उच्च तापीय चालकता MOS कैपेसिटर AuSn बैकसाइड 20V उच्च घनत्व कैपेसिटर सिंगल लेयर RF पावर चिप

AuSn बैकसाइड एमओएस कैपेसिटर HACC101S20V101 100pF 20V उच्च ताप चालकता एकल परत आरएफ पावर चिप

HACC101S20V101 थर्मल-इंजीनियरिंग एमओएस कैपेसिटरः पावर आरएफ अनुप्रयोगों के लिए AuSn बैकसाइड के साथ 100pF 20V

HACC101S20V101 एक 100pF ± 10% एकल-परत MOS संधारित्र 20V DC पर रेटेड है, जो 300nm थर्मल SiO के साथ फ्लोट-ज़ोन सिलिकॉन (> 1000Ω·cm) पर निर्मित है₂चिप के आयाम 0.50 मिमी * 0.50 मिमी * 0.15 मिमी हैं TiW-Au शीर्ष धातुकरण (2.5μm न्यूनतम Au) और TiW-Pt-Au पीछे (1.0μm न्यूनतम Au) के साथ।एक वैकल्पिक 80Au/20Sn यूटेक्टिक प्री-डिपोजिशन परत (3-5μm मोटी) ग्राहकों के लिए उपलब्ध है जो प्रवाह मुक्त यूटेक्टिक डाई अटैच प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं।.

1चिप कैपेसिटर असेंबली में थर्मल रेसिस्टेंस भौतिकी

जंक्शन-टू-कैरियर थर्मल रेजिस्टेंस (θ) को समझना_जेसी) में एक चिप कंडेन्सर में गर्मी उत्पादन स्थल से हीट सिंक तक श्रृंखला थर्मल प्रतिरोधों का विश्लेषण करना आवश्यक है।_जेसीइसके तीन मुख्य घटक हैंः

• सिलिकॉन सब्सट्रेट में फैलने का प्रतिरोध (R_{फैलाव}):सीआईओ में उत्पन्न गर्मी₂डाईलेक्ट्रिक और शीर्ष इलेक्ट्रोड को 150μm सिलिकॉन सब्सट्रेट के माध्यम से फैलना चाहिए ताकि पीठ तक पहुंच सके।300K पर सिलिकॉन की 148 W/m·K की थर्मल चालकता 0 के लिए लगभग 8 K/W का फैलने का प्रतिरोध देती है.50 मिमी * 0.50 मिमी चिप. यह θ में प्रमुख पद है_जेसीतुलना के लिए, एक एल्यूमीनियम सब्सट्रेट (24 W/m·K) लगभग 60 K/W ¥a 7.5 * दंड ¥ योगदान देगा, जो बताता है कि सिरेमिक वाहक पर पतली फिल्म कैपेसिटर में स्वाभाविक रूप से अधिक θ क्यों होता है।_जेसीसिलिकॉन एमओएस कैपेसिटर की तुलना में।
• बैकसाइड मेटालाइजेशन और इंटरफेस प्रतिरोध (R_{इंटरफेस}):1.0μm सोने की पीठ की परत में नगण्य थर्मल प्रतिरोध (~ 0.001 K/W) है।^-8m2·K/W, 0.25mm2 चिप क्षेत्र के लिए 0.04 K/W से कम का योगदान।
• डाई-फिक्स बॉन्ड लाइन प्रतिरोध (R)_{संलग्न करना}):यह सबसे परिवर्तनीय शब्द है और सामग्री की पसंद पर बहुत निर्भर करता है। 5μm मोटी बंधन लाइन के लिएः AuSn eutectic (57 W/m·K) yields ~0.35 K/W; चांदी के प्रवाहकीय epoxy (5 W/m·K विशिष्ट) yields ~4 K/W;मानक पीबीएसएन सॉल्डर (50 W/m·K) की उपज ~0.4 K/W लेकिन RoHS- अनुरूप नहीं है। AuSn पूर्व-निर्वहन विकल्प एक नियंत्रित, पतली, शून्य-मुक्त बंधन लाइन सुनिश्चित करता है जो इस अवधि को कम करता है।

मापा गया कुल θ_जेसीएक CuMo वाहक के लिए संलग्न AuSn के साथ एक 0.50mm चिप के लिए 30 K/W से कम है, इन तीन योगदानों के योग के साथ-साथ माप अनिश्चितता और बंधन लाइन शून्य के लिए एक छोटा सा मार्जिन के अनुरूप है।

2आरएफ पावर डेरटिंग पद्धति और विश्वसनीयता

आरएफ पावर हैंडलिंग क्षमता एक एकल संख्या नहीं है, यह आवृत्ति, कार्य चक्र, परिवेश के तापमान और स्वीकार्य जीवनकाल पर निर्भर करती है।:

• वोल्टेज घटानाः20V DC निरंतर रेटिंग >100V डायलेक्ट्रिक टूटने की ताकत के लिए 5:1 का मार्जिन प्रदान करती है। आरएफ अनुप्रयोगों के लिए, पीक वोल्टेज (V_चोटी= V_{DC_bias}+ V_{आरएफ_एम्पलीफायर}) को 20V से अधिक नहीं होना चाहिए। एक 50Ω प्रणाली में DC पूर्वाग्रह के बिना, यह 4W की सीडब्ल्यू आरएफ शक्ति (V) के अनुरूप है।_चोटी= √(2PR) = √(2*4*50) = 20V. 8-10dB के पीक-से-औसत अनुपात के साथ मॉड्यूलेटेड संकेतों के लिए (5G OFDM के लिए विशिष्ट), एक ही पीक वोल्टेज सीमा पर औसत शक्ति 6-10* कम हो सकती है,या लगभग 0.4-0.7W औसत।
• वर्तमान अवमूल्यन:1GHz पर ESR आमतौर पर 0.1Ω से कम है। 0.5A आरएमएस (12.5W में 50Ω) पर, I2R हीटिंग 25mW है। θ के साथ_जेसी< 30 केडब्ल्यू, यह अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए नगण्य वाहक से 0.75 डिग्री सेल्सियस से कम के जंक्शन तापमान वृद्धि का उत्पादन करता है। 1.0 ए आरएमएस (50 एमडब्ल्यू अपव्यय, ~ 1.5°C वृद्धि) सुरक्षित संचालन क्षेत्र के भीतर अच्छी तरह से है.
• तापमान घटानाःअधिकतम जंक्शन तापमान 125°C है। 85°C के वाहक तापमान पर (बेस स्टेशन पावर एम्पलीफायर पैलेट के लिए विशिष्ट), अनुमत तापमान वृद्धि 40°C है,एक अधिकतम शक्ति अपव्यय के अनुरूप 1.3W (θ_जेसी* ΔT = 30 * 40 = 1.2W, रूढ़िवादी गोल के साथ) यह किसी भी व्यावहारिक बायपास या डीसी-ब्लॉक अनुप्रयोग में विशिष्ट अपव्यय से बहुत अधिक है।
• पावर साइकिल की विश्वसनीयता:शक्ति अपव्यय के कारण दोहराया थर्मल चक्र डाई-अटैच बॉन्ड लाइन में थकान का कारण बन सकता है।_J= 40°C, 30 सेकंड की अवधि) में 10% से कम वृद्धि देखी गई।_जेसी, न्यूनतम बंधन लाइन अपघटन का संकेत देता है। डक्टिल AuSn मिश्र धातु शून्य संलयन या विघटन के बिना रेंगने के आराम के माध्यम से चक्रीय तनाव को समायोजित करती है।

3यूटेक्टिक धातु विज्ञान और प्रक्रिया एकीकरण

80Au/20Sn यूटेक्टिक प्रणाली (गलना बिंदु 280°C) का व्यापक रूप से उच्च विश्वसनीयता वाले हाइब्रिड असेंबली में उपयोग किया जाता है। इसकी धातु विज्ञान को समझने से असेंबली प्रक्रिया को अनुकूलित करने में मदद मिलती हैः

• चरण संरचनाःयूटेक्टिक माइक्रोस्ट्रक्चर में ऑय के एक बारीक लामेलर मिश्रण शामिल है।₅Sn (ζ-अवधि) और AuSn (δ-अवधि) इंटरमेटलिक यौगिक। दोनों चरण थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होते हैं और लंबे समय तक उच्च तापमान संचालन के दौरान महत्वपूर्ण सूक्ष्म संरचनात्मक मोटापे से ग्रस्त नहीं होते हैं।यूएवी₅एस एन चरण यांत्रिक शक्ति प्रदान करता है, जबकि ऑस एन चरण लचीलापन में योगदान देता है।
• डिपॉजिशन से पूर्व गुणवत्ता नियंत्रण:चिप की पीठ पर 3-5μm AuSn परत थर्मल वाष्पीकरण द्वारा एक वेफर में मोटाई एकसमानता ± 10% के साथ जमा की जाती है।रचना प्रत्येक जमाव रन से गवाह नमूनों पर एक्स-रे फ्लोरोसेंस (एक्सआरएफ) द्वारा सत्यापित किया जाता हैAu:Sn वजन अनुपात को 80:20 ± 2% तक नियंत्रित किया जाता है ताकि व्यापक पेस्टि रेंज के बिना eutectic पिघलने का व्यवहार सुनिश्चित किया जा सके।
• रिफ्लो प्रक्रिया विंडोःपीक रिफ्लो तापमान 300-320°C (20-40°C 280°C यूटेक्टिक बिंदु से ऊपर) होना चाहिए। तरल से ऊपर का समय 30-60 सेकंड होना चाहिए। गैस का गठन (95% N₂/ 5% एच₂) वायुमंडल टिन के ऑक्सीकरण को रोकता है। कोई प्रवाह की आवश्यकता नहीं होती है_प्रकृति गैस में हाइड्रोजन पूर्व-जमा सतह पर किसी भी मूल टिन ऑक्साइड को कम करता है।रिफ्लो कक्ष में ऑक्सीजन की एकाग्रता 10ppm से कम रखी जानी चाहिए.
• सोने के इंटरफेस पर इंटरमेटलिक गठनःरिफ्लो के दौरान, तरल AuSn यूटेक्टिक चिप बैकसाइड और सब्सट्रेट पैड दोनों से सोने की एक छोटी मात्रा को भंग करता है, जिससे रचना यूटेक्टिक के सोने से समृद्ध पक्ष की ओर थोड़ा बदल जाती है।.इससे प्राथमिक ऑयू की एक पतली परत बनती है।₅घनत्व के बाद दोनों इंटरफेस पर Sn, जो वास्तव में बंधन को मजबूत करता है। अधिक सोने का विघटन (> प्रत्येक सतह से 5μm) तरल तापमान को बढ़ा सकता है,तो दोनों संभोग सतहों पर कुल सोने की मोटाई प्रक्रिया डिजाइन में लेखांकन किया जाता है.

प्रमुख विशेषताएं

• उच्च ताप चालकता:148 W/m·K सिलिकॉन सब्सट्रेट फैलाव प्रतिरोध (8 K/W) को कम करता है। 57 W/m·K पर AuSn बंधन रेखा प्रवाहकीय एपॉक्सी की तुलना में 10* कम थर्मल प्रतिरोध प्रदान करती है। कुल θ_जेसी30 K/W से कम, 100k पावर साइकिल 10% θ से कम_जेसीअवमानना।
• उच्च आरएफ पावर हैंडलिंगः20V DC रेटिंग के साथ >100V ब्रेकडाउन (5:1 मार्जिन). ESR <0.1Ω@1GHz सीमाओं I2R हीटिंग 50mW से नीचे 1A आरएमएस पर. 125°C अधिकतम जंक्शन तापमान अनुमति देता है 1.2W अपव्यय पर 85°C वाहक के साथ AuSn संलग्न.
• AuSn प्री-डिपोजिशन बैकसाइड:3-5μm 80Au/20Sn यूटेक्टिक परत, ±10% मोटाई एकरूपता, एक्सआरएफ संरचना सत्यापित। N में 300-320°C पर फ्लक्स मुक्त रिफ्लो₂/H₂2.5.5 किलोग्राम से अधिक काटना, एक्स-रे निरीक्षण द्वारा 5% खाली क्षेत्र से कम।
• SiO₂डायलेक्ट्रिक स्थिरता:शून्य के निकट डायलेक्ट्रिक हीटिंग (tan δ <0.001@1GHz) कोई थर्मल रनवे जोखिम नहीं है_ कुछ फेरोइलेक्ट्रिक डायलेक्ट्रिक्स में घातीय रनवे के मुकाबले 30-40 डिग्री सेल्सियस प्रति डबल रिसाव।
• नज़दीक-शून्य ESL:0.05nH से नीचे आंतरिक चिप ESL, 100pF मूल्य के लिए SRF > 8GHz।

विद्युत विनिर्देश (T = 25°C जब तक कि उल्लेख न किया गया हो)

थर्मल डिजाइन गाइड

वाहक सामग्री का चयनःचिप के नीचे वाहक सामग्री महत्वपूर्ण रूप से जंक्शन से परिवेश तक कुल थर्मल प्रतिरोध को प्रभावित करती है।160-180 W/m·K) सिलिकॉन और थर्मल चालकता के लिए CTE मैच का सबसे अच्छा संयोजन प्रदान करताएलएन सिरेमिक (4.5 पीपीएम/°C CTE, 170 W/m·K) एल्युमिनियम संगत प्रक्रियाओं के लिए एक विकल्प है।180-200 W/m·K) वजन और लागत में वृद्धि के साथ थोड़ा अधिक चालकता प्रदान करता है.

बहु चिप थर्मल युग्मनःमल्टी-चिप मॉड्यूल में, आसन्न पावर डिवाइस (गाएन एचईएमटी, एलडीएमओएस ट्रांजिस्टर) स्थानीय वाहक तापमान को सिस्टम परिवेश से काफी ऊपर उठा सकते हैं।पावर ट्रांजिस्टर के पास बायपास कंडेन्सर रखने पर, वाहक के पार पार्श्व तापमान ढाल के लिए खाते हैं। एक रूढ़िवादी दिशानिर्देश कम से कम एक चिप-चौड़ाई (0.50 मिमी) कैपेसिटर और पावर डिवाइस के पीछे की तरफ के बीच रिक्ति वाहक के माध्यम से अत्यधिक प्रवाहकीय हीटिंग से बचने के लिए.

बॉन्ड वायर वर्तमान क्षमताःएक एकल 25μm व्यास के सोने के बंधन तार में लगभग 0.8A DC का फ्यूजिंग करंट होता है। 0.5A RMS से अधिक आरएफ धाराओं के लिए, दो समानांतर बंधन तारों का उपयोग करें, जो प्रेरणशीलता योगदान को भी आधा कर देता है।1GHz पर, सोने में त्वचा की गहराई लगभग 2μm होती है, पूरे 25μm तार के क्रॉस-सेक्शन में वर्तमान होता है, इसलिए त्वचा प्रभाव वर्तमान-वाहक क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से कम नहीं करता है।

विशिष्ट अनुप्रयोग

• GaN-on-SiC पावर एम्पलीफायर आउटपुट मिलान नेटवर्क जहां बेसप्लेट तापमान 85°C तक पहुंचता है और कंडेन्सर अपव्यय न्यूनतम तापमान वृद्धि के साथ दूर किया जाना चाहिए
• उच्च-शक्ति आरएफ स्विच पूर्वाग्रह नेटवर्क उच्च प्रति शाखा कार्य चक्र के साथ समय विभाजन डुप्लेक्स (टीडीडी) प्रणालियों में
• माइक्रोवेव पॉइंट-टू-पॉइंट रेडियो ट्रांसमीटर जो 1-10W सीडब्ल्यू आउटपुट पावर पर काम करते हैं
• औद्योगिक आरएफ प्लाज्मा जनरेटर (13.56 मेगाहर्ट्ज, 27.12 मेगाहर्ट्ज आईएसएम बैंड) बहु-सौ वाट आउटपुट चरणों के साथ
• चरणबद्ध-सरणी T/R मॉड्यूल के लिए सीमित थर्मल मार्गों के साथ बिजली आपूर्ति का जुड़ा हुआ
• बाहरी परिसरों में निष्क्रिय संवहन शीतलन के साथ वायरलेस बुनियादी ढांचे के दूरस्थ रेडियो इकाइयां (आरआरयू)

असेंबली प्रक्रिया नोट्स

मानक पीठःAuSn सॉल्डर प्रीफॉर्म या पेस्ट लगाएं, N में 300-320°C पीक पर पुनः प्रवाह करें₂/H₂वैकल्पिक रूप से, चांदी से भरा हुआ प्रवाहकीय इपॉक्सी (निर्माता प्रोफाइल के अनुसार इलाज, आमतौर पर 150 °C पर 1 घंटे के लिए) ।AuSn पूर्व-जमा बैकसाइडःचिप को सीधे ऑ-प्लेट पैड पर रखें, अतिरिक्त मिलाप या प्रवाह के बिना रिफ्लो करें।तारों को बांधना:25μm ऑउ थर्मोसोनिक बॉल बॉन्डिंग 120-150°C स्टेज पर, 25-35gf बल, >6gf खींच शक्ति। आरएफ धाराओं के लिए >0.5A आरएमएस, दो समानांतर 25μm बॉन्ड तारों का उपयोग करें।निरीक्षण:डाई-टैच वैधता सत्यापन के लिए एक्स-रे, बंधन तार की जगह और एड़ी की अखंडता के लिए ऑप्टिकल।

θ के लिए हमसे संपर्क करें_जेसीमाप डेटा, पावर साइकिल विश्वसनीयता रिपोर्ट या AuSn प्रक्रिया एकीकरण समर्थन।