Сверхвысокий SRF 100 пФ 25 В МОП-конденсатор, проводящая кремниевая подложка, однослойный радиочастотный чип с прямым заземлением

HACC101S25V500 Ультравысокочастотный МОП-конденсатор с саморезонансной частотой: 100 пФ, 25 В с проводящей кремниевой подложкой для прямого заземления

HACC101S25V500 представляет собой однослойный МОП-конденсатор емкостью 100 пФ ±10% с номинальным напряжением 25 В постоянного тока, изготовленный на проводящем кремнии зонной плавки (>1000 Ом·см) с диэлектриком из термически выращенного SiO₂ толщиной 300 нм. Размеры кристалла составляют 0,50 мм × 0,50 мм × 0,15 мм с верхним металлизацией TiW-Au (минимум 2,5 мкм Au) и задней металлизацией TiW-Pt-Au (минимум 1,0 мкм Au). Это устройство разработано для применений, требующих максимально возможной саморезонансной частоты и минимальной индуктивности заземления за счет прямого заземления проводящей подложки. Полностью настраиваемый: емкость от 10 пФ до 220 пФ, номинальное напряжение от 6,3 В до 50 В, пользовательские геометрии кристалла и альтернативные варианты задней металлизации доступны со сроком изготовления прототипа 3-4 недели.

1. Ультравысокая саморезонансная частота за счет минимальной паразитной индуктивности

Саморезонансная частота (SRF) конденсатора — частота, на которой паразитная последовательная индуктивность резонирует с емкостью, выше которой компонент ведет себя как индуктивный — определяет максимальную рабочую частоту для применений байпаса и связи. HACC101S25V500 достигает исключительно высокой SRF благодаря своей однослойной архитектуре и оптимизированной геометрии электрода:

• SRF на уровне кристалла: >10 ГГц (де-эмбеддинг, без выводного провода). Достигается за счет оптимизированного соотношения сторон электрода и минимизированной длины пути тока — значительно выше, чем у стандартных МОП-конденсаторов того же диапазона емкости.
• Системная SRF (выводной провод 0,5 мм): >1,5 ГГц с одним золотым проводом диаметром 25 мкм. Для применений, требующих SRF выше 3 ГГц, два параллельных выводных провода уменьшают эффективную индуктивность вдвое до ~0,2 нГн, повышая системную SRF до более чем 2,5 ГГц.
• Сравнение с MLCC: Типичный MLCC емкостью 100 пФ в корпусе 0402 имеет ESL примерно 0,4–0,6 нГн — на порядок выше, чем собственная ESL кристалла HACC101S25V500 (<0,03 нГн). Следовательно, SRF MLCC ограничена примерно 600–800 МГц. Для применений выше 5 ГГц, включая 5G FR2 mmWave, спутниковую связь Ku/Ka-диапазона и автомобильные радары, однослойный МОП-конденсатор обеспечивает решающее преимущество в используемой полосе пропускания.

2. Проводящая кремниевая подложка для прямого заземления

Традиционные чип-конденсаторы требуют отдельного заземляющего выводного провода или переходного отверстия для установления соединения с землей, что добавляет паразитной индуктивности, ухудшающей высокочастотные характеристики. HACC101S25V500 использует присущую проводящую природу своей подложки из кремния зонной плавки для обеспечения прямого заземления задней поверхности:

• Физика проводящей подложки: Подложка из кремния зонной плавки с удельным сопротивлением >1000 Ом·см обеспечивает достаточную проводимость для ВЧ-заземления, сохраняя при этом высокий коэффициент добротности, характерный для низкопотерьных подложек. Задняя металлизация TiW-Pt-Au формирует низкоомный контакт с кремнием, обеспечивая прямое электрическое соединение от плоскости заземления конденсатора к контактной площадке заземления несущей через интерфейс прикрепления кристалла.
• Устранение индуктивности заземления: В обычной сборке чип-конденсатора заземляющий выводной провод добавляет примерно 0,3–0,5 нГн индуктивности. Для устройства емкостью 100 пФ на частоте 10 ГГц эта дополнительная индуктивность 0,5 нГн увеличивает импеданс с идеальных 0,16 Ом примерно до 31 Ом — деградация в 200 раз. Устраняя заземляющий выводной провод и направляя ток заземления непосредственно через проводящую подложку и интерфейс прикрепления кристалла, HACC101S25V500 снижает общую индуктивность пути заземления до менее чем 0,05 нГн.
• Интерфейс заземления прикрепления кристалла: При прикреплении с использованием эвтектического припоя AuSn (280°C, формирующий газ) сопротивление контакта заземления составляет менее 5 мОм. Проводящая серебряная эпоксидная смола (Epotek H20E, отверждение при 120°C) является альтернативой с сопротивлением контакта заземления примерно 10–20 мОм.

3. Оптимизация конструкции для максимальной SRF

Достижение SRF на уровне кристалла выше 10 ГГц требует внимания к каждому фактору, вносящему вклад в паразитной индуктивности:

• Оптимизация соотношения сторон электрода: Квадратный контур 0,50 мм × 0,50 мм обеспечивает равномерное распределение тока от контактной площадки к диэлектрику, устраняя концентрацию тока по краям электрода, которая генерирует локализованную индуктивность в прямоугольных или неправильных конструкциях электродов.
• Толстая золотая металлизация: Минимальная толщина золотого верхнего электрода 2,5 мкм обеспечивает низкое поверхностное сопротивление (<30 мОм/кв.), минимизируя резистивный вклад в импеданс на микроволновых частотах. На частоте 10 ГГц глубина проникновения в золото составляет примерно 0,8 мкм — толщина 2,5 мкм гарантирует, что весь ВЧ-ток протекает в пределах низкоомного золотого слоя.
• Минимизация емкости контактной площадки: Площадь контактной площадки оптимизирована для баланса между надежностью проволочного соединения (минимум 80 мкм × 80 мкм для провода 25 мкм) и паразитной емкостью площадки к подложке, предотвращая избыточную площадь, которая снижает SRF.

Ключевые особенности

• Ультравысокая саморезонансная частота: SRF на уровне кристалла >10 ГГц (де-эмбеддинг), системная SRF >1,5 ГГц с одним выводным проводом 0,5 мм. Многопараллельные выводные провода или ленточное соединение повышают системную SRF до более чем 2,5 ГГц. В 20 раз более высокая SRF, чем у MLCC 0402 с эквивалентной емкостью.
• Прямое заземление через проводящую подложку: Подложка из кремния зонной плавки обеспечивает прямое заземление задней поверхности через интерфейс прикрепления кристалла. Устраняет индуктивность заземляющего выводного провода (~0,5 нГн). Общая индуктивность пути заземления <0,05 нГн.
• Архитектура с ультранизкой ESL: Собственная ESL кристалла <0,03 нГн достигается за счет однослойного коаксиального пути тока, оптимизированного соотношения сторон электрода и толстой золотой металлизации. ESL в 15–20 раз ниже, чем у MLCC с эквивалентной емкостью.
• Стабильность диэлектрика SiO₂: Термический SiO₂ с почти нулевым диэлектрическим нагревом (tan δ <0,001 при 1 ГГц), ТКЕ +35 ppm/°C и нулевым старением сегнетоэлектрика. Нет спада емкости под действием постоянного напряжения.
• Настраиваемая платформа: Емкость от 10 пФ до 220 пФ на стандартной платформе 0,50 мм. Доступны пользовательские геометрии кристалла (прямоугольные с соотношением сторон до 4:1), номинальное напряжение и варианты задней металлизации.

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

Типичные применения

• 5G FR2 mmWave (24–52 ГГц) фазированные антенные решетки, блокировка постоянного тока и межступенчатая связь, требующие SRF значительно выше рабочего диапазона
• Спутниковая связь Ku-диапазона (12–18 ГГц) и Ka-диапазона (26–40 ГГц) байпасные сети полезной нагрузки, где индуктивность заземления напрямую ограничивает эффективность развязки
• Автомобильные радары (76–81 ГГц) MMIC схемы смещения, требующие почти идеального емкостного поведения в полном диапазоне рабочих частот
• Высокоскоростные SERDES (112 Гбит/с PAM4) блокировка постоянного тока, где паразитная индуктивность конденсатора создает разрывы импеданса, закрывающие глаз
• Схемы согласования ВЧ-усилителей мощности выше 5 ГГц, где саморезонанс MLCC делает компонент непригодным
• Микроволновые радиорелейные линии (6–42 ГГц) байпасные применения, где каждый 0,1 нГн индуктивности заземления ухудшает бюджет линии связи

Краткое руководство по сборке

• Прикрепление кристалла: Эвтектический припой AuSn (300–320°C, формирующий газ N₂/H₂) для минимального сопротивления заземления и теплового сопротивления. Проводящая серебряная эпоксидная смола (Epotek H20E, 120°C/30 мин) в качестве альтернативы. Прямое заземление через заднюю металлизацию устраняет необходимость в отдельном заземляющем выводном проводе.
• Проволочное соединение: Термозвуковое шаровое соединение из золота 25 мкм (температура платформы 120–150°C, усилие 15–35 гс, прочность на разрыв >6 гс). Для SRF >2,5 ГГц используйте два параллельных золотых провода 25 мкм или золотую ленту 25 мкм × 75 мкм. Посадочная площадка провода ≥25 мкм от края электрода.
• Хранение: Вафельный лоток или гель-пак, вакуумная герметизация с продувкой азотом. MSL 1 неограниченный срок хранения. Хранить при 20–25°C, 40–60% относительной влажности.

Заказ и пользовательская конфигурация

Стандартный продукт поставляется в виде квадратных кристаллов 0,50 мм × 0,50 мм в проводящих вафельных лотках. Следующие пользовательские конфигурации доступны по запросу с минимальным количеством заказа, обычно начиная с 10 штук:

• Пользовательские значения емкости в диапазоне 10 пФ–220 пФ на стандартной платформе 0,50 мм
• Прямоугольные геометрии кристалла с соотношением сторон до 4:1
• Нестандартные номинальные напряжения от 6,3 В до 50 В постоянного тока
• Альтернативная задняя металлизация: только Au (для специального эвтектического AuSn), предварительное осаждение AuSn (3–5 мкм) или Al для конкретных технологических процессов
• Гель-пак или ленточная упаковка для автоматизированной сборки

Свяжитесь с нами с вашими целевыми спецификациями для оценки осуществимости, оценки сроков изготовления и предложения. Стандартные образцы для оценки емкостью 100 пФ отправляются в течение 1–2 недель. Пользовательские конфигурации со сроком изготовления прототипа 3–4 недели.