Siliziumkondensatoren der zweiten Generation steigern die Leistung ...

Empower Semiconductor hat seine zweite Generation von Siliziumkondensatoren auf den Markt gebracht, um Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCC) in tragbaren und IoT-Designs zu ersetzen.

Die E-Cap-Siliziumkondensatoren werden mit einer Kombination aus Grabendesign und Prozessoptimierungen bei TSMC hergestellt und erzeugen eine Kapazität von 1,1 µF/mm2, doppelt so viel wie die vorherige Generation, sagt Steve Shultis, EVP für Vertrieb und Marketing bei Empower.

„Die typische Betriebsspannung der ersten Generation betrug 2 V, aber diese zweite Generation beträgt 4 V mit einer Doppelkondensatorstruktur“, sagte er. „Wir haben gelernt, wie wir die Struktur auf andere Weise so gestalten können, dass sich die Spannung bei geringerer Kapazität verdoppelt.“

Die Siliziumkondensatoren sind weniger als 50 µm tief und werden in einer Anordnung von zehn Geräten mit individuellen Pinbelegungen eingebaut, um mehrere MLCC-Geräte zu ersetzen. Die angepassten Kapazitätswerte von 75 pF bis 5 µF (@2 V) können in einen einzigen Chip integriert werden, um kundenspezifische integrierte Kondensatorarrays zu erstellen.

„2,2 mm x 2 mm ist das größte Gerät, das wir herstellen können, daher ist der größte Kondensator 4,8 uF, was 15 uF in einem Keramikkondensator entspricht“, sagte Sultis. „Dieses 2 x 2 mm-Array scheint der Sweet Spot zu sein – wir prüfen auch Arrays, die aus vier Kondensatoren auf einem kleineren Array bestehen“, sagte er.

„Wenn ich einen Eins-zu-eins-Austausch vornehme, können MLCCs sehr günstig sein, und Siliziumkondensatoren werden nicht so günstig sein“, sagte er. „Je mehr Kondensatoren ich unterbringen kann, desto weniger Kosten entstehen mir. Die Frequenzweiche besteht normalerweise aus 4 Kondensatoren.“

Es gibt unterschiedliche Verpackungsmöglichkeiten, so dass sie für Entkopplungskondensatoren in PCB-Modulen, aber auch für Siliziumsubstrate eingesetzt werden können. Dies ist besonders hilfreich bei höherfrequenten Signalen, bei denen MLCC-Designs mehr Geräte erfordern.

„Zur HF-Entkopplung benötigen MLCCs zusätzliche Geräte für höhere Frequenzen“, sagte Shultis. „Es gibt Kompromisse bei der Verpackung – die Fine-Pitch-Bumps eignen sich wirklich gut für die Substratmontage mit gutem ESR und wenig Kupfer, während die Pads mehr Kupfer haben, sodass der ESR nicht so gut ist, aber auf Leiterplatten einfacher zu verarbeiten ist.“

Laut Sultis hat die Technologie bei Verbraucherdesigns mit Leiterplattenmontage Anklang gefunden, insbesondere bei Wearables und Designs für das Internet der Dinge (IoT).

„In den meisten Fällen handelt es sich um eine kundenspezifische Aufgabe, aber man findet, dass ein 100-nF-E-Kondensator einen 0,1-uF-Kondensator ersetzt, sodass wir ein oder zwei Standardwerte des E-Kondensators verwenden können, um alle Entkopplungskondensatoren in einem Design zu ersetzen.“

Dies kann auf Platinenebene oder in einem Paket erfolgen.

„Unser Gießereipartner ist TSMC und sie haben ihre 3D-Verpackung mit Siliziumkondensatoren in der Verpackung angekündigt, aber alle anderen Verpackungshersteller brauchen das. Sie verfügen nicht über die Silizium-Trench-Prozesstechnologie“, sagte er.

Er weist außerdem darauf hin, dass Siliziumkondensatoren im Gegensatz zu MLCCs nicht anfällig für niederfrequentes Rauschen sind und keine Nickelbeschichtung vorhanden ist, die zu magnetischer Suszeptibilität führen kann.

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