Ultrahoher SRF 100pF 25V MOS-Kondensator, leitfähiges Siliziumsubstrat, direkt geerdeter einschichtiger HF-Chip

HACC101S25V500 Ultra-Hoch-Selbstresonanzfrequenz MOS-Kondensator: 100pF 25V mit leitfähigem Siliziumsubstrat für direkte Erdung

Der HACC101S25V500 ist ein einlagiger MOS-Kondensator mit 100pF ±10% und einer Nennspannung von 25V DC, gefertigt auf leitfähigem Float-Zone-Silizium (>1000Ω·cm) mit einer 300nm thermisch gewachsenen SiO₂ Dielektrikum. Die Chipabmessungen betragen 0,50 mm × 0,50 mm × 0,15 mm mit TiW-Au-Top-Metallisierung (mindestens 2,5 µm Au) und TiW-Pt-Au-Rückseite (mindestens 1,0 µm Au). Dieses Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die die höchstmögliche Selbstresonanzfrequenz und die geringste Masseinduktivität durch direkte leitfähige Substratmasse erfordern. Vollständig anpassbar: Kapazität von 10pF bis 220pF, Spannungsfestigkeit von 6,3V bis 50V, kundenspezifische Chipgeometrien und alternative Rückseitenmetallierungsoptionen mit einer Prototypen-Vorlaufzeit von 3-4 Wochen.

1. Ultra-hohe Selbstresonanzfrequenz durch minimale parasitäre Induktivität

Die Selbstresonanzfrequenz (SRF) eines Kondensators – die Frequenz, bei der sich die parasitäre Serieninduktivität mit der Kapazität abstimmt und oberhalb derer sich das Bauteil induktiv verhält – bestimmt die maximal nutzbare Frequenz für Bypass- und Kopplungsanwendungen. Der HACC101S25V500 erreicht eine außergewöhnlich hohe SRF durch seine einlagige Architektur und optimierte Elektrodengeometrie:

• Chip-Level SRF: >10GHz (de-embedded, kein Bonddraht). Erreicht durch optimiertes Elektroden-Seitenverhältnis und minimierte Strompfadlänge – erheblich höher als bei Standard-MOS-Kondensatoren im gleichen Kapazitätsbereich.
• System SRF (0,5 mm Bonddraht): >1,5GHz mit einem einzelnen 25 µm Au-Draht. Für Anwendungen, die eine SRF über 3GHz erfordern, halbieren zwei parallele Bonddrähte die effektive Induktivität auf ca. 0,2nH und verschieben die System-SRF über 2,5GHz.
• MLCC-Vergleich: Ein typischer 100pF MLCC im 0402-Gehäuse hat eine ESL von etwa 0,4–0,6nH – eine Größenordnung höher als die intrinsische Chip-ESL des HACC101S25V500 (<0,03nH). Die SRF des MLCC ist daher auf etwa 600–800MHz begrenzt. Für Anwendungen über 5GHz – einschließlich 5G FR2 mmWave, Satellitenkommunikation Ku/Ka-Band und Automotive-Radar – bietet der einlagige MOS-Kondensator einen entscheidenden Vorteil in der nutzbaren Bandbreite.

2. Leitfähiges Siliziumsubstrat für direkte Erdung

Herkömmliche Chip-Kondensatoren erfordern einen separaten Masse-Bonddraht oder eine Durchkontaktierung, um die Masse zu verbinden, was parasitäre Induktivität hinzufügt, die die Hochfrequenzleistung beeinträchtigt. Der HACC101S25V500 nutzt die inhärent leitfähige Natur seines Float-Zone-Siliziumsubstrats, um eine direkte Masseanbindung über die Rückseite zu ermöglichen:

• Physik des leitfähigen Substrats: Das Float-Zone-Siliziumsubstrat mit einer spezifischen Resistivität von >1000Ω·cm bietet ausreichende Leitfähigkeit für HF-Masseverbindungen und behält gleichzeitig den hohen Gütefaktor bei, der für verlustarme Substrate charakteristisch ist. Die rückseitige TiW-Pt-Au-Metallisierung bildet einen niederohmigen Kontakt zum Silizium und ermöglicht eine direkte elektrische Verbindung von der Massefläche des Kondensators zum Trägermassepad über die Die-Attach-Schnittstelle.
• Eliminierung der Masseinduktivität: Bei einer herkömmlichen Chip-Kondensator-Montage fügt der Masse-Bonddraht etwa 0,3–0,5nH Induktivität hinzu. Für ein 100pF-Bauteil bei 10GHz erhöht diese zusätzliche 0,5nH die Impedanz von idealen 0,16Ω auf etwa 31Ω – eine Verschlechterung um das 200-fache. Durch den Wegfall des Masse-Bonddrahts und die direkte Führung des Masse-Stroms durch das leitfähige Substrat und die Die-Attach-Schnittstelle reduziert der HACC101S25V500 die gesamte Massepfadinduktivität auf unter 0,05nH.
• Die-Attach-Masse-Schnittstelle: Bei Anbringung mit AuSn-Eutektiklot (280°C, Formiergas) liegt der Masse-Kontaktwiderstand unter 5mΩ. Leitfähiger Silber-Epoxidharz (Epotek H20E, 120°C Aushärtung) bietet eine Alternative mit einem Masse-Kontaktwiderstand von etwa 10–20mΩ.

3. Designoptimierung für maximale SRF

Um eine Chip-Level-SRF von über 10GHz zu erreichen, muss jeder Beitrag zur parasitären Induktivität berücksichtigt werden:

• Optimierung des Elektroden-Seitenverhältnisses: Die quadratische Kontur von 0,50 mm × 0,50 mm sorgt für eine gleichmäßige Stromverteilung vom Bondpad zum Dielektrikum und vermeidet die Stromverdrängung an den Elektrodenrändern, die bei rechteckigen oder unregelmäßigen Elektrodenentwürfen zu lokalisierter Induktivität führt.
• Dicke Gold-Metallisierung: Die obere Elektrode aus Gold mit mindestens 2,5 µm Dicke bietet einen geringen Flächenwiderstand (<30mΩ/Quadrat) und minimiert den ohmschen Beitrag zur Impedanz bei Mikrowellenfrequenzen. Bei 10GHz beträgt die Eindringtiefe in Gold etwa 0,8 µm – die Dicke von 2,5 µm stellt sicher, dass der gesamte HF-Strom innerhalb der niederohmigen Goldschicht fließt.
• Minimierte Bondpad-Kapazität: Die Bondpadfläche ist optimiert, um die Drahtbond-Zuverlässigkeit (mindestens 80 µm × 80 µm für 25 µm Draht) gegen parasitäre Pad-zu-Substrat-Kapazität abzuwägen und zu verhindern, dass eine übermäßige Fläche die SRF nach unten verschiebt.

Hauptmerkmale

• Ultra-hohe Selbstresonanzfrequenz: Chip-Level SRF >10GHz (de-embedded), System SRF >1,5GHz mit einem einzelnen 0,5mm Bonddraht. Mehrere parallele Bonddrähte oder Bandbonding verschieben die System-SRF über 2,5GHz. 20x höhere SRF als ein 0402 MLCC mit äquivalenter Kapazität.
• Leitfähiges Substrat für direkte Erdung: Float-Zone-Siliziumsubstrat ermöglicht direkte Masseanbindung über die Rückseite durch die Die-Attach-Schnittstelle. Eliminiert Masse-Bonddraht-Induktivität (~0,5nH). Gesamte Massepfadinduktivität <0,05nH.
• Ultra-niedrige ESL-Architektur: Intrinsische Chip-ESL <0,03nH erreicht durch einlagigen koaxialen Strompfad, optimiertes Elektroden-Seitenverhältnis und dicke Gold-Metallisierung. ESL ist 15–20x niedriger als bei MLCC mit äquivalenter Kapazität.
• SiO₂ Dielektrikumsstabilität: Thermisches SiO₂ mit nahezu Null-Dielektrikumsheizung (tan δ <0,001 bei 1GHz), +35ppm/°C TCC und null ferroelektrischer Alterung. Kein Kapazitätsabfall unter DC-Bias.
• Anpassbare Plattform: Kapazität von 10pF bis 220pF auf Standard-0,50mm-Fußabdruck. Kundenspezifische Chipgeometrien (rechteckig bis zu 4:1 AR), Spannungsfestigkeiten und Rückseitenmetallierungsoptionen verfügbar.

Elektrische Spezifikationen (T = 25°C, sofern nicht anders angegeben)

Typische Anwendungen

• 5G FR2 mmWave (24–52GHz) Phased-Array-Beamformer DC-Blocking und Zwischenstufenkopplung, die eine SRF weit über dem Betriebsbereich erfordern
• Satellitenkommunikation Ku-Band (12–18GHz) und Ka-Band (26–40GHz) Payload-Bypass-Netzwerke, bei denen die Masseinduktivität die Entkopplungswirkung direkt begrenzt
• Automotive-Radar (76–81GHz) MMIC-Bias-Netzwerke, die ein nahezu ideales kapazitives Verhalten über den gesamten Betriebsfrequenzbereich erfordern
• Hochgeschwindigkeits-SERDES (112Gbps PAM4) DC-Blocking, bei dem die parasitäre Induktivität des Kondensators zu Augen-schließenden Impedanzdiskontinuitäten führt
• HF-Leistungsverstärker-Anpassungsnetzwerke über 5GHz, bei denen die MLCC-Selbstresonanz das Bauteil unbrauchbar macht
• Mikrowellen-Punkt-zu-Punkt-Funkgeräte (6–42GHz) Bypass-Anwendungen, bei denen jede 0,1nH Masseinduktivität das Link-Budget verschlechtert

Schnellreferenz für die Montage

• Die-Attach: AuSn-Eutektiklot (300–320°C, N₂/H₂ Formiergas) für geringsten Massewiderstand und thermischen Widerstand. Leitfähiges Ag-Epoxidharz (Epotek H20E, 120°C/30min) als Alternative. Direkte Erdung über die Rückseitenmetallisierung eliminiert die Notwendigkeit eines separaten Masse-Bonddrahts.
• Drahtbonden: 25µm Au thermosonisches Kugelbonden (120–150°C Stufe, 15–35gf Kraft, >6gf Zugfestigkeit). Für SRF >2,5GHz verwenden Sie zwei parallele 25µm Bonddrähte oder 25µm × 75µm Au-Band. Bond-Landung ≥25µm vom Elektrodenrand.
• Lagerung: Waffelpackung oder Gel-Pack, vakuumversiegelt mit Stickstoffspülung. MSL 1 unbegrenzte Lagerfähigkeit. Lagerung bei 20–25°C, 40–60% RH.

Bestellung und kundenspezifische Konfiguration

Standardprodukt wird als 0,50 mm × 0,50 mm quadratische Chips in leitfähigen Waffelpackungen geliefert. Die folgenden kundenspezifischen Konfigurationen sind auf Anfrage mit Mindestbestellmengen ab 10 Stück erhältlich:

• Kundenspezifische Kapazitätswerte im Bereich von 10pF–220pF auf der Standard-0,50mm-Plattform
• Rechteckige Chipgeometrien bis zu einem Seitenverhältnis von 4:1
• Nicht-Standard-Spannungsfestigkeiten von 6,3V bis 50V DC
• Alternative Rückseitenmetallisierung: Nur Au (für dediziertes AuSn-Eutektikum), AuSn-Vorabscheidung (3–5µm) oder Al für spezifische Prozessabläufe
• Gel-Pack oder Tape-and-Reel-Verpackung für automatisierte Montage

Kontaktieren Sie uns mit Ihren Zielspezifikationen für eine Machbarkeitsbewertung, eine Schätzung der Vorlaufzeit und ein Angebot. Standard-100pF-Evaluierungsmuster werden innerhalb von 1–2 Wochen geliefert. Kundenspezifische Konfigurationen mit einer Prototypen-Vorlaufzeit von 3–4 Wochen.