系統(tǒng)級封裝(SiP)是電子 miniaturization 的重要方向。在其中,嵌入式電容技術(shù)扮演了關(guān)鍵角色。該技術(shù)將電容介質(zhì)材料(如聚合物-陶瓷復合材料)以薄膜形式直接沉積在SiP基板(如硅中介層、陶瓷基板、有機基板)的電源層和地層面之間,形成分布式的去耦電容。這種結(jié)構(gòu)的比較大優(yōu)勢是幾乎消除了所有封裝和安裝電感(ESL極低),提供了近乎理想的超寬帶去耦性能,同時極大節(jié)省了空間。這對于芯片間距極小、功耗巨大且噪聲敏感的2.5D/3D IC封裝(如HBM內(nèi)存與GPU的集成)至關(guān)重要,是解決未來高性能計算電源完整性的終方案之一。三端電容等結(jié)構(gòu)創(chuàng)新可有效抵消內(nèi)部寄生電感效應。111TEC200K100TT

多層陶瓷芯片(MLCC)是實現(xiàn)超寬帶電容的主流技術(shù)路徑。為追求超寬帶性能,MLCC技術(shù)經(jīng)歷了明顯演進。首先,采用超細粒度、高純度的介電材料(如Class I類中的NPO/COG特性材料),這類材料的介電常數(shù)隨頻率和溫度的變化極小,保證了電容值的穩(wěn)定性。其次,采用層層疊疊的精細內(nèi)部電極結(jié)構(gòu),并通過優(yōu)化電極圖案(如交錯式設計)和采用低電感端電極結(jié)構(gòu)(如三明治結(jié)構(gòu)或帶翼電極),極大縮短了內(nèi)部電流路徑,有效降低了ESL。,封裝尺寸不斷小型化(如0201, 01005甚至更?。粌H節(jié)省空間,更關(guān)鍵的是因為更小的物理尺寸意味著更低的固有電感,使其自諧振頻率得以推向更高的頻段。116TCC1R8C100TT其性能直接影響無線通信設備的靈敏度和通信距離。

測試與測量設備高級測試測量儀器對元器件的性能要求極高。超寬帶電容用于頻譜分析儀、網(wǎng)絡分析儀和高速示波器的前端電路和信號處理部分。在這些儀器中,電容的相位線性度和幅度平坦度直接影響測量精度。特殊設計的超寬帶電容采用空氣橋結(jié)構(gòu)和精確的尺寸控制,確保在DC-50GHz范圍內(nèi)的穩(wěn)定性能。校準實驗室級別的電容還提供詳細的S參數(shù)模型和溫度特性數(shù)據(jù),幫助儀器設計師實現(xiàn)比較好性能。
制造工藝與技術(shù)超寬帶電容的制造涉及精密的工藝技術(shù)。多層陶瓷電容采用流延成型工藝,將陶瓷漿料形成精確厚度的薄膜,然后通過絲網(wǎng)印刷形成電極圖案。層壓和共燒過程需要精確的溫度控制,確保各層間的完美結(jié)合。對于比較高頻率的應用,采用薄膜工藝在陶瓷或硅基板上直接沉積電極。先進的激光微調(diào)技術(shù)用于調(diào)整電容值,精度可達0.1pF。整個制造過程在潔凈室環(huán)境中進行,確保產(chǎn)品的一致性和可靠性。
航空航天與電子系統(tǒng)對超寬帶電容提出了極端可靠性和苛刻環(huán)境適應性的要求。這些系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣,包括巨大的溫度變化(-55℃至+125℃甚至更寬)、度振動、沖擊以及宇宙射線輻射。電容器必須采用高可靠性設計、特種介質(zhì)材料和堅固封裝,確保性能在壽命期內(nèi)絕不漂移或失效。同時,許多應用(如電子戰(zhàn)(EW)、雷達、衛(wèi)星通信)需要處理極寬頻帶的信號,要求電容具備從基帶到毫米波的超寬帶性能。此類電容通常需遵循MIL-PRF-55681、MIL-PRF-123等標準, undergo rigorous screening and qualification tests.用于精密測試設備,確保測量信號的真實性與準確性。

即使選擇了ESL極低的超寬帶電容,不合理的PCB布局和安裝也會引入巨大的安裝電感,徹底毀掉其性能。安裝電感主要來自電容焊盤到電源/地平面之間的過孔(via)和走線。為了小化安裝電感,必須遵循以下原則:一是使用短、寬的走線連接;二是使用多個緊鄰的、低電感的過孔(via)將電容的兩個端直接連接到近的電源層和地層;三是采用對稱的布局設計。對于比較高頻的應用,甚至需要采用嵌入式電容技術(shù),將電容介質(zhì)材料直接制作在PCB的電源-地平面之間,實現(xiàn)近乎理想的平板電容結(jié)構(gòu),將寄生電感降至幾乎為零,這是實現(xiàn)超寬帶性能在系統(tǒng)級上的手段之一。其主要價值在于有效抑制從低頻到高頻的電源噪聲。118HEA390M100TT
選型時需權(quán)衡容值、電壓、尺寸、頻率及成本因素。111TEC200K100TT
未來,超寬帶電容技術(shù)將繼續(xù)向更高頻率、更低損耗、更高集成度和更優(yōu)可靠性發(fā)展。新材料如低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)允許將多個電容、電感、電阻甚至傳輸線共同集成在一個三維陶瓷模塊中,形成復雜的無源網(wǎng)絡或功能模塊(如濾波器、巴倫)。LTCC可以實現(xiàn)更精細的線路、更優(yōu)的高頻性能和更好的熱穩(wěn)定性,非常適合系統(tǒng)級封裝(SiP)和毫米波應用。此外,對新型介電材料的探索(如具有更高介電常數(shù)且更穩(wěn)定的材料)也在持續(xù)進行,以期在未來實現(xiàn)更高容值密度和更寬工作頻段。111TEC200K100TT
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