Wire Bond Optimized 330 pF MOS Capacitors Ultra Miniature Single-Sided Bordered SLC สําหรับคลื่น mm

HACC331S15V160 ตัวเก็บประจุเซรามิกแบบชั้นเดียว (SLC) ขอบเดี่ยว 330pF 25V 15mil แบบพิเศษที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการเชื่อมต่อแบบลวดสำหรับ mmWave

The HACC331S15V160 เป็นตัวเก็บประจุเซรามิกแบบชั้นเดียว (SLC) ขอบเดี่ยวแบบพิเศษที่มีความน่าเชื่อถือสูง Single-Sided Bordered Single Layer Ceramic Capacitor (SLC) ออกแบบมาสำหรับการปิดกั้น DC แบบบรอดแบนด์พิเศษ, การเชื่อมต่อ RF และการกรองบายพาสไมโครเวฟในวงจรรวมแบบไฮบริดที่ต้องการพื้นที่น้อยที่สุด ให้ 330 pF ±10% ความจุพร้อม พิกัดแรงดัน DC ต่อเนื่องที่สูงขึ้น 25 V, อุปกรณ์นี้บรรจุอยู่ในขนาดที่เล็กมาก 15 mil × 15 mil (0.38 มม. × 0.38 มม.) พื้นที่พร้อมความสูงโปรไฟล์ต่ำพิเศษ 0.15 มม. (6 mil). ออกแบบมาสำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้ตั้งแต่ 0.1 GHz ถึง 35.0 GHz ครอบคลุมย่านความถี่ UHF, L, S, C, X, Ku, K และ Ka ไมโครเวฟ, HACC331S15V160 ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการแยกวงจรขยายกำลัง GaN, โมดูล T/R แบบเฟสอาร์เรย์, ตัวบล็อก DC ของตัวรับส่งสัญญาณใยแก้วนำแสง และตัวแปลงขึ้น/ลงสำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียม ที่ซึ่ง ความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อแบบลวดบนชิปขนาดเล็กพิเศษที่เหนือกว่า เป็นสิ่งจำเป็น

ผลิตด้วย ไดอิเล็กทริกเซรามิกที่เสถียรเป็นพิเศษ Class I COG/NPO (C0G/NP0), ตัวเก็บประจุนี้รักษาความแปรผันของความจุภายใน ±0.3% ตลอดช่วงอุณหภูมิเต็ม -55°C ถึง +125°C. สถาปัตยกรรม ขอบเดี่ยว มีขอบเซรามิกฉนวนที่สะอาดรอบอิเล็กโทรดทองคำด้านบนซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกั้นทางกายภาพ — ป้องกันการปีนของอีพ็อกซี่เงินนำไฟฟ้าหรือการไหลของบัดกรีที่ทำให้เกิดการลัดวงจรของหน้าสัมผัสบนสุดระหว่างการติดชิปอัตโนมัติ อิเล็กโทรดด้านบนใช้ การเคลือบโลหะ TiW-Au ที่หนาเป็นพิเศษพร้อมชั้นทองคำขั้นต่ำ 4.0 μm, ให้บัฟเฟอร์เชิงกลที่ยอดเยี่ยมสำหรับการเชื่อมต่อลวดทองคำแบบเทอร์โมโซนิคและริบบอนที่หนักหน่วง อิเล็กโทรดด้านล่างใช้ โครงสร้าง TiW-Pt-Au โดยชั้นกั้นแพลทินัม (Pt) ป้องกันการกัดกร่อนของทองคำและการก่อตัวของสารประกอบระหว่างโลหะระหว่างการบัดกรีแบบยูเทกติก AuSn ที่อุณหภูมิสูงหรือการบ่มอีพ็อกซี่เงิน

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่สำคัญ

ความสามารถในการเชื่อมต่อแบบลวดที่เหนือกว่า — อิเล็กโทรดทองคำด้านบนหนาพิเศษ 4.0 μm

บนตัวเก็บประจุชิปขนาด 15 mil (0.38 มม.), พื้นที่แผ่นเชื่อมต่อแบบลวดโดยทั่วไปมีขนาดเพียง 80 μm × 80 μm. ด้วยการเคลือบทองคำแบบแฟลชมาตรฐาน <1.0-2.5 μm, การเชื่อมต่อแบบลิ่มหรือแบบลูกบอลเทอร์โมโซนิคสามารถส่งพลังงานอัลตราโซนิกผ่านชั้นทองคำบางๆ ทำให้ไดอิเล็กทริกเซรามิกที่อยู่ข้างใต้แตก — โหมดความล้มเหลวแฝงที่เรียกว่า "bonding-through" หรือ "cratering" ซึ่งมักจะหลุดรอดจากการทดสอบทางไฟฟ้า แต่จะปรากฏเป็นวงจรเปิดหลังจากการหมุนเวียนด้วยความร้อน HACC331S15V160 ขจัดโหมดความล้มเหลวนี้ด้วย ชั้นทองคำบริสุทธิ์ (Au) ที่ผ่านการสปัตเตอร์หนาขั้นต่ำ 4.0 μm บนฐานยึด TiW ประโยชน์ทางวิศวกรรมรวมถึง:

• การดูดซับพลังงานเชิงกล: ชั้นทองคำที่ยืดหยุ่นหนา 4.0 μm ทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับแรงกระแทก, กระจายพลังงานการเชื่อมต่ออัลตราโซนิก (40-100 mW) และแรงกดในการเชื่อมต่อ (15-35 gf) ทั่วทั้งพื้นที่แผ่นโดยไม่ส่งแรงเค้นที่ทำลายไปยังซับสเตรตเซรามิก
• หน้าต่างกระบวนการที่กว้าง: เข้ากันได้กับการเชื่อมต่อแบบลิ่ม (แรง 20-35 gf, อัลตราโซนิก 60-100 mW, อุณหภูมิแท่น 120-150°C) และการเชื่อมต่อแบบลูกบอล (แรง 15-30 gf, 40-80 mW, อุณหภูมิแท่น 150°C) โดยใช้ลวดทองคำบริสุทธิ์สูง 18-25 μm (0.7-1.0 mil) — รองรับความแปรผันในแพลตฟอร์มการเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน (Kulicke & Soffa, F&K Delvotec, TPT, Hybond)
• แรงดึงลวดเชื่อม >3.0 gf: เกินข้อกำหนดการดึงลวดเชื่อม MIL-STD-883 Method 2011.7 อย่างสม่ำเสมอต่อการคัดเลือกแผ่นเวเฟอร์ ค่าทั่วไปอยู่ในช่วง 4.5-7.0 gf, ให้ส่วนต่าง >2× เหนือค่าต่ำสุดของข้อกำหนด
• เข้ากันได้กับการเชื่อมต่อริบบอนทองคำ: ชั้นทองคำหนารองรับการเชื่อมต่อริบบอนทองคำขนาด 25 μm × 250 μm (1 mil × 10 mil) สำหรับการใช้งานบายพาส RF กระแสสูงที่ต้องการ อินดัคแตนซ์การเชื่อมต่อ <0.1 nH
• ไม่มีข้อบกพร่องแบบ bond-through: ทดสอบการดึงลวดเชื่อม 100% ต่อแผ่นเวเฟอร์จากกึ่งกลางและ 4 มุม ไม่พบข้อผิดพลาดแบบ bond-through เลยจากการทดสอบคัดเลือกมากกว่า 10,000 ครั้ง

การย่อขนาดพิเศษ & โปรไฟล์ต่ำ — เล็กกว่า SLC 30 mil 75%

ที่ 0.38 × 0.38 × 0.15 มม. (15 × 15 × 6 mil), HACC331S15V160 ให้ความจุ 330 pF เท่ากับ SLC มาตรฐาน 30 mil ใน พื้นที่บอร์ดเพียงหนึ่งในสี่. การปรับปรุงความหนาแน่น 4× นี้เป็นไปได้ด้วย สูตรเซรามิก COG/NPO ที่มีความจุสูงพิเศษ ที่เป็นกรรมสิทธิ์ ซึ่งเพิ่มความจุต่อพื้นที่ให้สูงสุด ในขณะที่ยังคงรักษาเสถียรภาพอุณหภูมิ Class I และพิกัดแรงดัน 25 V

• โปรไฟล์ 0.15 มม. (6 mil): อยู่ในระดับเดียวกับโพรง RF ขนาดเล็กและฝาครอบโมดูลแบบปิดสนิท, ลดอินดัคแตนซ์ลูปปรสิทธิ์ในการเชื่อมต่อแบบลวด ความสูงรวมหลังการติดตั้งรวมถึงลูปสายไฟ 25 μm: <0.30 มม.
• ความหนาแน่นช่องสัญญาณ 4×: เปลี่ยน SLC ขนาด 30 mil (0.76 มม.) สี่ตัวด้วยตัวเก็บประจุ HACC331S15V160 ขนาด 15 mil สี่ตัว, ปลดปล่อยพื้นที่ตัวพา 75% สำหรับชิป MMIC เพิ่มเติม, วงจรไบแอส หรือโครงสร้างการจัดการความร้อนในโมดูล T/R แบบเฟสอาร์เรย์
• พร้อมสำหรับการหยิบและวางอัตโนมัติ: ขนาดชิปมาตรฐานพร้อมความคลาดเคลื่อน ±25 μm รับประกันการรวมเข้ากับอุปกรณ์ติดชิปอัตโนมัติความเร็วสูง (Datacon 2200 evo, Finetech FINEPLACER, TRESKY T-3000 series) การออกแบบขอบเดี่ยวต้องการการรับรู้ด้วยแสงด้านบนเท่านั้น — ไม่จำเป็นต้องพลิกทิศทางสำหรับการใช้งานที่ติดตั้งด้านล่าง
• การกระจายความร้อน: แม้จะมีพื้นที่ขนาดเล็กพิเศษ, อิเล็กโทรดด้านล่างที่เคลือบโลหะเต็มรูปแบบ (TiW-Pt-Au, ≥2.5 μm Au) ให้พื้นที่สัมผัสความร้อนสูงสุดกับซับสเตรตตัวพา, นำพาความร้อนออกจากไดอิเล็กทริกได้อย่างมีประสิทธิภาพระหว่างการทำงานด้วยกำลัง RF สูง

เสถียรภาพอุณหภูมิที่ยอดเยี่ยม — ไดอิเล็กทริก COG/NPO Class I

HACC331S15V160 ผลิตด้วย ไดอิเล็กทริกเซรามิก COG/NPO (C0G/NP0) Class I — มาตรฐานทองคำสำหรับตัวเก็บประจุ RF ที่เสถียรต่ออุณหภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความจุ (TCC) กำหนดไว้ที่ 0 ±30 ppm/°C ตั้งแต่ -55°C ถึง +125°C, หมายความว่าความจุแปรผันน้อยกว่า ±0.3% ตลอดช่วงอุณหภูมิทั้งหมด. ในทางตรงกันข้าม, ไดอิเล็กทริก Class II X7R แสดงความแปรผัน ±15% ในช่วงเดียวกัน — ความแตกต่าง 50×

• ค่าสัมประสิทธิ์แรงดัน DC เป็นศูนย์: แตกต่างจากไดอิเล็กทริก X7R และ X5R ที่สูญเสียความจุที่กำหนด 30-80% ภายใต้แรงดัน DC, COG/NPO แสดง ค่าสัมประสิทธิ์แรงดันที่น้อยมาก (<10 ppm/V). ค่า 330 pF มีเสถียรภาพตั้งแต่ 0 V ถึงแรงดันที่กำหนดเต็ม 25 V — สำคัญสำหรับการแยกวงจรไบแอสที่การเปลี่ยนแปลงความจุจะทำให้เครือข่ายการจับคู่ผิดเพี้ยน
• ไม่มีผลการเสื่อมสภาพ: ไดอิเล็กทริก Class II แสดงการลดลงของความจุแบบลอการิทึม 3-5% ต่อทศวรรษ-ชั่วโมง เนื่องจากการผ่อนคลายโดเมนเฟอร์โรอิเล็กทริก COG/NPO เป็น พาราอิเล็กทริก — ไม่มีโดเมนเฟอร์โรอิเล็กทริก — และดังนั้น จึงไม่เสื่อมสภาพ. ความจุที่วัดได้ที่ t=0 และ t=10 ปีจะเหมือนกันภายในความไม่แน่นอนของการวัด
• การดูดซับไดอิเล็กทริกต่ำ: ลักษณะพาราอิเล็กทริกของ COG/NPO ยังให้ การดูดซับไดอิเล็กทริกต่ำมาก (<0.1%) — สำคัญสำหรับวงจรตัวอย่างและคงค้าง และตัวกรองอนาล็อกความแม่นยำที่เอฟเฟกต์หน่วยความจำของไดอิเล็กทริกทำให้เกิดข้อผิดพลาดของแรงดันไฟฟ้า
• พารามิเตอร์ S ที่คาดการณ์ได้เทียบกับอุณหภูมิ: เนื่องจากความจุมีเสถียรภาพ, S21 (การสูญเสียการแทรก) และ S11 (การสูญเสียผลตอบแทน) ยังคงสม่ำเสมอตั้งแต่การสตาร์ทเย็น (-55°C) จนถึงสภาวะคงที่กำลังไฟเต็ม (+125°C), ไม่จำเป็นต้องใช้เครือข่ายชดเชยอุณหภูมิในสาย RF

เอกสารข้อมูลพารามิเตอร์ที่ครอบคลุม

เมทริกซ์ทางเทคนิคเปรียบเทียบ — SLC 15 mil เทียบกับเทคโนโลยีทางเลือก

วิศวกรรมโครงสร้างโลหะฟิล์มบาง

เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือสูงสุดของการเชื่อมต่อแบบลวดบนอิเล็กโทรดด้านบนและความทนทานต่อการละลายของบัดกรีอย่างสมบูรณ์บนอิเล็กโทรดด้านล่าง, HACC331S15V160 ใช้ ระบบโลหะฟิล์มบางแบบสุญญากาศที่ไม่สมมาตรและมีความน่าเชื่อถือสูง:

คู่มือวิศวกรรมพารามิเตอร์ S และการประกอบระดับมิลลิเมตรย่อย

เพื่อให้ประสิทธิภาพการปิดกั้น DC แบบบรอดแบนด์และการบายพาส RF สูงสุด ในขณะที่ป้องกันความล้มเหลวเชิงกลหรือทางไฟฟ้าในระหว่างการประกอบวงจรรวมแบบไฮบริด, วิศวกรออกแบบไมโครเวฟและกระบวนการต้องปฏิบัติตามคำแนะนำทางเทคนิคที่แม่นยำเหล่านี้:

SOP การบัดกรีด้วยอีพ็อกซี่เงินนำไฟฟ้า Epotek H20E

• การเลือกกาว: ใช้อีพ็อกซี่เงินนำไฟฟ้าที่มีความน่าเชื่อถือสูง, การปล่อยก๊าซต่ำ — Epoxy Technology H20E เป็นคำแนะนำมาตรฐานอุตสาหกรรม, ได้รับการรับรองในสายการประกอบการป้องกันและการบินและอวกาศรายใหญ่
• แนวทางการจ่าย: ใช้จุดอีพ็อกซี่ขนาดเล็กที่ควบคุมได้โดยใช้เครื่องจ่ายขนาดเล็กแบบนิวแมติกหรือแบบสกรู (Nordson EFD, Musashi Engineering) ปริมาตรการจ่ายทั่วไป: 2-5 nL สำหรับชิปขนาด 15 mil ด้วยการออกแบบขอบเดี่ยว, ขอบเซรามิกบนอิเล็กโทรดด้านบนจะกั้นอีพ็อกซี่ส่วนเกินใดๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ, ป้องกันการไหลย้อนที่ทำให้เกิดการลัดวงจรไปยังแผ่นทองคำด้านบน
• แรงกดหยิบและวาง: ควบคุมแรงที่คอลเล็ตให้ <50 gf เพื่อป้องกันการแตกร้าวขนาดเล็กของซับสเตรตเซรามิกหนา 0.15 มม. ใช้ปลายคอลเล็ตแบบยืดหยุ่น (ซิลิโคนหรืออีลาสโตเมอร์ที่ปลอดภัยจาก ESD) แทนปลายโลหะแข็ง
• โปรไฟล์การบ่มด้วยความร้อน: บ่มที่ 120°C เป็นเวลา 30 นาที (หรือ 150°C เป็นเวลา 15 นาทีเป็นทางเลือกในการบ่มเร็ว) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอัตราการเพิ่มอุณหภูมิถูกควบคุมให้ <10°C/วินาที เพื่อหลีกเลี่ยงการช็อกด้วยความร้อน ปล่อยให้เย็นลงตามธรรมชาติถึง <50°C ก่อนจัดการ

ข้อจำกัดในการเชื่อมต่อลวดและริบบอนทองคำ

• วิธีการเชื่อมต่อ: เข้ากันได้กับการเชื่อมต่อลวดทองคำแบบเทอร์โมโซนิค (ลูกบอล-ตะเข็บ หรือ ลิ่ม-ลิ่ม) และการเชื่อมต่อริบบอนทองคำ แนะนำลวด: ลวดทองคำบริสุทธิ์สูง (99.99%) ขนาด 0.7 mil ถึง 1.0 mil (18-25 μm)
• ระยะห่างการเชื่อมต่อที่ปลอดภัย: ลิ่มหรือหัวเจาะลูกบอลต้องวางบนแผ่นทองคำด้านบน ห่างจากขอบอิเล็กโทรดอย่างน้อย 25 μm. การเชื่อมต่อภายใน 25 μm จากขอบเซรามิกจะสร้างแรงเฉือนเชิงกลเฉพาะที่รอยต่อระหว่าง Au-เซรามิก, เสี่ยงต่อการลอกฟิล์มทอง, การแตกร้าวขนาดเล็กของไดอิเล็กทริก หรือความล้มเหลวทางไฟฟ้าแฝง
• พารามิเตอร์อัลตราโซนิกและแรงกด: การเชื่อมต่อแบบลิ่ม: แรงกด 20-35 gf, กำลังอัลตราโซนิก 60-100 mW, เวลาเชื่อมต่อ 20-50 ms การเชื่อมต่อแบบลูกบอล: แรงกด 15-30 gf, กำลังอัลตราโซนิก 40-80 mW, เวลาเชื่อมต่อ 10-30 ms อุณหภูมิแท่น: 120-150°C สำหรับทั้งสองวิธี
• การตรวจสอบลวดเชื่อม: ตรวจสอบด้วยสายตาภายใต้กำลังขยาย 50× ปฏิเสธการเชื่อมต่อใดๆ ที่มีการเสียรูปของแผ่นมากกว่า 25%, การเกิดรอยแตกที่มองเห็นได้, การลอกของทองคำ หรือการวางตำแหน่งการเชื่อมต่อ <25 μm จากขอบเซรามิก

คำถามที่พบบ่อย

Q1: ประโยชน์เชิงกลของอิเล็กโทรดทองคำด้านบนหนา 4.0 μm เทียบกับ SLC มาตรฐานที่มี Au 2.5 μm คืออะไร?

บนตัวเก็บประจุชิปขนาดเล็กพิเศษ 15 mil (0.38 มม.), แผ่นเชื่อมต่อแบบลวดมีขนาดเล็กมาก — โดยทั่วไปคือ 80 μm × 80 μm — ซึ่งทำให้พลังงานการเชื่อมต่ออัลตราโซนิกกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็กมาก ด้วยการเคลือบทองคำมาตรฐาน 1.0-2.5 μm, พัลส์อัลตราโซนิกสามารถส่งผ่านชั้นทองคำบางๆ และทำให้ไดอิเล็กทริกเซรามิกที่อยู่ข้างใต้แตก, สร้างข้อบกพร่องแฝงที่ผ่านการทดสอบทางไฟฟ้า แต่ล้มเหลวหลังจากการหมุนเวียนด้วยความร้อน (โหมดความล้มเหลวที่เรียกว่า "bonding-through" หรือ "sub-surface cratering") อิเล็กโทรดทองคำขั้นต่ำ 4.0 μm ของ HACC331S15V160 ให้ บัฟเฟอร์เชิงกลหนาขึ้น 1.6-4× เมื่อเทียบกับ SLC มาตรฐานอุตสาหกรรม, ดูดซับและกระจายพลังงานอัลตราโซนิกทั่วทั้งปริมาตรทองคำ แทนที่จะส่งไปยังส่วนต่อประสานเซรามิกที่เปราะบาง ผลลัพธ์คือหน้าต่างกระบวนการเชื่อมต่อที่กว้างและมีความเค้นต่ำ ซึ่งให้แรงดึงที่สม่ำเสมอ >3.0 gf ในการประกอบอัตโนมัติปริมาณมาก

Q2: ทำไมจึงเลือกไดอิเล็กทริก COG/NPO แทน X7R สำหรับตัวเก็บประจุบายพาส RF?

ปัจจัยประสิทธิภาพ RF ที่สำคัญสามประการที่ทำให้ COG/NPO แตกต่างจาก X7R: (1) เสถียรภาพอุณหภูมิ: ความแปรผันของ COG/NPO คือ ±0.3% ตั้งแต่ -55°C ถึง +125°C เทียบกับ ±15% สำหรับ X7R — การปรับปรุง 50× ในวงจรไบแอสทีหรือเครือข่ายการจับคู่, การเปลี่ยนแปลงความจุ 15% จะทำให้วงจรผิดเพี้ยนไปหลายร้อย MHz ที่ย่านความถี่ Ku (2) เสถียรภาพแรงดัน DC: X7R สามารถสูญเสียความจุที่กำหนด 30-80% ภายใต้แรงดัน DC เนื่องจากไดอิเล็กทริกไททาเนตแบเรียมเป็นเฟอร์โรอิเล็กทริก COG/NPO เป็นพาราอิเล็กทริก — ความจุมีเสถียรภาพภายใน <10 ppmV from 0 to rated voltage. (3) การเสื่อมสภาพ: ความจุของ X7R ลดลงประมาณ 3-5% ต่อทศวรรษ-ชั่วโมง เนื่องจากการผ่อนคลายโดเมนเฟอร์โรอิเล็กทริก COG/NPO ไม่เสื่อมสภาพ — ตัวเก็บประจุที่วัดได้ในวันนี้จะมีความจุเท่าเดิมในอีก 10 ปีข้างหน้า สำหรับระบบป้องกันและอวกาศที่มีอายุการใช้งานหลายทศวรรษ, สิ่งนี้จะช่วยขจัดกลไกการดริฟต์ระยะยาวที่สำคัญ