خازن های MOS رسانایی حرارتی بالا AuSn پشت 20V خازن های تراکم بالا تراکم واحد RF

خازن MOS پشت طلا-قلع (AuSn) HACC101S20V101 100pF 20V با هدایت حرارتی بالا، تک لایه، برای توان RF

خازن MOS مهندسی حرارتی HACC101S20V101: 100pF 20V با پشت طلا-قلع (AuSn) برای کاربردهای توان RF

HACC101S20V101 یک خازن MOS تک لایه 100pF ±10% با ولتاژ نامی 20V DC است که بر روی سیلیکون شناور (بیش از 1000 اهم-سانتی متر) با SiO حرارتی 300 نانومتری ساخته شده است. _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} دی الکتریک. ابعاد تراشه 0.50 میلی متر * 0.50 میلی متر * 0.15 میلی متر با فلزکاری بالایی TiW-Au (حداقل 2.5 میکرومتر طلا) و پشت TiW-Pt-Au (حداقل 1.0 میکرومتر طلا) است. یک لایه پیش‌رسوب یوتکتیک اختیاری 80Au/20Sn (ضخامت 3-5 میکرومتر) در پشت برای مشتریانی که از فرآیندهای اتصال تراشه بدون فلاکس یوتکتیک استفاده می‌کنند، موجود است.

1. فیزیک مقاومت حرارتی در مجموعه خازن تراشه

درک مقاومت حرارتی اتصال به حامل (θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.}) در یک خازن تراشه نیازمند تجزیه و تحلیل مقاومت‌های حرارتی سری از محل تولید گرما تا هیت سینک است. کل θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.} دارای سه جزء اصلی است:

• مقاومت پخش در زیرلایه سیلیکونی (R_spread): گرما تولید شده در دی الکتریک SiO _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} و الکترود بالایی باید از طریق زیرلایه سیلیکونی 150 میکرومتری پخش شود تا به پشت برسد. هدایت حرارتی سیلیکون 148 وات بر متر-کلوین در دمای 300 کلوین، مقاومت پخش تقریبی 8 کلوین بر وات را برای تراشه 0.50 میلی متر * 0.50 میلی متر ایجاد می‌کند. این مهمترین عامل در θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.} است. برای مقایسه، یک زیرلایه آلومینا (24 وات بر متر-کلوین) تقریباً 60 کلوین بر وات را شامل می‌شود - جریمه‌ای 7.5 برابری - که توضیح می‌دهد چرا خازن‌های لایه نازک روی حامل‌های سرامیکی ذاتاً θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.} بالاتری نسبت به خازن‌های MOS سیلیکونی دارند.
• فلزکاری پشت و مقاومت رابط (R_interface): لایه طلای پشت 1.0 میکرومتری دارای مقاومت حرارتی حجمی ناچیز است (حدود 0.001 کلوین بر وات). مقاومت مرز حرارتی در رابط Au-to-AuSn، هنگامی که به درستی آماده شود، کمتر از 10^-8 متر مربع-کلوین بر وات است و برای مساحت تراشه 0.25 میلی متر مربع کمتر از 0.04 کلوین بر وات را شامل می‌شود.
• مقاومت خط اتصال (R_attach): این متغیرترین عامل است و به شدت به انتخاب مواد بستگی دارد. برای یک خط اتصال با ضخامت 5 میکرومتر: یوتکتیک AuSn (57 وات بر متر-کلوین) حدود 0.35 کلوین بر وات تولید می‌کند؛ اپوکسی رسانای نقره (معمولاً 5 وات بر متر-کلوین) حدود 4 کلوین بر وات تولید می‌کند؛ لحیم استاندارد PbSn (50 وات بر متر-کلوین) حدود 0.4 کلوین بر وات تولید می‌کند اما با RoHS مطابقت ندارد. گزینه پیش‌رسوب AuSn یک خط اتصال کنترل شده، نازک و بدون حفره را تضمین می‌کند که این عامل را به حداقل می‌رساند.

θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.} کل اندازه‌گیری شده برای تراشه 0.50 میلی متری با اتصال AuSn به حامل CuMo کمتر از 30 کلوین بر وات است که با مجموع این سه عامل به علاوه حاشیه کوچکی برای عدم قطعیت اندازه‌گیری و حفره‌های خط اتصال مطابقت دارد.

2. روش‌شناسی و قابلیت اطمینان کاهش توان RF

قابلیت تحمل توان RF یک عدد واحد نیست - بلکه به فرکانس، چرخه وظیفه، دمای محیط و طول عمر قابل قبول بستگی دارد. HACC101S20V101 برای پشتیبانی از کاهش توان آگاهانه مشخص شده است:

• کاهش ولتاژ: رتبه پیوسته 20 ولت DC حاشیه 5:1 را به استحکام شکست دی الکتریک بیش از 100 ولت ارائه می‌دهد. برای کاربردهای RF، ولتاژ پیک (V_peak = V_{DC_bias} + V_{RF_amplitude}) نباید از رتبه 20 ولت تجاوز کند. در یک سیستم 50 اهم بدون بایاس DC، این معادل 4 وات توان RF پیوسته (V_peak = رادیکال (2PR) = رادیکال (2*4*50) = 20 ولت) است. برای سیگنال‌های مدوله شده با نسبت پیک به متوسط 8-10 دسی بل (معمول برای 5G OFDM)، توان متوسط در همان حد ولتاژ پیک می‌تواند 6-10 برابر کمتر، یا تقریباً 0.4-0.7 وات متوسط باشد.
• کاهش جریان: ESR در 1 گیگاهرتز معمولاً کمتر از 0.1 اهم است. در 0.5 آمپر RMS (12.5 وات در 50 اهم)، گرمایش I²R برابر 25 میلی‌وات است. با θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.} < 30 کلوین بر وات، این باعث افزایش دمای اتصال کمتر از 0.75 درجه سانتیگراد بالاتر از حامل می‌شود - برای اکثر کاربردها ناچیز است. جریان پیوسته تا 1.0 آمپر RMS (اتلاف 50 میلی‌وات، افزایش حدود 1.5 درجه سانتیگراد) کاملاً در ناحیه عملیاتی ایمن قرار دارد.
• کاهش دما: حداکثر دمای اتصال 125 درجه سانتیگراد است. در دمای حامل 85 درجه سانتیگراد (معمول برای پالت‌های تقویت کننده توان ایستگاه پایه)، افزایش دمای مجاز 40 درجه سانتیگراد است که معادل حداکثر اتلاف توان 1.3 وات است (θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.} * ΔT = 30 * 40 = 1.2 وات، با گرد کردن محافظه‌کارانه). این بسیار بالاتر از اتلاف معمول در هر کاربرد بای‌پس یا مسدود کننده DC عملی است.
• قابلیت اطمینان چرخه توان: چرخه حرارتی مکرر ناشی از اتلاف توان می‌تواند باعث خستگی در خط اتصال تراشه شود. اتصالات یوتکتیک AuSn که تحت 100,000 چرخه توان (ΔT_=40°C = 40 درجه سانتیگراد، دوره 30 ثانیه) آزمایش شدند، کمتر از 10% افزایش در θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.} نشان دادند که نشان دهنده تخریب حداقل خط اتصال است. آلیاژ انعطاف‌پذیر AuSn از طریق آرامش خزشی، بدون تجمع حفره یا جدا شدن، تنش چرخه‌ای را تحمل می‌کند.

3. متالورژی یوتکتیک AuSn و ادغام فرآیند

سیستم یوتکتیک 80Au/20Sn (نقطه ذوب 280 درجه سانتیگراد) به طور گسترده در مونتاژ هیبریدی با قابلیت اطمینان بالا استفاده می‌شود. درک متالورژی آن به بهینه‌سازی فرآیند مونتاژ کمک می‌کند:

• ترکیب فاز: ریزساختار یوتکتیک شامل مخلوطی لاملار ریز از ترکیبات بین فلزی Au₅Sn (فاز ζ) و AuSn (فاز δ) است. هر دو فاز از نظر ترمودینامیکی پایدار هستند و در طول عملیات طولانی مدت در دمای بالا دچار درشتی ریزساختار قابل توجهی نمی‌شوند. فاز Au₅Sn استحکام مکانیکی را فراهم می‌کند، در حالی که فاز AuSn انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کند.
• کنترل کیفیت پیش‌رسوب: لایه 3-5 میکرومتری AuSn در پشت تراشه با تبخیر حرارتی با یکنواختی ضخامت ±10% در سراسر ویفر رسوب داده می‌شود. ترکیب توسط فلورسانس اشعه ایکس (XRF) بر روی نمونه‌های شاهد از هر مرحله رسوب تأیید می‌شود. نسبت وزنی Au:Sn برای اطمینان از رفتار ذوب یوتکتیک بدون محدوده خمیری گسترده، روی 80:20 ±2% کنترل می‌شود.
• پنجره فرآیند بازپخت: دمای اوج بازپخت باید 300-320 درجه سانتیگراد (20-40 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه یوتکتیک 280 درجه سانتیگراد) باشد. زمان بالای مایع باید 30-60 ثانیه باشد. اتمسفر گاز فرمینگ (95% N _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} / 5% H _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} ) از اکسیداسیون قلع جلوگیری می‌کند. نیازی به فلاکس نیست - هیدروژن موجود در گاز فرمینگ هرگونه اکسید قلع طبیعی را روی سطح پیش‌رسوب شده کاهش می‌دهد. غلظت اکسیژن در محفظه بازپخت باید کمتر از 10ppm حفظ شود.
• تشکیل بین فلزی در رابط طلا: در طول بازپخت، یوتکتیک AuSn مایع مقدار کمی طلا را از هر دو سطح پشت تراشه و پد زیرلایه حل می‌کند و ترکیب را کمی به سمت سمت غنی از طلا یوتکتیک تغییر می‌دهد. این منجر به تشکیل یک لایه نازک از Au₅Sn اولیه در هر دو رابط پس از انجماد می‌شود که در واقع اتصال را تقویت می‌کند. انحلال بیش از حد طلا (بیش از 5 میکرومتر از هر سطح) می‌تواند دمای مایع را افزایش دهد، بنابراین ضخامت کل طلا در هر دو سطح جفت شونده در طراحی فرآیند در نظر گرفته می‌شود.

ویژگی‌های کلیدی

• هدایت حرارتی برتر: زیرلایه سیلیکونی 148 وات بر متر-کلوین مقاومت پخش را به حداقل می‌رساند (8 کلوین بر وات). خط اتصال AuSn با 57 وات بر متر-کلوین مقاومت حرارتی 10 برابر کمتر از اپوکسی رسانا را فراهم می‌کند. θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.} کل کمتر از 30 کلوین بر وات. 100 هزار چرخه توان با کمتر از 10% تخریب θ_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.}.
• تحمل توان RF بالا: رتبه 20 ولت DC با شکست بیش از 100 ولت (حاشیه 5:1). ESR <0.1 اهم @ 1 گیگاهرتز گرمایش I²R را کمتر از 50 میلی‌وات در 1 آمپر RMS محدود می‌کند. حداکثر دمای اتصال 125 درجه سانتیگراد امکان اتلاف 1.2 وات در دمای حامل 85 درجه سانتیگراد با اتصال AuSn را فراهم می‌کند.
• پشت پیش‌رسوب AuSn: لایه یوتکتیک 80Au/20Sn 3-5 میکرومتری، یکنواختی ضخامت ±10%، ترکیب تأیید شده با XRF. بازپخت بدون فلاکس در دمای 300-320 درجه سانتیگراد در گاز N _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} 2 _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} . برش تراشه >2.5 کیلوگرم نیرو. کمتر از 5% ناحیه حفره با بازرسی اشعه ایکس.
• پایداری دی الکتریک SiO _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} : گرمایش دی الکتریک نزدیک به صفر (tan δ <0.001 @ 1 گیگاهرتز). بدون خطر فرار حرارتی - نشتی در هر 30-40 درجه سانتیگراد دو برابر می‌شود در مقابل فرار نمایی در برخی دی الکتریک‌های فروالکتریک.
• ESL نزدیک به صفر: ESL ذاتی تراشه کمتر از 0.05 نانوفاراد، SRF >8 گیگاهرتز برای مقدار 100 پیکوفاراد.

مشخصات الکتریکی (T = 25 درجه سانتیگراد مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد)

انتخاب ماده حامل:

ماده حامل زیر تراشه به طور قابل توجهی بر مقاومت حرارتی کل از اتصال تا محیط تأثیر می‌گذارد. CuMo (7-9 ppm/°C CTE، 160-180 وات بر متر-کلوین) بهترین ترکیب تطابق CTE با سیلیکون و هدایت حرارتی را فراهم می‌کند. سرامیک AlN (4.5 ppm/°C CTE، 170 وات بر متر-کلوین) جایگزینی برای فرآیندهای سازگار با آلومینا است. مس-تنگستن (CuW، 6-9 ppm/°C CTE، 180-200 وات بر متر-کلوین) هدایت حرارتی کمی بالاتر را با افزایش وزن و هزینه ارائه می‌دهد.جفت‌گیری حرارتی تراشه‌های متعدد:

در ماژول‌های چند تراشه‌ای، دستگاه‌های توان مجاور (GaN HEMTs، ترانزیستورهای LDMOS) می‌توانند دمای حامل محلی را به میزان قابل توجهی بالاتر از دمای محیط سیستم افزایش دهند. هنگام قرار دادن خازن‌های بای‌پس در نزدیکی ترانزیستورهای توان، شیب دمای جانبی در سراسر حامل را در نظر بگیرید. یک دستورالعمل محافظه‌کارانه این است که حداقل یک عرض تراشه (0.50 میلی متر) فاصله بین خازن و پشت دستگاه توان را حفظ کنید تا از گرمایش رسانایی بیش از حد از طریق حامل جلوگیری شود.ظرفیت جریان سیم اتصال:

یک سیم اتصال طلای منفرد با قطر 25 میکرومتر دارای جریان ذوب تقریباً 0.8 آمپر DC است. برای جریان‌های RF بالاتر از 0.5 آمپر RMS، از دو سیم اتصال موازی استفاده کنید که همچنین اندوکتانس را نصف می‌کند. در 1 گیگاهرتز، عمق پوست در طلا تقریباً 2 میکرومتر است - کل مقطع سیم 25 میکرومتری جریان را حمل می‌کند، بنابراین اثر پوست به طور قابل توجهی ظرفیت حمل جریان را کاهش نمی‌دهد.کاربردهای معمول

شبکه‌های تطبیق خروجی تقویت‌کننده توان GaN-on-SiC که در آن دمای پایه به 85 درجه سانتیگراد می‌رسد و اتلاف خازن باید با حداقل افزایش دما دفع شود.

• شبکه‌های بایاس سوئیچ RF با توان بالا در سیستم‌های دوپلکس تقسیم زمانی (TDD) با چرخه‌های وظیفه بالا در هر شاخه.
• فرستنده‌های رادیویی نقطه به نقطه مایکروویو که در توان خروجی 1-10 وات CW کار می‌کنند.
• مولدهای پلاسما RF صنعتی (باندهای ISM 13.56 مگاهرتز، 27.12 مگاهرتز) با مراحل خروجی چند صد وات.
• جداسازی منبع تغذیه ماژول‌های T/R آرایه فازی با مسیرهای حرارتی محدود.
• واحدهای رادیویی از راه دور زیرساخت بی‌سیم (RRU) با خنک‌کننده همرفتی غیرفعال در محفظه‌های بیرونی.
• نکات فرآیند مونتاژ

پشت استاندارد:

پیش‌فرم یا خمیر لحیم AuSn را اعمال کنید، در دمای اوج 300-320 درجه سانتیگراد در گاز فرمینگ N2 _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} 2 _{بازپخت کنید. به طور متناوب، اپوکسی رسانای پر شده با نقره (طبق پروفایل سازنده، معمولاً 150 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت پخت کنید).} پشت پیش‌رسوب AuSn: تراشه را مستقیماً روی پد آبکاری شده با طلا قرار دهید، بدون لحیم یا فلاکس اضافی بازپخت کنید. اتصال سیم: اتصال توپ ترموسونیک طلای 25 میکرومتری در دمای 120-150 درجه سانتیگراد، نیروی 25-35 گرم نیرو، استحکام کششی >6 گرم نیرو. برای جریان‌های RF بالاتر از 0.5 آمپر RMS، از دو سیم اتصال موازی 25 میکرومتری استفاده کنید. بازرسی: اشعه ایکس برای تأیید حفره اتصال تراشه، اپتیکی برای موقعیت سیم اتصال و یکپارچگی پاشنه.برای داده‌های اندازه‌گیری θ

JC_{، گزارش‌های قابلیت اطمینان چرخه توان، یا پشتیبانی ادغام فرآیند AuSn با ما تماس بگیرید.}