforme personnalisable : Capacité de 10pF à 220pF sur une plateforme standard de 0,50 mm. Géométries de puce personnalisées (rectangulaires jusqu'à un rapport 4:1), tensions nominales et options de métallisation backside disponibles.

Spécifications électriques (T = 25°C sauf indication contraire)

Applications typiques

• mmWave 5G FR2 (24–52GHz) bloqueurs DC de beamformer à réseau phasé et couplage inter-étages nécessitant une SRF bien au-dessus de la bande de fonctionnement
• Réseaux de dérivation de charge utile bande Ku (12–18GHz) et bande Ka (26–40GHz) des communications par satellite où l'inductance de masse limite directement l'efficacité du découplage
• Réseaux de polarisation MMIC radar automobile (76–81GHz) nécessitant un comportement capacitif quasi idéal sur toute la plage de fréquences de fonctionnement
• DC blocking SERDES haute vitesse (112Gbps PAM4) où l'inductance parasite du condensateur crée des discontinuités d'impédance fermant l'œil
• Réseaux d'adaptation d'amplificateurs de puissance RF au-dessus de 5GHz où la résonance propre des MLCC rend le composant inutilisable
• Applications de dérivation de radio point à point micro-ondes (6–42GHz) où chaque 0,1nH d'inductance de masse dégrade le budget de liaison

Référence rapide d'assemblage

• Fixation de la puce : Soudure eutectique AuSn (300–320°C, gaz N₂/H₂ de formation) pour une résistance de masse et une résistance thermique minimales. Époxy conducteur Ag (Epotek H20E, 120°C/30min) en alternative. La mise à la terre directe par métallisation backside élimine le besoin d'un fil de liaison de masse séparé.
• Liaison par fil : Liaison par boule thermosonique or 25 µm (plaque 120–150°C, force 15–35gf, résistance à la traction >6gf). Pour une SRF >2,5GHz, utiliser deux fils de liaison or parallèles de 25 µm ou un ruban or de 25 µm × 75 µm. Zone d'atterrissage du fil ≥25 µm du bord de l'électrode.
• Stockage : Emballage waffle ou gel-pak, scellé sous vide avec purge à l'azote. Durée de vie illimitée MSL 1. Stocker à 20–25°C, 40–60% HR.

Commande et configuration personnalisée

Le produit standard est livré sous forme de puces carrées de 0,50 mm × 0,50 mm dans des emballages waffle conducteurs. Les configurations personnalisées suivantes sont disponibles sur demande avec des quantités minimales de commande commençant généralement à 10 pièces :

• Valeurs de capacité personnalisées dans la plage 10pF–220pF sur la plateforme standard de 0,50 mm
• Géométries de puce rectangulaires jusqu'à un rapport d'aspect de 4:1
• Tensions nominales non standard de 6,3V à 50V DC
• Métallisation backside alternative : or uniquement (pour AuSn eutectique dédié), pré-dépôt AuSn (3–5 µm), ou Al pour des flux de processus spécifiques
• Emballage gel-pak ou bande et bobine pour assemblage automatisé

Contactez-nous avec vos spécifications cibles pour une évaluation de faisabilité, une estimation du délai et un devis. Les échantillons d'évaluation standard de 100pF sont expédiés sous 1 à 2 semaines. Les configurations personnalisées avec un délai de prototypage de 3 à 4 semaines.