現代汽車電子,特別是自動駕駛系統和ADAS(高級駕駛輔助系統),高度依賴各種傳感器(攝像頭、激光雷達、毫米波雷達)和高速數據處理單元。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。域控制器和高速網關對數據處理能力要求極高,需要超寬帶退耦技術來保障處理器和存儲器的穩定運行。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,直接關系到行車安全。車規級超寬帶電容必須通過AEC-Q200等可靠性認證。111TDA4R7M100TT

介質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,具有比較高的穩定性:其介電常數隨溫度、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、低損耗和超穩定性的超寬帶高頻電路、諧振器和濾波器中。但其相對介電常數較低,因此難以在小體積內實現高容值。Class II類材料,如X7R、X5R特性,具有高介電常數,能在小尺寸下實現高容值,常用于電源退耦和通用濾波。但其容值會隨溫度、頻率和直流偏壓明顯變化,損耗也較高,在高頻高性能應用中受限。超寬帶應用會根據具體頻段和功能需求混合使用這兩類材料。118GF820K100TT構建退耦網絡時,需并聯不同容值電容以覆蓋全頻段。

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。
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。在物聯網設備中助力實現低功耗與高性能的平衡。

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: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,以應對比較高頻的噪聲,而稍大封裝的電容則負責稍低的頻段,共同構建一個從低頻到超高頻的全譜系退耦網絡。
在高速內存(如DDR5)系統中保障數據傳輸穩定性。111UHC160M100TT
與傳統電解電容相比,其在高頻下的阻抗特性優勢明顯。111TDA4R7M100TT
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。對于超寬帶應用,必須要求電容器的SRF遠高于系統的工作頻率,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:一是優化內部結構和端電極設計以小化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,形成協同效應。111TDA4R7M100TT
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