Wysokiej przewodności cieplnej kondensatory MOS AuSn tylna strona 20V Wysoka gęstość jednowarstwowy układ zasilania 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.