CTE Capacitors MOS Ultra High SRF 15V Single Layer Capacitor Chip برای مایکروسیستم های ترکیبی

خازن MOS منطبق بر ضریب انبساط حرارتی HACC101S15V500 100pF 15V تک لایه فوق العاده بالا SRF برای مدارهای هیبریدی

خازن MOS منطبق بر CTE HACC101S15V500: 100pF 15V با رزونانس خودی فوق العاده بالا و گزینه‌های پشتی دوگانه

HACC101S15V500 یک خازن MOS تک لایه 100pF ±10% با ولتاژ نامی 15V DC است که بر روی سیلیکون شناور (بیش از 1000 اهم بر سانتی‌متر) با SiO حرارتی 300 نانومتری ساخته شده است._{برای تجزیه و تحلیل سازگاری CTE برای ماده حامل خاص خود، پشتیبانی بهینه‌سازی SRF، یا راهنمایی انتخاب فلزکاری پشتی با ما تماس بگیرید.} دی الکتریک. ابعاد تراشه 0.50 میلی‌متر * 0.50 میلی‌متر * 0.15 میلی‌متر با فلزکاری بالایی TiW-Au (حداقل 2.5 میکرومتر Au). پشت تراشه در دو پیکربندی موجود است: استاندارد TiW-Pt-Au برای اتصال تراشه با لحیم یوتکتیک و اپوکسی رسانا، یا یک روکش اختیاری فقط طلایی که برای ترشوندگی اپوکسی نقره‌ای پر شده بهینه شده است.

1. تطابق ضریب انبساط حرارتی در مونتاژهای هیبریدی

تنش حرارتی مکانیکی یکی از دلایل اصلی خرابی خازن در مدارهای هیبریدی است که در معرض چرخه حرارتی قرار می‌گیرند. عدم تطابق ضریب انبساط حرارتی (CTE) بین تراشه خازن و زیرلایه حامل، تنش برشی را در خط اتصال تراشه در طول هر تغییر دما ایجاد می‌کند. HACC101S15V500 این تنش را از طریق انتخاب مواد به حداقل می‌رساند:

• CTE سیلیکون (2.6 ppm/°C): سیلیکون تک کریستال دارای CTE 2.6 ppm/°C در 300K است که آن را به یک تطابق عالی CTE با مواد حامل رایج مورد استفاده در هیبریدهای RF و مایکروویو تبدیل می‌کند. آلومینا (Al_{برای تجزیه و تحلیل سازگاری CTE برای ماده حامل خاص خود، پشتیبانی بهینه‌سازی SRF، یا راهنمایی انتخاب فلزکاری پشتی با ما تماس بگیرید.}O₃, 6.7 ppm/°C) عدم تطابق CTE به میزان 4.1 ppm/°C را ایجاد می‌کند - تقریباً نیمی از عدم تطابق یک خازن سرامیکی تیتانات باریم معمولی (CTE ~10 ppm/°C) بر روی همان حامل. نیترید آلومینیوم (AlN، 4.5 ppm/°C) با اختلاف 1.9 ppm/°C حتی بهتر تطابق دارد. برای کمترین تنش، کامپوزیت‌های مس-مولیبدن (CuMo، 7-9 ppm/°C) و مس-تنگستن (CuW، 6-9 ppm/°C) می‌توانند برای نزدیک شدن به CTE سیلیکون در حالی که هدایت حرارتی بالا را حفظ می‌کنند، فرموله شوند.
• تطبیق تنش در خط اتصال: حتی با تطابق نزدیک CTE، یک تنش برشی محدود در سراسر رابط اتصال تراشه در طول چرخه حرارتی ایجاد می‌شود. بزرگی تنش متناسب با Δα * ΔT * E است._اتصال * (طول تراشه / ضخامت خط اتصال)، که در آن Δα عدم تطابق CTE، ΔT محدوده دما و E است._اتصال مدول الاستیک ماده اتصال تراشه است. یوتکتیک AuSn (E ≈ 70 GPa) نسبتاً سفت است و بیشترین بهره را از تطابق نزدیک CTE می‌برد. اپوکسی رسانا (E ≈ 5-10 GPa) انعطاف‌پذیرتر است و می‌تواند عدم تطابق‌های بزرگتر CTE را بدون جدا شدن تحمل کند، اما با هزینه مقاومت حرارتی بالاتر.
• صلاحیت چرخه حرارتی: تراشه‌های مونتاژ شده بر روی حامل‌های آلومینا با اتصال AuSn از طریق 500 چرخه از -65 درجه سانتی‌گراد تا +150 درجه سانتی‌گراد (ΔT = 215 درجه سانتی‌گراد) بدون مشاهده جدا شدن توسط میکروسکوپ صوتی اسکن (SAM) و با کمتر از 2% تغییر ظرفیت آزمایش شده‌اند. این عملکرد توسط عدم تطابق CTE ذاتاً کم سیستم مواد سیلیکون روی سرامیک امکان‌پذیر شده است.

2. فرکانس رزونانس خودی فوق العاده بالا از طریق حداقل اندوکتانس پارازیتی

فرکانس رزونانس خودی (SRF) یک خازن - فرکانسی که در آن اندوکتانس سری پارازیتی با ظرفیت خازنی تشدید می‌شود، و بالاتر از آن جزء رفتار سلفی دارد - حداکثر فرکانس قابل استفاده برای کاربردهای بای‌پس و کوپلینگ را تعیین می‌کند. HACC101S15V500 از طریق معماری تک لایه خود به SRF فوق العاده بالا دست می‌یابد:

• محاسبه SRF: برای مقدار 100pF با ESL تراشه ذاتی کمتر از 0.05nH، رزونانس خودی در سطح تراشه در f رخ می‌دهد._SRF = 1/(2π√(LC)) ≈ 1/(2π√(0.05*10⁻⁹ * 100*10⁻¹²)) ≈ 2.25GHz برای خود تراشه. با این حال، در یک مونتاژ عملی، اندوکتانس سیم اتصال (تقریباً 0.35nH برای سیم طلای 25 میکرومتری به طول 0.5 میلی‌متر) غالب است. سپس SRF سیستم تقریباً 1/(2π√(0.4*10⁻⁹ * 100*10⁻¹²)) ≈ 800MHz است - هنوز هم در محدوده قابل استفاده برای بسیاری از کاربردهای RF قرار دارد.
• افزایش SRF: برای کاربردهایی که به SRF بالاتر از 2 گیگاهرتز نیاز دارند، سیم‌های اتصال موازی متعدد اندوکتانس مؤثر را به طور متناسب کاهش می‌دهند. دو سیم اتصال موازی اندوکتانس را به حدود 0.2nH نصف می‌کنند و SRF را به حدود 1.1 گیگاهرتز منتقل می‌کنند. سه سیم آن را به حدود 0.13nH کاهش می‌دهند، با SRF نزدیک به 1.4 گیگاهرتز. اتصال نواری (به عنوان مثال، روبان طلای 25 میکرومتر * 75 میکرومتر) یک اتصال کم اندوکتانس جایگزین با تقریباً 0.2nH/mm ارائه می‌دهد - تقریباً نیمی از اندوکتانس یک سیم گرد با سطح مقطع معادل.
• مقایسه با MLCC: یک MLCC معمولی 100pF در بسته 0402 دارای ESL تقریباً 0.4-0.6nH است - یک مرتبه بزرگی بالاتر از ESL تراشه ذاتی HACC101S15V500. بنابراین SRF MLCC حتی قبل از در نظر گرفتن اندوکتانس اضافی مسیرهای PCB و ویاها، به حدود 600-800 مگاهرتز محدود می‌شود. برای کاربردهای بالاتر از 1 گیگاهرتز، خازن MOS تک لایه مزیت واضحی در پهنای باند قابل استفاده ارائه می‌دهد.

3. گزینه‌های فلزکاری پشتی بهینه شده برای روش‌های مختلف اتصال تراشه

فلزکاری پشتی مستقیماً بر کیفیت اتصال تراشه، مقاومت حرارتی و قابلیت اطمینان طولانی مدت تأثیر می‌گذارد. HACC101S15V500 دو پیکربندی پشتی را برای مطابقت با فرآیند مونتاژ مشتری ارائه می‌دهد:

• پشتی استاندارد TiW-Pt-Au: یک لایه چسبندگی/مانع TiW به ضخامت 100 نانومتر، به دنبال آن یک مانع پلاتین (Pt) به ضخامت 100 نانومتر، با یک لایه بیرونی طلا حداقل 1.0 میکرومتر. مانع Pt برای کاربردهای اپوکسی نقره‌ای پر شده حیاتی است: بدون آن، یون‌های نقره از اپوکسی می‌توانند به لایه طلا نفوذ کرده و در دماهای بالا ترکیبات بین فلزی Au-Ag تشکیل دهند که شکننده هستند و می‌توانند استحکام برشی تراشه را در طول زمان کاهش دهند. لایه Pt از نظر شیمیایی نسبت به طلا و نقره بی‌اثر است و به عنوان یک مانع نفوذ مؤثر عمل می‌کند. برای اتصال لحیم یوتکتیک، لایه بیرونی طلا در طول لحیم کاری مجدد در لحیم AuSn حل می‌شود و مانع Pt را در معرض دید قرار می‌دهد که دست نخورده باقی می‌ماند و از رسیدن لحیم به لایه چسبندگی TiW جلوگیری می‌کند.
• پشتی فقط طلایی (اختیاری): برای مشتریانی که منحصراً از لحیم یوتکتیک AuSn استفاده می‌کنند، پشتی فقط طلایی (بدون Pt یا TiW، ضخامت طلا حداقل 2.5 میکرومتر) موجود است. لایه طلای ضخیم‌تر حجم لحیم کاری بیشتری را برای فرآیند لحیم کاری مجدد AuSn فراهم می‌کند و از ترشوندگی کامل اطمینان حاصل می‌کند، حتی اگر مقداری طلا با انحلال در لحیم مذاب مصرف شود. این گزینه برای اتصال اپوکسی به دلیل عدم وجود مانع نفوذ Pt توصیه نمی‌شود.
• آماده‌سازی سطح و ترشوندگی: سطوح طلا در برابر آلودگی آلی ناشی از قرار گرفتن در معرض هوا حساس هستند که می‌تواند ترشوندگی لحیم را کاهش دهد. تراشه‌ها بلافاصله پس از رسوب‌گذاری پشتی در کیسه‌های مانع رطوبت مهر و موم شده در خلاء بسته‌بندی می‌شوند. برای بهترین نتایج، اتصال تراشه باید ظرف 72 ساعت پس از باز کردن بسته مهر و موم شده انجام شود. در صورت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض هوا، یک تمیز کردن کوتاه با پلاسمای اکسیژن (50 وات، 30 ثانیه) سطح طلا را بدون آسیب رساندن به فلزکاری، به حالت قابل تر شدن باز می‌گرداند.

ویژگی‌های کلیدی

• تطابق کامل CTE: CTE سیلیکون 2.6 ppm/°C به شدت با حامل‌های آلومینا (6.7)، AlN (4.5)، CuMo (7-9) و CuW (6-9) مطابقت دارد. 500 چرخه حرارتی (-65 درجه سانتی‌گراد تا +150 درجه سانتی‌گراد) با کمتر از 2% تغییر ظرفیت و بدون جدا شدن قابل تشخیص توسط SAM.
• SRF فوق العاده بالا: ESL تراشه ذاتی کمتر از 0.05nH منجر به SRF در سطح تراشه بالاتر از 2.2 گیگاهرتز برای 100pF می‌شود. سیم‌های اتصال موازی یا اتصال نواری SRF سیستم را بالاتر از 1 گیگاهرتز می‌برند. 10 برابر ESL کمتر از MLCC با ظرفیت معادل در بسته 0402.
• گزینه‌های فلزکاری پشتی دوگانه: TiW-Pt-Au برای سازگاری جهانی با اپوکسی و لحیم با مانع نفوذ Pt. گزینه فقط طلایی برای خطوط اتصال یوتکتیک AuSn اختصاصی با حجم لحیم کاری افزایش یافته.
• دی‌الکتریک SiO_{برای تجزیه و تحلیل سازگاری CTE برای ماده حامل خاص خود، پشتیبانی بهینه‌سازی SRF، یا راهنمایی انتخاب فلزکاری پشتی با ما تماس بگیرید.}: اکسید حرارتی با افت ظرفیت صفر در بایاس DC، tan δ کمتر از 0.001 در 1 گیگاهرتز و +35ppm/°C TCC.
• تست در سطح ویفر: 100% پروب DC برای ظرفیت خازنی، نشتی در ولتاژ نامی و ولتاژ شکست قبل از برش.

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

راهنمای سازگاری CTE

کاربردهای معمول

• مدارهای هیبریدی بر روی زیرلایه‌های آلومینا یا AlN که نیاز به تطابق نزدیک CTE برای چرخه حرارتی با قابلیت اطمینان بالا دارند
• بای‌پس مایکروویو پهن باند بالاتر از 1 گیگاهرتز که در آن رزونانس خودی MLCC پهنای باند قابل استفاده را محدود می‌کند
• ماژول‌های RF بسته‌بندی شده هرمتیک (پایه HTCC/LTCC) که در آن تطابق CTE خازن به بسته از تنش درزگیر درب جلوگیری می‌کند
• ماژول‌های T/R فازی بر روی حامل‌های CuMo که در معرض نوسانات دمای محیطی وسیع در تاسیسات بیرونی قرار دارند
• سیستم‌های RF برودتی (به عنوان مثال، زنجیره‌های خوانش محاسبات کوانتومی که در دمای 4 کلوین کار می‌کنند) که در آن انقباض دیفرانسیلی بین اجزا باید مدیریت شود

دستورالعمل‌های مونتاژ

اتصال تراشه: پشتی TiW-Pt-Au سازگار با یوتکتیک AuSn (300-320 درجه سانتی‌گراد، N_{برای تجزیه و تحلیل سازگاری CTE برای ماده حامل خاص خود، پشتیبانی بهینه‌سازی SRF، یا راهنمایی انتخاب فلزکاری پشتی با ما تماس بگیرید.}/H_{برای تجزیه و تحلیل سازگاری CTE برای ماده حامل خاص خود، پشتیبانی بهینه‌سازی SRF، یا راهنمایی انتخاب فلزکاری پشتی با ما تماس بگیرید.}) و اپوکسی رسانای نقره‌ای (پخت 150 درجه سانتی‌گراد). پشتی فقط طلایی فقط برای یوتکتیک AuSn.اتصال سیم: اتصال توپ طلای 25 میکرومتری یا اتصال گوه آلومینیومی. برای بهینه‌سازی SRF بالاتر از 1 گیگاهرتز، از دو سیم اتصال موازی 25 میکرومتری یا روبان طلای 25 میکرومتر * 75 میکرومتر استفاده کنید.تمیز کردن پلاسما: اگر تراشه‌ها بیش از 72 ساعت در معرض هوای محیط قرار گرفته‌اند، قبل از اتصال تراشه، پلاسمای O 50 وات را به مدت 30 ثانیه اعمال کنید تا قابلیت تر شدن سطح بازیابی شود._{برای تجزیه و تحلیل سازگاری CTE برای ماده حامل خاص خود، پشتیبانی بهینه‌سازی SRF، یا راهنمایی انتخاب فلزکاری پشتی با ما تماس بگیرید.}