系統級封裝(SiP)是電子 miniaturization 的重要方向。在其中,嵌入式電容技術扮演了關鍵角色。該技術將電容介質材料(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。這種結構的比較大優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內存與GPU的集成)至關重要,是解決未來高性能計算電源完整性的終方案之一。三端電容等結構創新可有效抵消內部寄生電感效應。111TEC200K100TT

多層陶瓷芯片(MLCC)是實現超寬帶電容的主流技術路徑。為追求超寬帶性能,MLCC技術經歷了明顯演進。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隨頻率和溫度的變化極小,保證了電容值的穩定性。其次,采用層層疊疊的精細內部電極結構,并通過優化電極圖案(如交錯式設計)和采用低電感端電極結構(如三明治結構或帶翼電極),極大縮短了內部電流路徑,有效降低了ESL。,封裝尺寸不斷小型化(如0201, 01005甚至更小),不僅節省空間,更關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構和精確的尺寸控制,確保在DC-50GHz范圍內的穩定性能。校準實驗室級別的電容還提供詳細的S參數模型和溫度特性數據,幫助儀器設計師實現比較好性能。
制造工藝與技術超寬帶電容的制造涉及精密的工藝技術。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。先進的激光微調技術用于調整電容值,精度可達0.1pF。整個制造過程在潔凈室環境中進行,確保產品的一致性和可靠性。
航空航天與電子系統對超寬帶電容提出了極端可靠性和苛刻環境適應性的要求。這些系統工作環境惡劣,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、特種介質材料和堅固封裝,確保性能在壽命期內絕不漂移或失效。同時,許多應用(如電子戰(EW)、雷達、衛星通信)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,將電容介質材料直接制作在PCB的電源-地平面之間,實現近乎理想的平板電容結構,將寄生電感降至幾乎為零,這是實現超寬帶性能在系統級上的手段之一。其主要價值在于有效抑制從低頻到高頻的電源噪聲。118HEA390M100TT
選型時需權衡容值、電壓、尺寸、頻率及成本因素。111TEC200K100TT
未來,超寬帶電容技術將繼續向更高頻率、更低損耗、更高集成度和更優可靠性發展。新材料如低溫共燒陶瓷(LTCC)技術允許將多個電容、電感、電阻甚至傳輸線共同集成在一個三維陶瓷模塊中,形成復雜的無源網絡或功能模塊(如濾波器、巴倫)。LTCC可以實現更精細的線路、更優的高頻性能和更好的熱穩定性,非常適合系統級封裝(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且更穩定的材料)也在持續進行,以期在未來實現更高容值密度和更寬工作頻段。111TEC200K100TT
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