อุปทาน MOS ใกล้ศูนย์ ชิปอัดอัดอัดแบบชั้นเดียว 30V 100 pF สําหรับวงจร RF แบรดแบนด์

ตัวเก็บประจุ MOS ที่มีค่าความเหนี่ยวนำใกล้ศูนย์ HACC101S30V101 100pF 30V แบบชั้นเดียวสำหรับวงจร RF Microwave แบบบรอดแบนด์

ตัวเก็บประจุ MOS แบบชั้นเดียว HACC101S30V101: ความเหนี่ยวนำต่ำ ปราศจากเสียงรบกวนจากการสั่นสะเทือน 100pF สำหรับวงจร GHz

HACC101S30V101 เป็นตัวเก็บประจุ MOS แบบชั้นเดียวขนาด 100pF ±10% ที่มีพิกัด 30V DC สร้างขึ้นบนแผ่นซิลิคอนแบบ float-zone (>1000Ω·cm) พร้อมด้วย SiO แบบเทอร์มอล 300nm_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} ไดอิเล็กทริก ขนาดชิปคือ 0.50 มม. * 0.50 มม. * 0.15 มม. พร้อมการเคลือบโลหะทองด้านบนขั้นต่ำ 2.5µm และด้านหลังทองขั้นต่ำ 1.0µm ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่สูงกว่า 1GHz ซึ่งค่าความเหนี่ยวนำอนุกรมที่แฝงอยู่ สัญญาณรบกวนที่เกิดจากการสั่นสะเทือน และการกระจายค่าความจุระหว่างหน่วยต่อหน่วย เป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพระดับระบบโดยตรง

1. โครงสร้างแบบชั้นเดียวบรรลุ ESL ต่ำกว่า 0.05nH ได้อย่างไร

ค่าความเหนี่ยวนำอนุกรมเทียบเท่า (ESL) ในตัวเก็บประจุเกิดจากฟลักซ์แม่เหล็กที่ถูกล้อมรอบด้วยวงจรกระแสผ่านอุปกรณ์ ในตัวเก็บประจุเซรามิกแบบหลายชั้น (MLCC) คู่ขั้วไฟฟ้าภายในแต่ละคู่จะสร้างวงจรกระแส และกองของคู่ขั้วไฟฟ้า N คู่จะสร้างวงจรขนาน N วงจร ซึ่งค่าความเหนี่ยวนำร่วมจะรวมกันอย่างสร้างสรรค์ ผลลัพธ์คือ ESL ที่ปรับขนาดได้ไม่ดีทั้งตามจำนวนชั้นและความยาวของชิป

โครงสร้าง MOS แบบชั้นเดียวจะกำจัดกลไกนี้:

• เส้นทางการไหลของกระแสในแนวตั้งเท่านั้น: กระแสไหลจากขั้วไฟฟ้าทองด้านบน ผ่านไดอิเล็กทริก SiO_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} ในแนวตั้ง เข้าสู่แผ่นซิลิคอน และออกทางขั้วไฟฟ้าทองด้านหลัง—วงจรเดียวที่มีพื้นที่ล้อมรอบน้อยที่สุด ไม่มีกระแสไหลในแนวนอนตามขั้วไฟฟ้าภายใน
• ความหนาของไดอิเล็กทริกเทียบกับความเหนี่ยวนำ: ชั้น SiO_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} หนา 300nm กำหนดความยาวเส้นทางการไหลของกระแสผ่านไดอิเล็กทริก ที่ระดับนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กที่มาจากบริเวณไดอิเล็กทริกจะถูกครอบงำโดยรูปทรงเรขาคณิตของสายพันธะและวงจรภายนอก
• ค่า ESL ที่วัดได้: สำหรับชิปขนาด 0.50 มม. พร้อมสายพันธะทองเส้นเดียวขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 25µm ยาว 0.5 มม. ค่าความเหนี่ยวนำรวมของวงจรจะอยู่ที่ประมาณ 0.4nH การหักลบส่วนประกอบของสายพันธะ (~0.35nH สำหรับลวดทอง 25µm ยาว 0.5 มม.) จะเหลือ ESL ของชิปภายในต่ำกว่า 0.05nH ด้วยสายพันธะขนานหลายเส้น ค่า ESL ที่มีประสิทธิภาพจะปรับขนาดประมาณ 1/N
• ผลลัพธ์ที่ใช้งานได้จริง: ที่ 100pF การเรโซแนนซ์อนุกรมกับ ESL 0.05nH เกิดขึ้นที่สูงกว่า 2.2GHz—แต่ ESL ของชิปภายในต่ำพอที่ค่าความเหนี่ยวนำของสายพันธะที่ผู้ใช้ควบคุมจะเป็นตัวกำหนด ทำให้ผู้ออกแบบวงจรสามารถควบคุมความถี่เรโซแนนซ์ได้โดยตรงผ่านการเลือกความยาวสายพันธะ

2. พื้นฐานวัสดุสำหรับการตอบสนองแบบเพียโซอิเล็กทริกเป็นศูนย์

ปรากฏการณ์ไมโครโฟนิกในตัวเก็บประจุเกิดขึ้นเมื่อความเค้นเชิงกลเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าผ่านผลกระทบแบบเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง (ความเค้น → โพลาไรเซชัน) หรือผ่านการเปลี่ยนแปลงขนาดของไดอิเล็กทริก (ความเค้น → การปรับค่าความจุ) กลไกทั้งสองขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึกของวัสดุไดอิเล็กทริก

SiO ที่เติบโตด้วยความร้อน_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} ปราศจากทั้งสองผลกระทบ:

• โครงสร้างอสัณฐาน: ต่างจากควอตซ์ผลึก (ซึ่งเป็นเพียโซอิเล็กทริก) หรือแบเรียมไททาเนตเฟอร์โรอิเล็กทริก (BaTiO₃) (ซึ่งเป็นทั้งเพียโซอิเล็กทริกและอิเล็กโทรสติกชัน) SiO อสัณฐาน_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} ขาดความเป็นระเบียบของผลึกในระยะยาว—เพียโซอิเล็กทริกต้องการโครงสร้างผลึกที่ไม่สมมาตรกลาง—เงื่อนไขที่เครือข่ายอะตอมแบบสุ่มของซิลิกาอสัณฐานไม่สามารถตอบสนองได้
• ไม่มีโดเมนเฟอร์โรอิเล็กทริก: แบเรียมไททาเนต (BaTiO₃) ในตัวเก็บประจุ X7R และ X5R ได้รับค่าความจุไดอิเล็กทริกสูงจากการเคลื่อนที่ของผนังโดเมน—การปรับทิศทางของไอออน Ti⁴⁺ ภายในเซลล์หน่วยเพอรอฟสไกต์ภายใต้สนามไฟฟ้าที่ใช้ กลไกนี้โดยเนื้อแท้แล้วไม่เป็นเชิงเส้น มีฮิสเทอรีซิส และเชื่อมโยงทางกล SiO_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} มีค่าความจุไดอิเล็กทริกประมาณ 3.9 โดยไม่มีส่วนประกอบเฟอร์โรอิเล็กทริก ทำให้มีลักษณะ C-V เป็นเชิงเส้นสมบูรณ์ตั้งแต่ 0V ถึงแรงดันพิกัด
• การเปรียบเทียบอิเล็กโทรสติกชัน: ไดอิเล็กทริกทั้งหมดแสดงอิเล็กโทรสติกชันบางส่วน (ความเค้นเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของสนามไฟฟ้า) แต่ผลกระทบใน SiO_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} มีค่าน้อยกว่าเฟอร์โรอิเล็กทริกที่มีค่า K สูงหลายเท่า ค่าสัมประสิทธิ์อิเล็กโทรสติกชันของ SiO ที่เติบโตด้วยความร้อน_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} ต่ำกว่า 10^-22 m²/V² เทียบกับประมาณ 10^-16 m²/V² สำหรับ BaTiO₃—ความแตกต่างหนึ่งล้านเท่า

3. การควบคุมกระบวนการระดับเวเฟอร์เพื่อความสม่ำเสมอของค่าความจุ

ความสม่ำเสมอของค่าความจุทั่วทั้งล็อตการผลิตขึ้นอยู่กับสองปัจจัย: ความสม่ำเสมอของความหนาไดอิเล็กทริกและการกำหนดพื้นที่ขั้วไฟฟ้า ลำดับการผลิต HACC จัดการทั้งสองอย่าง:

• การออกซิเดชันด้วยความร้อนแบบแห้ง: แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจะถูกออกซิไดซ์ในเตาอบควอตซ์ที่อุณหภูมิ 950-1050°C ในบรรยากาศ O_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} แบบแห้ง จลนศาสตร์การออกซิเดชันแบบ Deal-Grove ทำให้เกิดการเติบโตแบบจำกัดตัวเอง โดยความแปรปรวนของความหนาออกไซด์ทั่วทั้งเวเฟอร์ขนาด 150 มม. มักจะน้อยกว่า ±2% (วัดโดยสเปกโตรสโกปีเอลลิปโซเมตรีที่ 49 จุดต่อเวเฟอร์)
• การพิมพ์ลายด้วยแสงขั้วไฟฟ้า: ขั้วไฟฟ้าทองด้านบนถูกกำหนดโดยกระบวนการ lift-off โดยใช้การพิมพ์ลายด้วยแสงแบบสัมผัส ความแปรปรวนของพื้นที่ขั้วไฟฟ้าถูกควบคุมโดยความคลาดเคลื่อนของมิติวิกฤต (CD) ของหน้ากากการพิมพ์ลายด้วยแสงที่ ±1µm บนมิติขั้วไฟฟ้ามาตรฐาน 400µm ซึ่งส่งผลให้ค่าความจุแปรปรวนน้อยกว่า ±0.5%
• การทดสอบ DC ระดับเวเฟอร์ 100%: ทุกตำแหน่งตัวเก็บประจุบนทุกเวเฟอร์จะถูกทดสอบค่าความจุที่ 1MHz กระแสรั่วที่แรงดันพิกัด และแรงดันพังทลาย ตำแหน่งที่เกินขีดจำกัดที่กำหนดจะถูกทำเครื่องหมายเพื่อยกเว้นเมื่อทำการตัด การยอมรับล็อตจะขึ้นอยู่กับผลผลิตการทดสอบขั้นต่ำ 95%
• ชั้นยึดเกาะและชั้นกั้น TiW: ชั้น TiW (ไทเทเนียม-ทังสเตน, ปกติ 100nm) บางๆ จะถูกเคลือบระหว่างพื้นผิวซิลิคอน/SiO_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} และขั้วไฟฟ้าทอง ชั้นนี้ทำหน้าที่สามอย่าง: ส่งเสริมการยึดเกาะ (ป้องกันทองลอกออกระหว่างการพันสาย), ชั้นกั้นการแพร่ (ป้องกันการแพร่ระหว่างซิลิคอน-ทองที่อุณหภูมิสูง), และการกระจายกระแส (ลดความหนาแน่นกระแสเฉพาะจุดที่จุดพันสาย)

4. คุณสมบัติประสิทธิภาพ RF

การวัดพารามิเตอร์ S แบบสัญญาณขนาดเล็ก (1-20GHz, หัววัด GSG, การสอบเทียบ short-open-load-thru) บน HACC101S30V101 ให้ประสิทธิภาพทั่วไปดังนี้:

• ปัจจัย Q: >2000 ที่ 1MHz, >300 ที่ 1GHz, >80 ที่ 5GHz ค่า Q ที่ลดลงตามความถี่เป็นไปตามแนวโน้ม 1/(ωCR_{การสูญเสียการแทรก:}) ที่คาดไว้ โดย Rs รวมถึงทั้ง ESR และการสูญเสียที่เกิดจากซับสเตรต ซับสเตรต float-zone ที่มีความต้านทานสูง (>1000Ω·cm) ช่วยลดการสูญเสียกระแสไหลวนที่จะทำให้ Q เสื่อมลงในซับสเตรตซิลิคอน Czochralski มาตรฐาน_{การสูญเสียการแทรก:} การสูญเสียการแทรกแบบอนุกรม (สองพอร์ต) ต่ำกว่า 0.1dB ตลอด 6GHz สำหรับระบบ 50Ω ทำให้ตัวเก็บประจุเหมาะสำหรับการจับคู่แบบสูญเสียต่ำและการใช้งานแบบ DC-blocking
• การเรโซแนนซ์อนุกรม: ด้วยสายพันธะ 0.5 มม. ค่าความเหนี่ยวนำรวมประมาณ 0.4nH ทำให้เกิดการเรโซแนนซ์อนุกรมที่ประมาณ 800MHz สำหรับค่า 100pF ซึ่งได้รับการกำหนดลักษณะอย่างดีและสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการปรับรูปทรงเรขาคณิตของสายพันธะ—ซึ่งเป็นอิสระที่ไม่มีในตัวเก็บประจุแบบแพ็คเกจแยก
• คุณสมบัติหลักความเหนี่ยวนำภายในใกล้ศูนย์:

ESL ของชิปต่ำกว่า 0.05nH ความเหนี่ยวนำของระบบถูกกำหนดโดยสายพันธะที่ผู้ใช้ควบคุม ทำให้สามารถปรับความถี่เรโซแนนซ์เองได้

• เอาต์พุตเพียโซอิเล็กทริกเป็นศูนย์: ไดอิเล็กทริก SiO อสัณฐาน
• 2 ไม่มีค่าสัมประสิทธิ์เพียโซอิเล็กทริก ปรากฏการณ์ตัวเก็บประจุร้องเพลงเป็นศูนย์และไม่มีการรับสัญญาณรบกวนไมโครโฟนิกเป็นศูนย์ ตรวจสอบโดยการทดสอบการสั่นสะเทือนตาม MIL-STD-202 วิธี 204 (ไม่มีเอาต์พุตที่วัดได้เกินระดับเสียงรบกวนที่ความเร่งสูงสุด 10g, การกวาดความถี่ 20Hz-2kHz)_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.} ความสม่ำเสมอของความหนาออกไซด์ ±2% ร่วมกับการควบคุม CD ขั้วไฟฟ้า ±1µm ความคลาดเคลื่อนมาตรฐาน ±10%, มีให้เลือก ±5% ไม่มีการลดทอนค่าความจุตามแรงดัน DC
• ระบบเคลือบโลหะ TiW-Au: ชั้นกั้น/ยึดเกาะ TiW 100nm + ขั้วไฟฟ้าทองด้านบนขั้นต่ำ 2.5µm ความแข็งแรงในการดึงพันสาย >6gf สำหรับลวดทอง 25µm ด้านหลัง: TiW-Pt-Au พร้อมชั้นกั้น Pt สำหรับความเข้ากันได้กับอีพ็อกซี่เงิน
• ซับสเตรตความต้านทานสูง: ซิลิคอนแบบ float-zone ที่มีความต้านทาน >1000Ω·cm ช่วยลดการสูญเสีย RF ของซับสเตรต ทำให้ Q > 300 ที่ 1GHz
• ข้อมูลจำเพาะทางไฟฟ้า (T = 25°C เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น)พารามิเตอร์

ค่า

การไม่มีการตอบสนองแบบเพียโซอิเล็กทริกทำให้ HACC101S30V101 เหมาะสำหรับวงจรเรโซแนนซ์ของออสซิลเลเตอร์ ซึ่งการสั่นสะเทือนทางกลจะปรับค่าความจุและปรากฏเป็นแถบข้างของสัญญาณรบกวนเฟส ใน VCO 2GHz ทั่วไปที่มีตัวเก็บประจุถัง 100pF ความไวแบบเพียโซอิเล็กทริก 1ppm/g (ทั่วไปสำหรับ X7R) จะสร้างการปรับความถี่ที่เกิดจากการสั่นสะเทือน 2kHz/g HACC101S30V101 จะกำจัดกลไกนี้ในระดับส่วนประกอบ

การบายพาสบรอดแบนด์: สำหรับการลดทอนแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 1GHz ให้ติดตั้งชิปให้ใกล้กับอุปกรณ์ที่ใช้งานมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ สายพันธะ 0.5 มม. จากขั้วไฟฟ้าด้านบนของตัวเก็บประจุไปยังแพดของอุปกรณ์จะสร้างความถี่เรโซแนนซ์อนุกรมใกล้ 800MHz ด้วยค่า 100pF ที่ความถี่สูงกว่านี้ ตัวเก็บประจุจะปรากฏเป็นตัวเหนี่ยวนำ—แต่ค่าความเหนี่ยวนำคือค่าความเหนี่ยวนำของสายพันธะที่ควบคุมได้ดี ไม่ใช่ ESL ภายในที่ไม่ทราบ สำหรับการบายพาสที่ครอบคลุม 1-6GHz ให้ใช้สายพันธะขนานสองเส้นเพื่อลดค่าความเหนี่ยวนำที่มีประสิทธิภาพลงครึ่งหนึ่งและเพิ่มความถี่เรโซแนนซ์อนุกรมเป็นสองเท่า

การจับคู่ LNA: Q > 300 ที่ 1GHz รับประกันว่าตัวเก็บประจุจะมีการสูญเสียที่น้อยมากต่อเครือข่ายการจับคู่ขาเข้า เมื่อออกแบบการจับคู่แบบ L-section ตัวเหนี่ยวนำ—ไม่ใช่ตัวเก็บประจุ—จะเป็นตัวกำหนดการสูญเสียของเครือข่าย ใช้ตัวเก็บประจุเป็นองค์ประกอบอนุกรม (DC block) หรือองค์ประกอบขนาน ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการแปลงอิมพีแดนซ์

การประกอบการยึดชิป: ฟิวส์แบบ eutectic AuSn (สูงสุด 320°C, บรรยากาศ N

2

/H_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.}) หรืออีพ็อกซี่เงินนำไฟฟ้า การพันสาย: การพันบอลแบบเทอร์โมโซนิค Au 25µm (เวที 120-150°C, แรงพัน 25-35gf, ความแข็งแรงในการดึง >6gf) หรือการพันลิ่มแบบอัลตราโซนิค Al 25µm ที่อุณหภูมิห้อง ESD Class 0 (HBM)_{ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลพารามิเตอร์ S ที่วัดได้, แผนที่ C-V ระดับเวเฟอร์, รายงานการทดสอบการสั่นสะเทือน หรือค่าความจุแบบกำหนดเองบนแพลตฟอร์ม 0.50 มม.}