خازن تک لایه با لبه 220 پیکوفاراد 50 ولت خازن COG سرامیکی با ESR پایین برای باند Ku Ka

خلاصه فنی با فرکانس بالا

راHACC221S15V500یک ولتاژ بالا و فوق مینیاتوری استخازن سرامیکی حاشیه دار یک طرفه (SLC)طراحی شده برای مسدود کردن DC باند پهن، جفت RF و فیلتر بای پس مایکروویو در ریزمدارهای هیبریدی ولتاژ بالا که از طریق باندهای Ku، K و Ka کار می کنند. تحویل دادن220 pF ± 10٪ظرفیت با یکولتاژ پیوسته 50 ولت DCوولتاژ شکست بیش از 125 ولت (250٪ نامی)، این خازن به صورت بسته بندی شده است15 × 15 میلی متر (0.38 × 0.38 میلی متر)رد پای با مشخصات فوق العاده کم از0.15 میلی متر (6 میل). طراحی شده برای عملیات قابل اعتماد از0.5 گیگاهرتز تا 40.0 گیگاهرتزدر سراسر UHF از طریق باندهای مایکروویو Ka، HACC221S15V500 برای جداسازی بایاس تخلیه تقویت‌کننده قدرت GaN-on-SiC HEMT، فیلترهای بار ماهواره‌ای LEO/MEO، ماژول‌های رادار آرایه فازی T/R و زیرساخت‌های 5G mmWave ساخته شده است.ولتاژ کاری 50 ولت با حاشیه شکست بیش از 125 ولت و SRF موج میلی متری به طور همزمان مورد نیاز است..

ساخته شده بادی الکتریک سرامیکی فوق پایدار COG/NPO (C0G/NP0) کلاس Iاین خازن هم برای استحکام دی الکتریک بالا (> 50 V/μm) و هم برای پایداری دمایی کلاس I بهینه شده است، این خازن ظرفیت خازنی را در ± 0.3٪ در بین -55 درجه سانتیگراد تا +125 درجه سانتیگراد حفظ می کند. رااندوکتانس سری معادل بسیار کم (ESL <35 pH)- از طریق هندسه الکترود کواکسیال تک لایه به دست می آید - رزونانس سری اول را به بالای 25 گیگاهرتز می رساند و از عبور تمیز و بدون رزونانس و مسدود شدن DC در کل باند Ku (12-18 گیگاهرتز)، باند K (18-27 گیگاهرتز) و به باند Ka-GHz (27-4 mounting) اطمینان می دهد. رامعماری حاشیه یک طرفهبا یک حاشیه عایق سرامیکی در اطراف الکترود طلای بالایی از بالا رفتن اپوکسی رسانا در هنگام اتصال قالب جلوگیری می کند. ویژگی های برتر الکترودTiW-Au با حداقل 4.0 میکرومتر طلابرای اتصال سیم های سنگین الکترود پایین استفاده می کندTiW-Pt-Auبا یک مانع انتشار پلاتین (Pt) که در لحیم کاری یوتکتیک AuSn کاملا نامحلول است و خرابی های جمع آوری طلا را در هنگام مونتاژ جریان مجدد در دمای بالا از بین می برد.

مزایای کلیدی عملکرد

ESR/ESL بسیار پایین و فرکانس خود تشدید بالا - معماری کواکسیال تک لایه

خازن های سرامیکی چند لایه (MLCC) با قرار دادن لایه های الکترود متناوب به ظرفیت خازنی بالایی دست می یابند، اما هر الکترود داخلی هر دو را اضافه می کند.مقاومت اهمی(به دلیل نازک بودن الکترودهای نیکل) واندوکتانس انگلی(از مسیر جریان مارپیچ از طریق vias). HACC221S15V500 هر دو منبع ضرر را از طریق خود حذف می کندساختار کواکسیال تک لایه: جریان مستقیم از صفحه باند طلا، از طریق دی الکتریک COG/NPO، به سطح زمین پایینی طلا می گذرد - طول مسیر فقط0.15 میلی متر.

• ESR <0.15 Ω در 1 گیگاهرتز:مرتبه بزرگی کمتر از 0402 COG MLCC با ظرفیت معادل (0.5-1.5 Ω). در یک شبکه تطبیق خروجی تقویت کننده توان باند Ku (14 گیگاهرتز)، این کاهش ESR 10 به طور مستقیم به0.5-1.0 دسی بل کاهش درج کمتردر هر عنصر منطبق در یک PA 4 مرحله ای دوهرتی با عناصر تطبیق و بای پس چندگانه، بهبود PAE تجمعی از 2-3 درصد بیشتر می شود.
• ESL <35 pH:در مقایسه با pH 300-600 برای MLCC 0402. مسیر جریان کواکسیال تک لایه فاقد گذرگاه داخلی، لبه های الکترود و مسیریابی مارپیچ است - فقط یک مسیر عمودی مستقیم از طریق دی الکتریک است. برای یک خازن مسدود کننده DC، این به این معنی استخود رزونانس سری اول بالای 25 گیگاهرتز رخ می دهد، بیش از 10× بالاتر از یک MLCC معادل (2-4 گیگاهرتز).
• SRF > 25 گیگاهرتز (با سیم متصل)، > 35 گیگاهرتز (تراشه تلنگر):فرکانس خود تشدید فرکانسی است که در آن راکتانس خازنی برابر با راکتانس القایی است - خازن در بالای SRF مانند یک سلف عمل می کند. با SRF > 25 گیگاهرتز، HACC221S15V500 فراهم می کندرفتار خازنی واقعیاز طریق کل باند Ku (12-18 گیگاهرتز) و به خوبی به باند K (18-27 گیگاهرتز). برای عملکرد باند Ka (27-40 گیگاهرتز)، نصب بر روی تراشه (Cu UBM با برجستگی های لحیم SnAg در صورت درخواست موجود است) ESL را به کمتر از 25 pH کاهش می دهد و SRF را فراتر از 35 گیگاهرتز گسترش می دهد.
• رفتار خط انتقال:در زیر SRF، SLC به‌عنوان یک عنصر جفت‌کننده سری تقریباً ایده‌آل با S21 (اتلاف درج) <0.2 دسی‌بل تا 20 گیگاهرتز و S11 (افت برگشتی) <-20 دسی‌بل - اساساً برای مسیر سیگنال RF شفاف است و در عین حال ایزوله‌سازی کامل DC را فراهم می‌کند.

ولتاژ شکست بالا و قابلیت اطمینان TDDB - 2.5× حاشیه ولتاژ با طول عمر بیش از 10 سال

در شبکه‌های بایاس تخلیه تقویت‌کننده برق GaN و توزیع نیروی محموله ماهواره‌ای، خازن مسدودکننده DC نه تنها باید ولتاژ نامی عملیاتی (معمولاً 28-50 ولت برای GaN) را نیز تحمل کند.گذراهای ولتاژ، بازتاب عدم تطابق بار، و ریپل منبع تغذیه- همه در دماهای بالا اتصال نزدیک به 125 درجه سانتیگراد. HACC221S15V500 با محافظه کاری طراحی شده است2.5× حاشیه کاهش: 50 ولت، خرابی > 125 ولت، 100٪ تست شده.

• ولتاژ پیوسته 50 ولت:نیازهای اتوبوس های توزیع برق 28 ولت (هوابرد)، 48 ولت (تلکام)، و 50 ولت (تخلیه GAN HEMT) با حاشیه مناسب را برطرف می کند. خازن های استاندارد 16-25 ولت برای این کاربردها کافی نیستند - آنها به حداقل 2× کاهش به دستگاه های دارای رتبه 32-50 V نیاز دارند.
• خرابی بیش از 125 ولت (250٪ امتیاز):هر قالب 100% تولید شده در 125 ولت DC (5 ثانیه ماندگاری) آزمایش شده است تا یکپارچگی دی الکتریک را تضمین کند. حاشیه 2.5× از استاندارد استاندارد صنعت 2× توصیه شده توسط MIL-PRF-55681 و NASA EEE-INST-002 برای خازن های سرامیکی درجه فضایی بیشتر است.
• طول عمر TDDB> 10 سال در 50 ولت، 125 درجه سانتیگراد:خرابی دی الکتریک وابسته به زمان (TDDB) مکانیزم فرسودگی طولانی مدت غالب در خازن های سرامیکی است که در بایاس و دمای DC بالا کار می کنند. تحت تنش میدان الکتریکی پایدار در دمای بالا، نقص‌های مقیاس اتمی در شبکه دی الکتریک به آرامی جمع می‌شوند و رشد می‌کنند تا زمانی که مسیر نفوذی را تشکیل دهند - رشته‌ای رسانا که الکترودها را کوتاه می‌کند. دی الکتریک COG/NPO HACC221S15V500 با استفاده ازتست TDDB ولتاژ ثابت به ازای JEDEC JESD92در شرایط شتاب (ولتاژ و دمای بالا) و با استفاده از مدل E (مدل شکست ترموشیمیایی) تا 10 سال در 50 V/125 درجه سانتیگراد پیش بینی شده است. داده‌های توزیع طول عمر Weibull، فاکتورهای شتاب و گزارش‌های آزمایش TDDB برای مشتریان واجد شرایط تحت NDA در دسترس هستند.
• بدون تفکیک تک رویدادی:هندسه الکترود تک لایه و بدون حاشیه، اثرات لبه الکترود داخلی را در جایی که ازدحام میدان الکتریکی در MLCC رخ می دهد، حذف می کند. در MLCC ها، شکست به طور مداوم در لبه های الکترود داخلی که قدرت میدان می تواند 3-5× بیشتر از دی الکتریک حجیم باشد، آغاز می شود. هندسه کواکسیال HACC221S15V500 یک را ایجاد می کندتوزیع میدان الکتریکی یکنواخت، به حداکثر رساندن قدرت شکست ذاتی دی الکتریک.

کوچک‌سازی فوق‌العاده و پروفیل کم — رده‌بندی 50 ولت در 15 میلی‌متر

HACC221S15V500 به دست می آوردولتاژ 50 ولت در بسته بندی 0.38 × 0.38 × 0.15 میلی متر- چگالی توان حجمی که هیچ خازن سرامیکی چند لایه ای نمی تواند با آن مطابقت داشته باشد. این توسط a فعال می شودفرمول سرامیکی اختصاصی COG/NPO با K بالاکه به طور همزمان پایداری درجه حرارت کلاس I، قدرت دی الکتریک > 50 V/μm و گذردهی کافی برای دستیابی به 220 pF در 15 میلی متر را ارائه می دهد. هندسه کواکسیال تک لایه نیاز به الکترودهای داخلی، گذرگاه‌ها و نواحی حاشیه‌ای را که حجم را بدون کمک به ظرفیت خازنی در طرح‌های MLCC مصرف می‌کنند، حذف می‌کند.

• رد پای 15 میلیون در مقابل MLCC 0402:HACC221S15V500 0.14 میلی متر مربع در مقابل 0.50 میلی متر مربع برای 0402 اشغال می کند.کاهش 3.6× مساحت. در یک آرایه فازی 64 عنصری باند Ka با 2 بلوک DC و 2 کلاهک بای پس در هر عنصر (در مجموع 256 خازن)، صرفه جویی در سطح برد بیش از 90 میلی متر مربع است - برای افزودن دو GaN PA MMIC اضافی در هر پانل کافی است.
• ارتفاع 0.15 میلی متر در مقابل 0.50 میلی متر برای 0402:کاهش ارتفاع 3.3× را قادر می سازدپروفیل های ماژول نازک تر، برای آرایه های فازی منسجم، محموله های پهپاد، و رادیوهای دستی که ارتفاع Z به شدت توسط ضخامت شاسی محدود می شود، حیاتی است.
• ادغام در سطح قالب:برخلاف MLCCهای SMD که به پدهای PCB، Vias و مسیریابی ردیابی نیاز دارند - هر کدام 200-400 pH القایی انگلی اضافه می کنند - HACC221S15V500 مستقیماً روی حامل MMIC یا بستر هیبریدی هرمتیک ادغام می شود و مسیر اتصال را به حداقل می رساند.<100 میکرومتر سیم باند طلایی 25 میکرومتری (<50 pH ESL اضافی).
• حاشیه یک طرفه:حاشیه سرامیکی روی الکترود بالایی از نظر فیزیکی حاوی اپوکسی رسانا در حین اتصال قالب است که این امکان را فراهم می کند.مونتاژ تمام اتوماتیک با سرعت بالابدون خطر نقص اتصال کوتاه که طراحی خازن های بدون حاشیه را آزار می دهد. بدون بازسازی دستی، بدون افت بازده از پل اپوکسی.

برگه اطلاعات پارامتر جامع

ماتریس فنی مقایسه ای: HACC221S15V500 در مقابل جایگزین های صنعتی برای بای پس 50 ولت RF

مهندسی پشته متالیزاسیون لایه نازک

HACC221S15V500 از یکسیستم متالیزاسیون لایه نازک نامتقارن و با قابلیت اطمینان بالاکه به طور مستقل برای رابط های بالا (پیوند سیم) و پایین (اتصال قالب) بهینه شده است:

راهنمای مهندسی و مونتاژ پارامتر S برای یکپارچه سازی موج میلی متری

SOP اپوکسی نقره ای هادی Epotek H20E

• چسب:فناوری اپوکسی H20E (یا معادل اپوکسی رسانا پر از نقره).
• توزیع:2-5 nL در هر قالب با استفاده از میکرو دیسپنسر پنوماتیک. حاشیه سرامیکی لبه دار یک طرفه در الکترود بالایی از نظر فیزیکی حاوی اپوکسی اضافی است که از بالا رفتن مویرگی به صفحه باند طلا جلوگیری می کند.
• قرار دادن:نیروی کلت کمتر از 50 گرم با نوک سازگار. با استفاده از سیستم بینایی خودکار، تراز قالب را در ± 25 میکرومتر بررسی کنید.
• درمان:120 درجه سانتیگراد / 30 دقیقه (استاندارد) یا 150 درجه سانتیگراد / 15 دقیقه (درمان سریع). نرخ رمپ <10 درجه سانتیگراد در ثانیه. خنک شدن طبیعی به محیط قبل از اتصال سیم.

پارامترهای اتصال سیم طلا

• سیم:0.7-1.0 میل (18-25 میکرومتر) 99.99٪ سیم طلا.
• پیوند گوه ای:20-35 gf، 60-100 میلی وات اولتراسونیک، 20-50 میلی ثانیه، مرحله 120-150 درجه سانتیگراد.
• اتصال توپ:15-30 gf، 40-80 میلی وات اولتراسونیک، 10-30 میلی ثانیه، مرحله 150 درجه سانتیگراد.
• ترخیص:نقطه فرود باند باید ≥25 میکرومتر از لبه الکترود طلا (حاشیه سرامیکی) باشد.
• بازرسی:50× نوری. پیوندهایی با بیش از 25٪ تغییر شکل پد، دهانه های قابل مشاهده یا قرارگیری پیوند در 25 میکرومتر لبه الکترود را رد کنید.

گزینه مونتاژ فلیپ تراشه (برای بهینه سازی Ka-Band)

• UBM:Ni/Au یا Cu UBM الکترولس با برجستگی های لحیم SnAg (برای انواع دارای قابلیت فلیپ تراشه با کارخانه تماس بگیرید).
• کاهش ESL:نصب بر روی تراشه، اندوکتانس سیم باند را از بین می‌برد، ESL کل را به pH <25 کاهش می‌دهد و SRF را تا بیش از 35 گیگاهرتز افزایش می‌دهد.
• کم پر شدن:کم پر شدن مویرگی برای قابلیت اطمینان چرخه حرارتی توصیه می شود. برای به حداقل رساندن تلفات دی الکتریک mmWave، کم‌تلفات کم و کم Dk (<3.5 @ 40 GHz) را انتخاب کنید.
• مدل های پارامتر S:داده‌های .s2p دو پورت (100 مگاهرتز-40 گیگاهرتز) برای پیکربندی‌های سیمی و تراشه‌های تلنگر تحت NDA در دسترس است.

سوالات متداول

Q1: چگونه HACC221S15V500 به ولتاژ 50 ولت و 220 pF در فاصله 15 میلی‌متری دست می‌یابد - آیا معاوضه‌ای وجود دارد؟

یک مبادله عمدی طراحی بین وجود داردظرفیت خازنی و رتبه بندی ولتاژدر سکوی 15 میل. HACC221S15V500 (220 pF / 50 V) از یک لایه دی الکتریک COG/NPO کمی ضخیم تر در مقایسه با نوع 330 pF / 25 V استفاده می کند و مقداری چگالی خازنی را برای استحکام دی الکتریک بالاتر معامله می کند. ظرفیت خازن با ضخامت دی الکتریک معکوس مقیاس می شود (C = εε₀A/d)، در حالی که ولتاژ شکست به صورت خطی مقیاس می شود (V_BD= E_BD× د). این یک انتخاب طراحی عمدی است:220 pF حداکثر ظرفیت قابل دستیابی در ولتاژ 50 ولت در 15 میلی متر است.با استفاده از فرمول COG/NPO فعلی با حفظ حاشیه شکست 2.5× (> 125 V DWV). برای کاربردهایی که نیاز به ظرفیت خازنی بالاتر در ولتاژ پایین تر دارند، 330 pF / 25 V HACC331S15V250 با همان 15 میلی متر در دسترس است.

Q2: چه چیزی TDDB (خرابی دی الکتریک وابسته به زمان) را به معیار اطمینان حیاتی برای خازن‌های درجه فضایی تبدیل می‌کند و طول عمر بیش از 10 سال چگونه تأیید می‌شود؟

TDDB استمکانیسم شکست طولانی مدت غالببرای خازن های سرامیکی که در بایاس DC بالا و دمای بالا کار می کنند - دقیقاً شرایط موجود در شبکه های بایاس تخلیه بار ماهواره ای و GaN PA. بر خلاف خرابی آنی (تست DWV)، که نقص های فاحش را تشخیص می دهد، TDDB یکپدیده فرسودگی: تحت تنش میدان الکتریکی پایدار در دمای بالا، فضای خالی اکسیژن در مقیاس اتمی در شبکه COG/NPO مهاجرت می‌کند، در محل‌های نقص جمع می‌شود و در نهایت یک رشته نفوذی رسانا تشکیل می‌دهد که الکترودها را کوتاه می‌کند. این یک استفرآیند آماری- دستگاه‌های یک لات ویفر در زمان‌های مختلف پس از توزیع Weibull خراب می‌شوند.

روش اعتبارسنجی: دی الکتریک HACC221S15V500 با استفاده ازتست TDDB ولتاژ ثابت به ازای JEDEC JESD92. چندین جمعیت خازن در ولتاژهای شتاب (75 ولت، 100 ولت، 125 ولت) و دما (125 درجه سانتیگراد، 150 درجه سانتیگراد، 175 درجه سانتیگراد) تا زمان شکست تحت فشار قرار می گیرند. زمان‌های شکست با توزیع Weibull مناسب استمدل الکترونیکی (مدل شکست ترموشیمیایی)برای استخراج ضریب شتاب میدان (γ) و انرژی فعال سازی حرارتی (E_الف). سپس از این پارامترها برای پیش بینی طول عمر در شرایط استفاده (50 ولت، 125 درجه سانتیگراد) استفاده می شود. پیش بینی بیش از 10 سال در 50 V/125 درجه سانتی گراد بر اساسصفر خرابی در شرایط شتاببا محدودیت اطمینان 90 درصد گزارش‌های کامل صلاحیت TDDB با نمودارهای Weibull، فاکتورهای شتاب و پارامترهای E-model تحت NDA در دسترس هستند.

Q3: برای آرایه‌های فازی ارتباط ماهواره‌ای باند Ka (27-40 گیگاهرتز)، آیا باید از مونتاژ سیم‌پیوند یا فلیپ چیپ استفاده کنم؟

برایعملکرد باند کا (27-40 گیگاهرتز)، مونتاژ فلیپ تراشه اکیداً توصیه می شود. منطق: در 35 گیگاهرتز، راکتانس القایی سیم پیوند 50 pH تقریباً j11 Ω است - قابل مقایسه با راکتانس خازنی خازن 220 pF (-j21 Ω در 35 گیگاهرتز). این اندوکتانس اضافی SRF موثر را به سمت پایین تغییر می دهد و تغییر فاز وابسته به فرکانس را معرفی می کند که کالیبراسیون شکل دهی پرتو آرایه فازی را پیچیده می کند. نصب بر روی تراشه سیم اتصال را به طور کامل حذف می کند، کل ESL را به pH <25 کاهش می دهد و SRF موثر را به بیش از 35 گیگاهرتز می رساند - رفتار کاملا خازنی را در کل باند Ka تضمین می کند. برای کاربردهای باند Ku (12-18 گیگاهرتز) و باند K (18-27 گیگاهرتز)، اتصال سیم با SRF > 25 گیگاهرتز کاملاً کافی است. برای داده های مقایسه پارامتر S بین هر دو پیکربندی مونتاژ در فرکانس کاری خاص خود با تیم برنامه های ما تماس بگیرید.