Kondensatory MOS o wysokiej przewodności cieplnej, AuSn od tyłu, 20V, kondensator o wysokiej gęstości, jednowarstwowy, chip mocy RF

AuSn Powrotny kondensator MOS HACC101S20V101 100pF 20V Wysoka przewodność cieplna jednowarstwowy układ zasilania RF

HACC101S20V101 Kondensator MOS z inżynierią termiczną: 100pF 20V z tylną stroną AuSn do zastosowań mocy RF

HACC101S20V101 to jednowarstwowy kondensator MOS o napięciu 100pF ±10% o napięciu nominalnym 20V DC, wytworzony z krzemu w pływającej strefie (>1000Ω·cm) o temperaturze SiO 300 nm₂Wymiary chipów wynoszą 0,50 mm * 0,50 mm * 0,15 mm z metalizacją górną TiW-Au (minimalnie 2,5 μm Au) i tylną stroną TiW-Pt-Au (minimalnie 1,0 μm Au).Opcjonalna warstwa eutektycznej 80Au/20Sn przeddepozycji (3-5μm grubości) jest dostępna na tylnej stronie dla klientów stosujących procesy eutektyczne bezstronnej przymocowania..

1Fizyka oporu cieplnego w zespołach kondensatorów chipowych

Zrozumienie oporności termicznej połączenia z nośnikiem (θ_JC) w kondensatorze chipowym wymaga analizy szeregowych rezystancji termicznych od miejsca wytwarzania ciepła do ciepła._JCskłada się z trzech głównych elementów:

• Odporność rozprzestrzeniania się w podłożu krzemowym (R_{rozmieszczenie}):Ciepło wytwarzane w SiO₂elektrodę dielektryczną i elektrodę górną należy rozprzestrzeniać przez podłoże krzemowe o długości 150 μm, aby dotrzeć do tylnej strony.Przewodność cieplna krzemu wynosząca 148 W/m·K w temperaturze 300 K daje opór rozprzestrzeniania się około 8 K/W dla 0.50mm * 0,50mm chip. To jest dominujący termin w θ_JCDla porównania, podłoże aluminiowe (24 W/m·K) przyczyniłoby się do około 60 K/W·a 7,5* kary, co wyjaśnia, dlaczego kondensatory cienkofyłowe na nośnikach ceramicznych mają w zasadzie wyższe θ_JCniż kondensatory MOS z krzemu.
• Metalizacja tylnej strony i odporność na interfejs (R_interfejs):1,0 μm warstwa złota z tyłu ma nieznaczną odporność termiczną masową (~ 0,001 K / W).^-8M2·K/W, przyczyniając się do mniejszej niż 0,04 K/W dla powierzchni chipu 0,25 mm2.
• Odporność linii wiązań do mocowania (R)_dołączyć):W przypadku linii wiązania o grubości 5 μm: AuSn eutectic (57 W/m·K) daje ~0,35 K/W; srebrny przewodzący epoksyd (5 W/m·K typowy) daje ~4 K/W;wydajność standardowej lutownicy PbSn (50 W/m·K) ~0.4 K/W, ale nie jest zgodny z RoHS. Opcja pre-depozycji AuSn zapewnia kontrolowaną, cienką, wolną od pustego wiązania linię, która minimalizuje ten okres.

Wymierzona łączna θ_JCw przypadku chipu 0,50 mm z AuSn przymocowanym do nośnika CuMo wynosi poniżej 30 K/W, co jest zgodne ze sumą tych trzech wkładów plus niewielki margines niepewności pomiaru i odwołania linii wiązania.

2Metodologia i niezawodność obniżania mocy RF

Zdolność obsługi mocy RF nie jest pojedynczą liczbą, ale zależy od częstotliwości, cyklu pracy, temperatury otoczenia i dopuszczalnego okresu użytkowania.:

• Oznaczenie napięcia:W przypadku zastosowań RF napięcie szczytowe (V) jest równoważne z napięciem prądu stałego (V)._szczyt= V_{Wymagania w zakresie DC_bias}+ V_{RF_amplitude}W systemie 50Ω bez zakłóceń prądu stałego odpowiada to 4W mocy CW RF (V_szczyt= √(2PR) = √(2*4*50) = 20V). W przypadku sygnałów modulowanych o współczynniku szczytowo-średnim 8-10 dB (typowym dla 5G OFDM), średnia moc przy tym samym szczytowym ograniczeniu napięcia może być 6-10* niższa,lub około 0Średnia.4-0.7W.
• Obecne obniżenie wartości:ESR przy 1 GHz jest zwykle poniżej 0,1Ω. Przy 0,5A RMS (12,5W w 50Ω), ogrzewanie I2R wynosi 25mW._JC< 30 K/W, co powoduje wzrost temperatury połączenia o mniej niż 0,75°C powyżej nośnika, co jest nieistotne dla większości zastosowań.5°C) znajduje się w obrębie bezpiecznego obszaru.
• Ograniczenie temperatury:Maksymalna temperatura połączenia wynosi 125°C. Przy temperaturze nośnika 85°C (typowej dla palet wzmacniaczy mocy stacji bazowej) dopuszczalny wzrost temperatury wynosi 40°C,odpowiadająca maksymalnemu rozpraszaniu mocy 1.3W (θ_JC* ΔT = 30 * 40 = 1,2 W, przy konserwatywnym zaokrągleniu). Jest to znacznie wyższe niż typowe rozpraszanie w praktycznym obejściu lub bloku prądu stałego.
• Niezawodność cyklu napędowego:Powtarzające się cykle cieplne z powodu rozpraszania mocy mogą powodować zmęczenie w linii wiązania dołączania._J= 40°C, okres 30 sekund) wykazały mniej niż 10% wzrost θ_JC, co wskazuje na minimalne degradację linii wiązania.

3Eutetyczna metalurgia i integracja procesów

System eutectic 80Au/20Sn (punkt topnienia 280°C) jest szeroko stosowany w wysokiej niezawodności hybrydowej montaży.

• Skład fazy:Mikrostruktura euektyczna składa się z cienkiej mieszanki lamelowej₅Związki międzymetalowe Sn (ζ-faza) i AuSn (δ-faza). Obie fazy są termodynamicznie stabilne i nie ulegają znacznemu grubowaniu mikrostrukturalnemu podczas długotrwałej pracy w wysokich temperaturach.Ośrodek₅Faza Sn zapewnia wytrzymałość mechaniczną, podczas gdy faza AuSn przyczynia się do elastyczności.
• Kontrola jakości przed złożeniem:Warstwa AuSn 3-5 μm na tylnej stronie chipa jest odkładana przez parowanie termiczne z jednolitością grubości ± 10% w całej płytce.Skład jest weryfikowany za pomocą fluorescencji promieniowania rentgenowskiego (XRF) na próbkach świadectwa z każdego przebiegu depozycjiWskaźnik masy Au:Sn jest kontrolowany do 80:20 ± 2% w celu zapewnienia euektycznego działania stopienia bez szerokiego zakresu pasty.
• Okno procesu reflow:Temperatura szczytowa powrotnego przepływu powinna wynosić 300-320°C (20-40°C powyżej punktu euektycznego 280°C). Czas nad płynem powinien wynosić 30-60 sekund.₂/ 5% H₂Nie jest wymagany żaden przepływ, wodór w gazie tworzącym redukuje wszelkie naturalne tlenki cyny na powierzchni złożonej.Stężenie tlenu w komorze zwrotnej należy utrzymywać poniżej 10 ppm.
• Formacja międzymetalowa na interfejsie złota:W trakcie odtoku płynny eutectic AuSn rozpuszcza niewielką ilość złota zarówno z tylnej strony chipa, jak i podkładki podłoża, zmieniając skład nieznacznie w kierunku bogatej w złoto strony eutectic.W rezultacie powstaje cienka warstwa pierwotnego Au₅Nadmiar złota rozpuszczonego (> 5 μm od każdej powierzchni) może podnosić temperaturę płynu,więc całkowita grubość złota na obu powierzchniach parzenia jest uwzględniona w projektowaniu procesu.

Kluczowe cechy

• Wyższa przewodność cieplna:148 W/m·K podłoże krzemu minimalizuje opór rozprzestrzeniania (8 K/W)._JCmniej niż 30 K/W. cykle mocy 100 k przy mocy poniżej 10% θ_JCdegradacji.
• Wykorzystanie mocy RF:20V prądu stałego z awarią >100V (marża 5: 1). ESR <0,1Ω@1GHz ogranicza ogrzewanie I2R poniżej 50mW przy 1A RMS. Maksymalna temperatura połączenia 125°C pozwala na rozpraszanie 1,2W przy nośniku 85°C z przyłączeniem AuSn.
• AuSn Położenie wstępne:3-5μm 80Au/20Sn warstwa euektyczna, jednolitość grubości ±10%, zweryfikowany skład XRF. Bezpłynny powrotny przepływ w temperaturze 300-320°C w N₂/ H₂. Ściskacz > 2,5 kgf. Poniżej 5% powierzchni pustki przez badanie rentgenowskie.
• SiO.₂Stabilność dielektryczna:Ogrzewanie dielektryczne niemal zerowe (tan δ <0,001@1GHz).
• Niemal zerowy ESL:Własny chip ESL poniżej 0,05 nH, SRF > 8 GHz dla wartości 100pF.

Specyfikacje elektryczne (T = 25°C, chyba że jest to zaznaczone)

Przewodnik projektowania termicznego

Wybór materiału nośnego:Materiał nośny znajdujący się pod chipem wpływa znacząco na całkowitą odporność termiczną od połączenia do otoczenia.160-180 W/m·K) zapewnia najlepsze połączenie dopasowania CTE do krzemu i przewodności cieplnej. ceramika AlN (4,5 ppm/°C CTE, 170 W/m·K) jest alternatywą dla procesów zgodnych z tlenkiem glinu.180-200 W/m·K) oferuje nieco wyższą przewodność przy zwiększonej masie i kosztach.

Złącze termiczne wielokrotnego układu:W modułach wieloczipowych sąsiednie urządzenia zasilania (GaN HEMT, tranzystory LDMOS) mogą podnosić lokalną temperaturę nośnika znacznie powyżej temperatury otoczenia systemu.Przy umieszczaniu kondensatorów obejściowych w pobliżu tranzystorów mocyWskazówka konserwatywna polega na utrzymaniu co najmniej jednej szerokości chipa (0,5 mm).50 mm) odległości między kondensatorem a tylną stroną urządzenia zasilania w celu uniknięcia nadmiernego podgrzewania przewodzącego przez nośnik.

Pojemność prądu przewodu wiązania:W przypadku prądów RF powyżej 0,5 A RMS użyj dwóch równoległych przewodów wiązania, co również zmniejsza o połowę wkład indukcji.W częstotliwości 1 GHz, głębokość skórki w złocie wynosi około 2 μm, a cały przekrój drutu o długości 25 μm przenosi prąd, więc efekt skórki nie znacząco obniża zdolności przenoszenia prądu.

Typowe zastosowania

• Sieci dopasowujące wyjście wzmacniacza mocy GaN na SiC, w których temperatury płyty bazowej osiągają 85 °C, a rozpraszanie kondensatora musi być prowadzone z minimalnym wzrostem temperatury
• Sieci przesyłowe przełączników RF o dużej mocy w systemach podziału czasowego (TDD) z dużymi cyklami roboczymi na oddział
• Przekaźniki radiowe mikrofalowe punkt-punkt działające z mocą wyjściową 1-10 W CW
• Przemysłowe generatory plazmy RF (pasma ISM 13,56 MHz, 27,12 MHz) z wielostanowymi stopniami wyjściowymi
• Odłączanie zasilania modułu T/R w fazowym układzie z ograniczonymi ścieżkami termicznymi
• Infrastruktura bezprzewodowa zdalne urządzenia radiowe (RRU) z chłodzeniem konwekcyjnym w pomieszczeniach zewnętrznych

Uwaga do procesu montażu

Standardowa tylna strona:Zastosować preformę lub pastę lutową AuSn, ponownie przepłynąć w temperaturze 300-320°C, szczyt w N₂/ H₂Alternatywnie, przewodzący epoksyd wypełniony srebrem (ucieńczenie według profilu producenta, zazwyczaj 150 °C przez 1 godzinę).AuSn złożone z góry:Położenie chipa bezpośrednio na podkładce Au-plated, reflow bez dodatkowego lutowania lub strumienia.Włókna do łączenia:W przypadku prądów RF > 0,5A RMS użyj dwóch równoległych przewodów wiązania 25 μm.Inspekcja:Promieniowanie rentgenowskie w celu sprawdzenia pustego przymocowania, optyczne dla umieszczenia drutu i integralności pięty.

Skontaktuj się z nami_JCdane pomiarowe, sprawozdania dotyczące niezawodności cyklu mocy lub wsparcie integracji procesów AuSn.