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(shè)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?。?,不僅節(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。為FPGA和ASIC芯片內(nèi)部不同電壓域提供高效退耦。118HDB100K100TT

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(shè)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甚至更小),不僅節(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,從而覆蓋更寬的頻譜。111XHC390J100TT車規(guī)級超寬帶電容必須通過AEC-Q200等可靠性認證。

封裝小型化是提升高頻性能的必然趨勢。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,小型化也帶來了挑戰(zhàn):更小的尺寸對制造精度、材料均勻性和貼裝工藝提出了更高要求;同時,容值通常較小。因此,在PCB設(shè)計中,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)對比較高頻的噪聲,而稍大封裝的電容則負責(zé)稍低的頻段,共同構(gòu)建一個從低頻到超高頻的全譜系退耦網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)代汽車電子,特別是自動駕駛系統(tǒng)和ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng)),高度依賴各種傳感器(攝像頭、激光雷達、毫米波雷達)和高速數(shù)據(jù)處理單元。車載毫米波雷達工作在24GHz和77GHz頻段,其射頻前端需要超寬帶電容進行退耦和隔直,以確保探測精度和距離分辨率。域控制器和高速網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)處理能力要求極高,需要超寬帶退耦技術(shù)來保障處理器和存儲器的穩(wěn)定運行。此外,汽車電子對元器件的壽命、可靠性、耐溫性和抗振動性要求極高,車規(guī)級AEC-Q200認證的超寬帶電容成為不可或缺的重心組件,直接關(guān)系到行車安全。采用COG(NPO)介質(zhì)材料,溫度與頻率特性極為穩(wěn)定。

自諧振頻率(SRF)是衡量電容器有效工作頻率上限的重心指標(biāo)。對于超寬帶應(yīng)用,必須要求電容器的SRF遠高于系統(tǒng)的工作頻率,否則其電感特性將無法有效抑制高頻噪聲。提升SRF的策略主要圍繞降低ESL和減小電容值。根據(jù)fSRF = 1/(2π√(LC)),減小L或C都能提高fSRF。因此,超寬帶電容常采用以下方法:一是優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)和端電極設(shè)計以小化ESL;二是使用小尺寸封裝(如0201比0805的ESL小得多);三是對于極高頻率的退耦,會故意選用較小容值的電容(如100pF, 1nF),因為其SRF更高,專門用于濾除特定高頻噪聲,與較大容值的電容配合使用以覆蓋全頻段,形成協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同仿真工具可預(yù)測其在具體電路中的真實性能。111UBB1R2D100TT
小型化封裝(如0201)固有電感更低,高頻性能更優(yōu)異。118HDB100K100TT
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(fù)雜的無源網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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。118HDB100K100TT
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