خازن سرامیکی تک‌لایه با حاشیه 22 پیکوفاراد 60 ولت با ESR پایین برای ماهواره‌های باند Ka

خلاصه فنی فرکانس بالا

معماری تک‌لایه با لبه‌بندی یک‌طرفهHACC220S15V600 یک خازن سرامیکی بسیار کوچک و با قابلیت اطمینان بالا تک‌لایه با لبه‌بندی یک‌طرفه (SLC) است که برای مسدود کردن DC پهن‌باند، کوپلینگ RF و تطبیق امپدانس موج میلی‌متری در مدارهای هیبریدی فضایی و ارتباطات تجاری که بیشترین نیاز را دارند، طراحی شده است. این خازن با ظرفیت 55- درجه سانتی‌گراد تا 125 درجه سانتی‌گراد پیوسته و ولتاژ کاری پیوسته 60 ولت DC و ولتاژ شکست بیش از 150 ولت (250% ولتاژ نامی)، در ابعاد بسیار فشرده 15 میل × 15 میل (0.38 میلی‌متر × 0.38 میلی‌متر) با پروفیل بسیار کم 0.15 میلی‌متر (6 میل) بسته‌بندی شده است. این خازن برای عملکرد بی‌نقص از 0.8 گیگاهرتز تا 40.0 گیگاهرتز در باندهای S تا Ka طراحی شده است و برای محموله‌های ارتباطات ماهواره‌ای باند Ka (27-40 گیگاهرتز)، پایانه‌های کاربری آرایه فازی تجاری، بک‌هال 5G mmWave و سیستم‌های تلمتری فضایی که هر اتصال سیمی باید هرگز شکست نخورد و هر رابط اتصال باید بیش از 15 سال عملکرد پیوسته را تحمل کندپنجره فرآیند اتصال گسترده:

معماری تک‌لایه با لبه‌بندی یک‌طرفه دارای یک حاشیه سرامیکی عایق تمیز در اطراف الکترود طلای بالایی است - یک سد اپوکسی فیزیکی که از پل زدن خمیر نقره رسانا به کنتاکت بالایی در حین اتصال خودکار دای جلوگیری می‌کند. الکترود بالایی از TiW-Au با لایه طلای حداقل 4.0 میکرومتر بسیار ضخیم استفاده می‌کند که استحکام کششی اتصال سیم پیوسته بیش از 5.0 گرم نیرو را ارائه می‌دهد. الکترود پایینی از یک پشته TiW-Pt-Au استفاده می‌کند که در آن لایه سد پلاتین (Pt) کاملاً در لحیم آلیاژ یوتکتیک طلا-قلع (AuSn) نامحلول است - که سازگاری اتصال همه‌کاره واقعی را با اپوکسی رسانا (H20E)، لحیم‌کاری آلیاژ یوتکتیک AuSn (80/20) و اتصال دای نقره سینتر شده برای کاربردهای دمای بالا فراهم می‌کند.مزایای کلیدی عملکردقابلیت اتصال بی‌نقص و استحکام کششی بالا — طلای بسیار ضخیم 4.0 میکرومتر با انطباق استاندارد صنعتیقابلیت اطمینان اتصال سیم در خازن‌های تراشه‌ای 15 میلی‌متری (0.38 میلی‌متر) اساساً توسط

ضخامت پد اتصال طلا

محدود می‌شود. هنگامی که لایه طلا نازک است (

<2.5 میکرومتر)، انرژی اولتراسونیک اتصال گوه یا گوی ترموسونیک از طلا عبور کرده و دی‌الکتریک سرامیکی زیر آن را می‌شکند - یک نقص پنهان به نام "فرورفتگی زیرسطحی" که تست الکتریکی را پاس می‌کند اما پس از چرخه حرارتی باز می‌شود. HACC220S15V600 این حالت شکست را با حداقل لایه طلای خالص 4.0 میکرومتر اسپاتر شده بر روی پایه چسبنده TiW حذف می‌کند.عیوب فرورفتگی صفر: لایه طلای انعطاف‌پذیر 4.0 میکرومتر به طور مکانیکی 40-100 میلی‌وات انرژی اتصال اولتراسونیک را جذب می‌کند و آن را به صورت جانبی در کل ناحیه پد 80 میکرومتر × 80 میکرومتر توزیع می‌کند به جای اینکه آن را به صورت عمودی به زیرلایه سرامیکی 0.15 میلی‌متری منتقل کند. 100% تست نمونه کشش اتصال در هر لات ویفر - صفر شکست اتصال از طریق بیش از 15000 اتصال واجد شرایط.پنجره فرآیند اتصال گسترده:

• سازگار با اتصال گوه (20-40 گرم نیرو، 60-120 میلی‌وات، دمای 120-150 درجه سانتی‌گراد) و اتصال گوی (15-35 گرم نیرو، 40-100 میلی‌وات، دمای 150 درجه سانتی‌گراد) با استفاده از سیم طلای 18-25 میکرومتر در تمام پلتفرم‌های اتصال اصلی (K&S، F&K Delvotec، TPT، Hybond). ضخامت 4.0 میکرومتر حاشیه فرآیند مورد نیاز برای خطوط تولید با تنوع بالا را که پارامترهای اتصال بین دسته‌های مونتاژ به طور مکرر تغییر می‌کنند، فراهم می‌کند.آماده اتصال روبان طلا:
• لایه طلای بسیار ضخیم از اتصال روبان طلای 25 میکرومتر × 250 میکرومتر (1 میل × 10 میل) برای کاربردهای بای‌پس RF با جریان بالا در مراحل خروجی تقویت‌کننده توان GaN پشتیبانی می‌کند، جایی که اتصال روبان اندوکتانس اتصال را به <0.05 نانو‌هانری
• کاهش می‌دهد.معیارهای بازرسی بصری پس از اتصال:
• تحت بزرگنمایی 50 برابر، اتصال باید <25% تغییر شکل پد، بدون فرورفتگی قابل مشاهده، بدون پوسته‌پوسته‌شدن طلا، و مرکز اتصال ≥25 میکرومتر از لبه مرز سرامیکی نشان دهد. این معیارها بر روی 100% اتصالات در دستگاه‌های با قابلیت اطمینان بالا غربال شده تأیید می‌شوند.
• اتصال پایینی همه‌کاره — اپوکسی، یوتکتیک، یا نقره سینتر شدهخطوط مونتاژ فضایی و تجاری با قابلیت اطمینان بالا بسته به الزامات حرارتی و قابلیت اطمینان ماژول، از فناوری‌های مختلف اتصال دای استفاده می‌کنند. الکترود پایینی TiW-Pt-Au

HACC220S15V600 برای سازگاری جهانی با هر سه روش اتصال اصلی طراحی شده است:

اپوکسی نقره رسانا (Epotek H20E): استاندارد برای کاربردهای حساس به هزینه و دمای متوسط. پخت در دمای 120 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه. لایه سد Pt از مهاجرت یون نقره از اپوکسی به روکش طلا جلوگیری می‌کند - یک مکانیسم تخریب طولانی مدت شناخته شده در خازن‌های بدون لبه. توصیه شده برای: ارتباطات ماهواره‌ای تجاری، زیرساخت 5G، تجهیزات تست و اندازه‌گیری.لحیم‌کاری آلیاژ یوتکتیک AuSn (80/20): مورد نیاز برای کاربردهای با رسانایی حرارتی بالا (حامل‌های تقویت‌کننده توان GaN، ماژول‌های آرایه فازی پرقدرت). بازپخت در دمای 300-320 درجه سانتی‌گراد تحت گاز فرمینگ N2/H2. لایه سد پلاتین (Pt) فناوری کلیدی فعال‌کننده است

• : لحیم مذاب AuSn به سرعت الکترودهای طلای استاندارد را در عرض چند ثانیه در دمای بازپخت حل می‌کند و لایه چسبنده TiW را در معرض اکسیداسیون قرار می‌دهد. Pt از نظر ترمودینامیکی در برابر AuSn ایمن است - نه حل می‌شود و نه آلیاژهای بین فلزی تشکیل می‌دهد - و یک اتصال زمینی واقعی <10 میلی‌اهم
• را در طول چندین چرخه بازپخت حفظ می‌کند. توصیه شده برای: تقویت‌کننده‌های توان GaN-on-SiC، پایانه‌های آرایه فازی تجاری، فرستنده‌های ماهواره‌ای.اتصال دای نقره سینتر شده (Ag): فناوری نوظهور برای ماژول‌های نیمه‌هادی باند پهن بالای 300 درجه سانتی‌گراد. خمیر سینتر نقره که در دمای 250-300 درجه سانتی‌گراد تحت فشار اعمال می‌شود، یک اتصال نقره خالص با رسانایی حرارتی بیش از 60 وات بر متر کلوین تشکیل می‌دهد. سد Pt در برابر نفوذ متقابل Ag-Au در دماهای سینترینگ به همان اندازه مؤثر است. توصیه شده برای: ماژول‌های توان SiC، الکترونیک‌های صنعتی با دمای بالا در اعماق زمین/زیرسطحی، سیستم‌های کنترل موتور نسل بعدی.این سازگاری سه‌گانه نیاز به واجد شرایط کردن و نگهداری شماره قطعات خازن جداگانه برای خطوط مونتاژ مختلف را از بین می‌برد - یک ساده‌سازی قابل توجه در زنجیره تامین برای پیمانکاران چند برنامه.پایداری بالای TCC و VCC — دی‌الکتریک کلاس I COG/NPO
• HACC220S15V600 از دی‌الکتریک سرامیکی پارالکتریک کلاس I COG/NPO (C0G/NP0)

استفاده می‌کند - پایدارترین دی‌الکتریک خازن موجود. برخلاف دی‌الکتریک‌های کلاس II فروالکتریک (X7R، X5R) که تغییرات ظرفیت خازنی بزرگ و غیرخطی با دما و ولتاژ نشان می‌دهند، COG/NPO اساساً پارالکتریک است و بنابراین:

TCC: 0 ±30 ppm/°C

- ظرفیت خازنی کمتر از ±0.3% از دمای 55- درجه سانتی‌گراد تا +125 درجه سانتی‌گراد متغیر است. برای یک خازن 22 پیکوفارادی در باند Ka (35 گیگاهرتز)، این بدان معناست که امپدانس (±0.3%) و اتلاف بازگشتی S11 کمتر از 0.03 دسی‌بل در کل محدوده دما تغییر می‌کنند - که در کالیبراسیون سطح سیستم غیرقابل تشخیص است.VCC: <10 ppm/V

• - ضریب ولتاژ عملاً صفر. برخلاف X7R که 50-80% ظرفیت خازنی خود را تحت بایاس DC از دست می‌دهد (اثر قفل شدن دامنه فروالکتریک)، ظرفیت خازنی COG/NPO مستقل از ولتاژ DC اعمال شده است. در یک مدار بایاس تی که خازن ولتاژ کامل منبع تغذیه DC را می‌بیند، این بدان معناست که امپدانس کوپلینگ RF با و بدون بایاس DC یکسان است - بدون عدم تنظیم، بدون نیاز به بهینه‌سازی مجدد.
• بدون پیری: COG/NPO دارای نرخ پیری صفر است. ظرفیت خازنی X7R به صورت لگاریتمی با نرخ 3-5% در هر دهه ساعت به دلیل آرامش دامنه فروالکتریک کاهش می‌یابد - یک سیستم مستقر شده 10 ساله با خازن‌های X7R مقادیر ظرفیت خازنی 15-25% کمتر از مشخصات اصلی خود خواهد داشت. COG/NPO این انحراف طولانی مدت را کاملاً حذف می‌کند. ظرفیت خازنی اندازه‌گیری شده امروز برابر با ظرفیت خازنی اندازه‌گیری شده در سال 2036 است.جذب دی‌الکتریک بسیار کم (
• <0.1%): حیاتی برای مدارهای نمونه‌برداری و نگهداری با سرعت بالا و پیش‌تقویت‌کننده‌های حساس به بار که در آن اثرات حافظه دی‌الکتریک (خیساندن) باعث خطاهای ولتاژ می‌شوند. ماهیت پارالکتریک COG/NPO به معنای حفظ شارژ نزدیک به صفر پس از تخلیه است.برگه داده پارامتر جامعدسته مشخصات
• پارامتر فنیمقدار تضمین شدهشرایط تست

الکتریکی

عملکرد متالورژیکی

- خود طلا تحت تنش کششی پاره می‌شود، و (2)

شکست چسبندگی در رابط Au-TiW

- لایه طلا از لایه چسبنده جدا می‌شود. ضخامت 4.0 میکرومتر طلا هر دو را بهبود می‌بخشد: طلای ضخیم‌تر دارای سطح مقطع بزرگتر (80 میکرومتر × 4.0 میکرومتر = 320 میکرومتر مربع در مقابل 200 میکرومتر مربع برای 2.5 میکرومتر) است که مستقیماً نیروی مورد نیاز برای شکست همبند را 60% افزایش می‌دهد. مهمتر از آن، لایه طلای ضخیم‌تر انرژی اتصال اولتراسونیک را به صورت جانبی توزیع می‌کند به جای تمرکز آن در رابط Au-TiW، که از تشکیل ریز حفره‌های بین سطحی که شکست‌های جداشدگی چسبندگی را ایجاد می‌کنند، جلوگیری می‌کند. نتیجه یک بهبود اساسی در هر دو حالت شکست است که منجر به استحکام کششی معمول بیش از 5.0 گرم نیرو در مقابل 2-3 گرم نیرو برای الکترودهای با ضخامت استاندارد می‌شود.س2: چرا سد Pt (پلاتین) اتصال پایینی سه‌گانه را امکان‌پذیر می‌سازد؟هر روش اتصال به طور متفاوتی با الکترودهای طلای استاندارد برخورد می‌کند: لحیم AuSn طلا را در عرض چند ثانیه در دمای 300-320 درجه سانتی‌گراد حل می‌کند؛

اپوکسی نقره

مهاجرت یون‌های Ag+ را به شبکه طلا در طول سال‌ها بایاس DC امکان‌پذیر می‌سازد؛ نقره سینتر شده نفوذ متقابل Ag-Au را در دمای 250-300 درجه سانتی‌گراد هدایت می‌کند. پلاتین (Pt) به طور منحصر به فرد در برابر هر سه ایمن است: دارای حلالیت صفر در قلع مذاب است (برخلاف طلا که حدود 5% اتمی در قلع در دمای 300 درجه سانتی‌گراد حلالیت دارد)، ^{آلیاژهای بین فلزی با نقره تشکیل نمی‌دهد} (برخلاف Au-Ag که یک محلول جامد کامل تشکیل می‌دهد)، و ضریب نفوذ خود آن 104 برابر کمتر از طلا در دماهای لحیم‌کاری است. لایه Pt تنها 100-200 نانومتر ضخامت دارد - برای جریان‌های RF نامرئی است - اما در برابر هر سه مکانیزم تخریب نفوذناپذیر است.س3: چگونه VCC نزدیک به صفر COG/NPO به طور خاص به محموله‌های ماهواره‌ای باند Ka سود می‌رساند؟در یک فرستنده ماهواره‌ای باند Ka (27-40 گیگاهرتز)، خازن‌های مسدود کننده DC در مراحل LNA، میکسر و PA به طور مداوم با ولتاژ بایاس DC کامل روبرو هستند. با خازن‌های X7R، از دست دادن 50-80% ظرفیت خازنی تحت بایاس DC، امپدانس کوپلینگ را تغییر می‌دهد و شبکه‌های تطبیق بین مرحله‌ای را صدها مگاهرتز عدم تنظیم می‌کند - که نیاز به بهینه‌سازی مجدد در هر شرایط بایاس دارد. با COG/NPO (یک طرح شبکه تطبیق برای همه شرایط بایاس کار می‌کند)، و عملکرد ماهواره در مدار پس از 15 سال با کالیبراسیون قبل از پرتاب آن یکسان است. برای اپراتور ماهواره، این نیاز به تنظیم مجدد در مدار را از بین می‌برد و اطمینان می‌دهد که مشخصات عملکرد RF برای کل عمر ماموریت برآورده می‌شود.راهنمای مهندسی و مونتاژ پارامتر S

ماتریس انتخاب اتصال دای

روش<10 ppmV VCC), the 22 pF capacitance changes by <0.02% from 0 to 60 V—a negligible impedance shift at 35 GHz. This means فرآیندرسانایی حرارتیبهترین برای