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。是5G基站、雷達等射頻微波電路中不可或缺的元件。111SEA5R6K100TT

低ESL設計是超寬帶電容技術的重中之重。結構創新包括采用多端電極設計,如三端電容或帶翼電極電容,將傳統的兩端子“進-出”電流路徑,改為“穿心”式或更低回路的路徑,從而抵消磁場、減小凈電感。內部電極采用交錯堆疊和優化布局,盡可能縮短內部電流通路。在端電極方面,摒棄傳統的 wire-bond 或長引線,采用先進的倒裝芯片(Flip-Chip)或landing pad技術,使電容能以短的路徑直接貼裝在PCB的電源-地平面之間,比較大限度地減少由封裝和安裝引入的額外電感。這些結構上的精妙設計是達成皮亨利(pH)級別很低ESL的關鍵。116UJ430M100TT自諧振頻率(SRF)越高,電容器有效工作頻率上限就越高。

在射頻和微波系統中,超寬帶電容的應用至關重要且多樣。它們用于RF模塊的電源退耦,防止功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、混頻器和頻率合成器的噪聲通過電源線相互串擾,確保信號純凈度和系統靈敏度。它們也作為隔直電容(DC Block),在傳輸線中阻斷直流分量同時允許射頻信號無損通過,要求極低的插入損耗和優異的回波損耗(即良好的阻抗匹配)。此外,在阻抗匹配網絡、濾波器、巴倫(Balun)等無源電路中,高Q值、高穩定性的COG電容是確保電路性能(如帶寬、中心頻率、插損)精確無誤的關鍵元件,廣泛應用于5G基站、衛星通信、雷達等設備中。
與傳統電解電容(鋁電解、鉭電解)相比,超寬帶MLCC電容具有壓倒性的高頻優勢。電解電容的ESL和ESR通常很高,其有效工作頻率很少能超過幾百kHz到1MHz,主要用于低頻濾波和大容量儲能。而超寬帶MLCC的ESL和ESR極低,工作頻率可達GHz級別。此外,MLCC沒有極性,更安全(無?電容的燃爆風險),壽命更長(無電解液干涸問題),溫度范圍更寬。當然,電解電容在單位體積容量和成本上仍有優勢,因此在實際系統中,它們常與超寬帶MLCC搭配使用,分別負責低頻和高頻部分。先進的薄膜工藝可制造出性能很好的超寬帶電容。

微波電路應用在微波領域,超寬帶電容發揮著關鍵作用。作為耦合電容、旁路電容和調諧電容廣泛應用于雷達系統、衛星通信設備和微波收發模塊中。在這些應用中,電容器需要處理GHz頻率的信號,傳統電容由于寄生參數的影響會導致信號失真和效率下降。超寬帶電容通過精心的結構設計,采用共面電極和分布式電容結構,比較大限度地減少了寄生效應。例如在微波功率放大器中,超寬帶電容用作偏置網絡的一部分,能夠有效隔離直流同時為射頻信號提供低阻抗通路。它能為高速數據轉換器(ADC/DAC)提供純凈電源。116SHC5R6K100TT
協同仿真工具可預測其在具體電路中的真實性能。111SEA5R6K100TT
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。111SEA5R6K100TT
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