Почти нулевая индуктивность MOS конденсаторы однослойный 30V 100 pF конденсаторный чип для широкополосных радиочастотных схем

Конденсатор MOS с почти нулевой индуктивностью HACC101S30V101 100pF 30V однослойный чип для широкополосных микроволновых микросхем

HACC101S30V101 однослойный MOS конденсатор: низкая индуктивность, без микрофонов 100pF для микросхем GHz

HACC101S30V101 представляет собой однослойный конденсатор MOS 100pF ± 10% с номинальным напряжением 30 В постоянного тока, построенный на кремниевой подложке с плавающей зоной (> 1000Ω·см) с 300-нм тепловым SiO₂Размеры чипа 0,50 мм * 0,50 мм * 0,15 мм с 2,5 мкм минимальной металлизацией золотой вершины и 1,0 мкм минимальной золотой задней стороны.Он оптимизирован для приложений выше 1 ГГц, где индуктивность паразитарной серии, шум, вызванный вибрациями, и распределение емкости от единицы к единице напрямую определяют производительность на уровне системы.

1Как однослойное строительство достигает суб-0,05nH ESL

Эквивалентная серийная индуктивность (ESL) в конденсаторе возникает из магнитного потока, заключенного потоковой петлей через устройство.каждая внутренняя пара электродов образует петлю тока, и стек из N пар электродов создает N параллельных петлей, чья взаимная индуктивность добавляется конструктивно.

Однослойная структура MOS устраняет этот механизм:

• Путь потока только вертикально:Текущие потоки с верхнего золотого электрода, вертикально через SiO₂Диэлектрический ток, входящий в кремниевую подложку, и выходящий через заднюю сторону золотого кольца с минимальной закрытой площадью.
• Диэлектрическая толщина против индуктивности:300 нм SiO₂В этом масштабе магнитный поток, поступающий из диэлектрической области, преобладает в связи с проводом и геометрией внешней цепи.
• Измеренные значения ESL:Для 0,50 мм чипа с одним диаметром 25 мкм, 0,5 мм длины золотого провода связи, общая индуктивность петли составляет примерно 0,4 нН.5 мм 25μm Au проволоки) оставляет внутренний чип ESL ниже 0.05nH. При многочисленных параллельных проводах, эффективный ESL примерно 1/N.
• Практические последствия:При 100 pF серийный резонанс с 0,05nH ESL происходит выше 2,2 ГГц, но внутренний чип ESL достаточно низок, чтобы доминировала индуктивность провода связи, контролируемой пользователем,давая конструктору цепи прямой контроль над резонансной частотой через выбор длины провода связи.

2Материальная основа для нулевого пьезоэлектрического ответа

The microphonic effect in capacitors occurs when mechanical strain induces a voltage through either the direct piezoelectric effect (strain → polarization) or through dimensional changes in the dielectric (strain → capacitance modulation)Оба механизма зависят от кристаллографической структуры диэлектрического материала.

Теплообразованный SiO₂не имеет обоих последствий:

• Аморфная структура:В отличие от кристаллического кварца (который является пьезоэлектрическим) или ферроэлектрического BaTiO₃(который является пиезоэлектрическим и электростриктивным), аморфный SiO₂Пиезоэлектричность требует нецентросимметричной кристаллической структуры, условия которой не может удовлетворить случайная атомная сеть аморфного кремния.
• Нет ферроэлектрических доменов:Титанат бария (BaTiO)₃) в конденсаторах X7R и X5R получает свою высокую диэлектрическую постоянную от движения стенки домена⁴⁺Этот механизм по своей сути нелинейный, гистерический и механически соединен.₂имеет диэлектрическую постоянную приблизительно 3,9 без ферроэлектрического компонента, что дает совершенно линейную характеристику C-V от 0V до номинального напряжения.
• Сравнение электрострикции:Все диэлектрики проявляют некоторую электрострикцию (нагрузка пропорциональна квадрату электрического поля), но эффект в SiO₂Коэффициент электростриктивности теплового SiO₂составляет менее 10^{- 22 года.}m2/V2, по сравнению с приблизительно 10^-16m2/V2 для BaTiO₃- разница в миллион раз.

3Контроль процесса на уровне пластинки для единообразия емкости

Последовательность величины емкости в производственной партии зависит от двух факторов: однородности диэлектрической толщины и определения площади электрода.

• Сухое тепловое окисление:Кремниевые пластинки окисляются в кварцевой печи при 950-1050°C в сухой О₂Окислительная кинетика Дила и Гроува производит самоограничивающийся рост,где вариация толщины оксида на 150 мм пластинке обычно составляет менее ± 2% (измеряется спектроскопической эллипсометрией в 49 точках на пластинку).
• Литография на электродах:Верхний золотой электрод определяется процессом подъема с использованием контактной фотолитографии.Изменение площади электрода контролируется литографической маской с критическим измерением (CD) ±1μm на номинальном измерении электрода 400μm, вносит менее ± 0,5% в изменение емкости.
• Испытание постоянного тока на уровне пластины на 100%:Каждое место конденсатора на каждом пластинке просматривается на пропускную способность на 1 МГц, утечный ток при номинальном напряжении и разрывное напряжение.Принятие партии основано на минимальной доходности зонда 95%.
• Сцепление TiW и барьерный слой:Тонкий слой TiW (титаново-вольфрам, обычно 100 нм) откладывается между кремниевым/SiO₂Этот слой выполняет три функции: стимулирование адгезии (предотвращение деламинирования золота во время связывания проволоки),диффузионный барьер (блокирует междиффузию кремния и золота при повышенной температуре), и распределение тока (снижение локальной плотности тока в местах размещения облигаций).

4Характеристики радиочастотных характеристик

Измерения S-параметров малого сигнала (1-20 ГГц, GSG зонд, калибровка через короткую открытую нагрузку) на HACC101S30V101 дают следующую типичную производительность:

• Q-фактор>2000 на 1МГц, >300 на 1ГГц, >80 на 5ГГц._с) тенденции, где R_свключает как ESR, так и убытки, вызванные субстратом.Субстрат с высокой резистивностью в плавучей зоне (> 1000Ω· см) минимизирует потери вихревого тока, которые в противном случае разрушали бы Q в стандартных кремниевых субстратах Czochralski.
• Потеря вставки:Потеря вставки серийного соединения (двух портов) составляет менее 0,1 дБ через 6 ГГц для системы 50Ω, что делает конденсатор подходящим для сопоставления с низкими потерями и блокировки постоянного тока.
• Серийный резонанс:С 0,5 мм проволокой связи общая индуктивность ~ 0,4nH производит серийный саморезонанс примерно на 800 МГц для значения 100 пФ.Это хорошо характеризуется и может быть смещено путем корректировки геометрии проволоки связи - степень свободы, недоступная с дискретными упакованными конденсаторами.

Ключевые особенности

• Почти нулевая внутренняя индуктивность:Индуктивность системы преобладает под управлением пользователя, обеспечивая настраиваемый саморезонанс.
• Пьезоэлектрический выход:Аморфный SiO₂диэлектрический без пьезоэлектрического коэффициента, с нулевым эффектом песенного конденсатора и нулевым микрофонным шумопоглощением,проверенные вибрационными испытаниями по методу 204 MIL-STD-202 (без измеряемой мощности выше уровня шума при максимальном ускорении 10 g), 20 Гц-2 кГц).
• Однородность высокой емкости:Однородность толщины оксида ±2% в сочетании с контролем CD на электроде ±1μm. ±10% стандартная допустимость, ±5% доступно. Без снижения емкости предвзятости тока.
• Система металлизации TiW-Au:100 нм TiW барьер/слой сцепления + 2,5 мкм минимальный золотой верхний электрод. Сила притяжения связи > 6gf для 25 мкм Au провода.
• Субстрат высокой резистивности:Кремний плавающей зоны с сопротивлением > 1000Ω·см минимизирует RF-потери субстрата, позволяя Q > 300 на 1 ГГц.

Электрические характеристики (T = 25°C, если не указано)

Руководство по разработке приложений

Круги VCO и PLL:The absence of piezoelectric response makes the HACC101S30V101 suitable for oscillator tank circuits where mechanical vibration would otherwise modulate the capacitance and appear as phase noise sidebandsВ типичном VCO 2 ГГц с конденсатором резервуара 100 пФ пиезоэлектрическая чувствительность 1 ппм/г (типичная для X7R) производит вибрационно-индуцированную модуляцию частоты 2 кГц/г.HACC101S30V101 устраняет этот механизм на уровне компонента.

Широкополосный обход:Для разъединения питания выше 1 ГГц, монтируйте чип как можно ближе к активному устройству.5 мм проволока связи от верхнего электрода конденсатора к панели устройства производит серийную резонансную частоту около 800 МГц со значением 100pFВыше этой частоты конденсатор выглядит индуктивным, но значение индуктивности - это хорошо контролируемая индуктивность провода связи, а не неизвестная внутренняя ESL.использовать два параллельных провода связи, чтобы наполовину эффективную индуктивность и удвоить серию резонансной частоты.

Совпадение LNA:Q > 300 на частоте 1 ГГц гарантирует, что конденсатор приводит к незначительным потерям в сетях соответствия ввода.Использовать конденсатор в качестве элемента серии (DC блок) или элемента шунта, в зависимости от коэффициента преобразования импеданса.

Собрание

Удаление: эвтектическая AuSn (320°C пик, N₂/H₂Сцепление проводящего АГ эпоксида: 25μm Au термозвуковое связывание шаров (стадия 120-150 °C, сила связывания 25-35gf, сила тяги > 6gf) или 25μm Al ультразвуковое клинное связывание при комнатной температуре.Класс ESD 0 (HBM).

Свяжитесь с нами для измерения данных S-параметров, C-V-карты на уровне пластины, отчеты о вибрационных тестах или индивидуальные значения емкости на платформе 0,50 мм.