系統(tǒng)級(jí)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(fù)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(jī)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(shì)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(shí)極大節(jié)省了空間。這對(duì)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(lái)高性能計(jì)算電源完整性的終方案之一。協(xié)同仿真工具可預(yù)測(cè)其在具體電路中的真實(shí)性能。111UCA1R5C100TT
高性能的測(cè)試與測(cè)量設(shè)備(如高級(jí)示波器、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀)本身就是對(duì)信號(hào)保真度要求比較高的電子系統(tǒng)。它們的模擬前端、采樣電路、時(shí)鐘系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理單元必須具有極低的噪聲和失真。超寬帶電容在這些設(shè)備中無(wú)處不在,用于穩(wěn)定電源、過(guò)濾噪聲、耦合信號(hào)以及構(gòu)建內(nèi)部高頻電路。它們的性能直接影響到設(shè)備的基線噪聲、動(dòng)態(tài)范圍、測(cè)量精度和帶寬指標(biāo)??梢哉f(shuō),沒有高性能的超寬帶電容,就無(wú)法制造出能夠精確測(cè)量GHz信號(hào)的前列測(cè)試設(shè)備。這些設(shè)備反過(guò)來(lái)又用于表征和驗(yàn)證其他超寬帶電容的性能,形成了技術(shù)發(fā)展的正向循環(huán)。111ZA2R4C100TT采用高可靠性陶瓷和電極材料確保長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。
超寬帶電容是一種專為在極其寬廣的頻率范圍內(nèi)(通常從幾Hz的低頻一直覆蓋到數(shù)GHz甚至數(shù)十GHz的高頻)保持穩(wěn)定、一致且優(yōu)異性能而設(shè)計(jì)的電子元件。其重心價(jià)值在于解決現(xiàn)代復(fù)雜電子系統(tǒng),尤其是高頻和高速系統(tǒng)中,傳統(tǒng)電容器因寄生參數(shù)(如ESL-等效串聯(lián)電感和ESR-等效串聯(lián)電阻)影響而導(dǎo)致的頻域性能急劇退化問題。它通過(guò)創(chuàng)新的材料學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和封裝技術(shù),比較大限度地壓制寄生效應(yīng),確保從直流到微波頻段的低阻抗特性,為高速集成電路、射頻模塊和微波設(shè)備提供跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)頻段的純凈能量供應(yīng)和高效噪聲抑制,是現(xiàn)代高性能電子系統(tǒng)的基石。
封裝小型化是提升高頻性能的必然趨勢(shì)。更小的物理尺寸(如01005, 0201, 0402封裝)意味著更短的內(nèi)部電流路徑和更小的電流回路面積,從而天然具有更低的ESL。這使得小封裝電容的自諧振頻率(SRF)可以輕松達(dá)到GHz以上,非常適合用于芯片周邊的超高頻退耦。然而,小型化也帶來(lái)了挑戰(zhàn):更小的尺寸對(duì)制造精度、材料均勻性和貼裝工藝提出了更高要求;同時(shí),容值通常較小。因此,在PCB設(shè)計(jì)中,通常采用“大小搭配”的策略,將超小封裝的電容盡可能靠近芯片的電源引腳放置,以應(yīng)對(duì)比較高頻的噪聲,而稍大封裝的電容則負(fù)責(zé)稍低的頻段。PCB布局需優(yōu)化,過(guò)孔和走線會(huì)引入額外安裝電感。
介質(zhì)材料的選擇直接決定了電容器的基本頻率和溫度特性。Class I類材料,如COG(NPO)特性,具有比較高的穩(wěn)定性:其介電常數(shù)隨溫度、頻率和電壓的變化微乎其微,損耗角正切(tanδ)極低,非常適合用于要求高Q值、低損耗和超穩(wěn)定性的超寬帶高頻電路、諧振器和濾波器中。但其相對(duì)介電常數(shù)較低,因此難以在小體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高容值。Class II類材料,如X7R、X5R特性,具有高介電常數(shù),能在小尺寸下實(shí)現(xiàn)高容值,常用于電源退耦和通用濾波。但其容值會(huì)隨溫度、頻率和直流偏壓明顯變化,損耗也較高,在高頻高性能應(yīng)用中受限。超寬帶應(yīng)用會(huì)根據(jù)具體頻段和功能需求混合使用這兩類材料。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(yīng)。111ZCA100K100TT
它能夠有效抑制電磁干擾(EMI),提升產(chǎn)品合規(guī)性。111UCA1R5C100TT
現(xiàn)代汽車電子,特別是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和ADAS(高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)),高度依賴各種傳感器(攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá))和高速數(shù)據(jù)處理單元。車載毫米波雷達(dá)工作在24GHz和77GHz頻段,其射頻前端需要超寬帶電容進(jìn)行退耦和隔直,以確保探測(cè)精度和距離分辨率。域控制器和高速網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)處理能力要求極高,需要超寬帶退耦技術(shù)來(lái)保障處理器和存儲(chǔ)器的穩(wěn)定運(yùn)行。此外,汽車電子對(duì)元器件的壽命、可靠性、耐溫性和抗振動(dòng)性要求極高,車規(guī)級(jí)AEC-Q200認(rèn)證的超寬帶電容成為不可或缺的重心組件。111UCA1R5C100TT
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