CN220041605U - 基于slcc的宽带芯片电容器、集成电路芯片及功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于SLCC的宽带芯片电容器和集成电路芯片，其中宽带芯片电容器包括第一金属层、介质层、第二金属层和半导体层，介质层位于第一金属层和第二金属层之间，第一金属层为环状，围绕在半导体层外，半导体层的外缘与第一金属层的内环相接，第一金属层的面积小于介质层的面积。本实用新型通过半导体层的设计，利用其导电率较低的特性，使SLCC呈现一定的电阻特性，表面其他部分仍旧采用导电率较高的金属层保证其电容特性。这种结构在一定程度上克服了传统电容带宽限制问题，使单个SLCC电容以及其所在的芯片能覆盖较宽的带宽。

Description

基于SLCC的宽带芯片电容器、集成电路芯片及功率放大器

技术领域

本实用新型涉及微波集成电路技术领域，尤其涉及一种基于SLCC(Single LayerCeramic Capacitor，单层陶瓷电容)的宽带芯片电容器和集成电路芯片。

背景技术

微波电路工作频率高，电路中非理想特性众多，寄生效应复杂。实际应用中，需要对信号串扰、不同器件之间的隔离做单独的处理，稍有不慎，便会出现干扰、振荡等问题。旁路(Bypass)和去耦(Decoupling)处理不好是造成电路不稳定的重要原因之一，在功率放大器的设计中更是需要慎重对待单独设计，因为除了稳定之外，还与功放的记忆效应和线性度息息相关。

理想情况下，电压源提供低阻路径，但是实际应用中，电压源的阻抗随着频率升高而升高，再者由于电源走线的寄生电感效应以及其他器件的寄生效应，器件端口的阻抗已经不能保证是低阻，需要使用Bypass电容来提供低阻路径，使射频信号沿此低阻通路流动，减少向其他高阻路径的流动。同时为了做好各级电路之间的隔离，增加器件工作的稳定性，常使用Decoupling电容给高次谐波提供到地的低阻路径。

集成功放设计中对整体尺寸和集成度上的要求越来越高，越来越多的单层片式微波电容器(SLCC)应用到功放的设计中。Bypass电容设计中需要注意的是，由于寄生电感的存在，电容无法在全频段内保持低阻。随着频率升高，寄生电感与电容谐振，超过谐振频率之后，电容表现为感性，频率继续升高阻抗增大。对地的阻抗变大后，电容到地的滤波效果变差，并且由于寄生电阻值比较小，电容整体Q值很高，会使电容的阻抗和频率曲线变成一个尖锐的低阻区间，呈现窄带特性。

发明内容

针对传统旁路和退耦电容带宽限制问题，本实用新型提出了基于SLCC的宽带芯片电容器和集成电路芯片，有助于缩减微波集成电路的尺寸和成本。

本实用新型第一方面，提出一种基于SLCC的宽带芯片电容器，包括第一金属层、介质层、第二金属层和半导体层，所述介质层位于所述第一金属层和所述第二金属层之间，所述第一金属层为环状，围绕在所述半导体层外，所述半导体层的外缘与所述第一金属层的内环相接，所述第一金属层的面积小于所述介质层的面积。

进一步的，所述第一金属层的外缘距离所述介质层的边缘10～80um。

优选的，所述第二金属层与所述介质层面积相同。

优选的，所述半导体层的厚度不大于所述第一金属层的厚度。

更优选的，所述介质层的厚度大于所述第一金属层、所述第二金属层和所述半导体层的厚度。

进一步的，所述半导体层为电阻值为30～80Ω的方阻。

本实用新型第二方面，提供一种集成电路芯片，包括载板和如上述任一项技术方案中所述的基于SLCC的宽带芯片电容器，其中宽带芯片电容器位于所述载板的表层上，所述第二金属层与所述载板的表层相接，所述第一金属层通过键合金丝与所述载板的表层连接。

进一步的，所述载板上有微带线，所述第一金属层通过键合金丝与所述微带线连接。

本实用新型第三方面，还提供一种功率放大器，包括上述集成电路芯片。

本实用新型通过半导体层的设计，利用其导电率较低的特性，使SLCC呈现一定的电阻特性，表面其他部分仍旧采用导电率较高的金属层保证其电容特性。这种结构在一定程度上克服了传统电容带宽限制问题，使单个SLCC电容以及其所在的芯片能覆盖较宽的带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例基于SLCC的宽带芯片电容器的结构示意图；

图2为图1实施例的横截面向视图；

图3为图1实施例的等效电路图；

图4为图1实施例的电容器与载板连接示意图；

图5为图1实施例的旁路效果图；

附图标记说明：

1—电容器、11—第一金属层、12—介质层、13—第二金属层、14—半导体层、2—载板、21—微带线、22—键合金丝。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

SLCC主要通过两片平行的导体板和中间的介质层构成，常规的SLCC单层电容器在微波集成电路设计中，电容底层对地连接，电源和器件通过Bonding线与电容表层连接。如背景技术中介绍的那样，由于Bonding线寄生电感与电容产生谐振，整个频段内不能完全呈现低阻抗，并且高频分量对地阻抗变高，也会恶化退耦效果，本实施例提供的基于SLCC的宽带芯片电容器可以改善这一情况。

如图1和图2所示，为本实施例基于SLCC的宽带芯片电容器的结构示意图。本实施例的电容器1包括第一金属层11、介质层12、第二金属层13和半导体层14，其中介质层12位于第一金属层11和第二金属层13之间，第一金属层11为环状，围绕在半导体层14外，半导体层14的底面与介质层12上表面连接。半导体层14的外缘与第一金属层11的内环相接，第一金属层11的面积小于介质层12的面积。第一金属层11和第二金属层13的金属可以为金系合金，比如钛钨/镍/金(TiW/Ni/Au)；介质层12可采用单层薄膜陶瓷基片，半导体层14采用导电性能稍差的半导体材料，例如氮化钽(TaN)。第一金属层11与介质层12之间需要留边是为了防止粘接过程中溢胶等问题造成短路。

优选的，第一金属层11的外缘距离介质层12的边缘10～80um，更优选的距离是20～50um。

一般情况下，第二金属层13与介质层12面积相同。

作为优选的实施方式，半导体层14的厚度不大于第一金属层11的厚度，第一金属层11的厚度可选的范围是5～20um，适用于铅锡焊料和金丝键合。

一般的，介质层12的厚度大于第一金属层11、第二金属层13和半导体层14的厚度。

在一些具体实施方式中，半导体层14可选的为电阻值为30～80Ω的方阻。基于此，整个电容器1通常也是方形。优选的，半导体层14为电阻值为50Ω的方阻。

本实施例的电容器1通过将SLCC第一金属层11中心替换为导电率较低的材料，即半导体层14，使电容器1呈现一定的电阻特性，边缘部分依旧采用导电率较高的金属材料保证其电容特性，构成了一个环形电容(RingCap)，等效电路如图3所示。相比现有的SLCC，Bypass直路增加了电阻R，通过等效电阻的增加可以有效增加电容的退耦效果，直流电路中的高频分量会通过串接的电阻R迅速衰减，以热的形式耗散。同时Bypass直路通过增加的电阻R，进一步降低并联支路的Q值，谐振带宽加宽。

一种集成电路芯片如图4所示，包括载板2和如上述任一项技术方案中的基于SLCC的宽带芯片电容器1，其中宽带芯片电容器1位于载板2的表层上，第二金属层13与载板2的表层相接，第一金属层11通过键合金丝与载板2的表层连接。具体的，电容器1可通过导电银浆或者共晶的方式与载板2的表层金属相连接，第一金属层11通过键合金丝22与载板2上的微带线21连接。

本实用新型还提供一种功率放大器，包括上述集成电路芯片。

本实用新型实施例基于SLCC的宽带芯片电容器1在30GHz的频率范围内有良好的旁路效果，通过测量图3中电容器所在微带线两端的S参数，如图5所示，可见微带线两端的S参数在1-30GHz范围内均小于-30dB，反映出本实施例提供的电容器具有良好的旁路效果。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于SLCC的宽带芯片电容器，其特征在于，包括第一金属层、介质层、第二金属层和半导体层，所述介质层位于所述第一金属层和所述第二金属层之间，所述第一金属层为环状，围绕在所述半导体层外，所述半导体层的外缘与所述第一金属层的内环相接，所述第一金属层的面积小于所述介质层的面积。

2.根据权利要求1所述的基于SLCC的宽带芯片电容器，其特征在于，所述第一金属层的外缘距离所述介质层的边缘10～80um。

3.根据权利要求1或2所述的基于SLCC的宽带芯片电容器，其特征在于，所述第二金属层与所述介质层面积相同。

4.根据权利要求1或2所述的基于SLCC的宽带芯片电容器，其特征在于，所述半导体层的厚度不大于所述第一金属层的厚度。

5.根据权利要求4所述的基于SLCC的宽带芯片电容器，其特征在于，所述介质层的厚度大于所述第一金属层、所述第二金属层和所述半导体层的厚度。

6.根据权利要求1或2所述的基于SLCC的宽带芯片电容器，其特征在于，所述半导体层为电阻值为30～80Ω的方阻。

7.一种集成电路芯片，其特征在于，包括载板和如权利要求1～6任一项所述的基于SLCC的宽带芯片电容器，其中宽带芯片电容器位于所述载板的表层上，所述第二金属层与所述载板的表层相接，所述第一金属层通过键合金丝与所述载板的表层连接。

8.根据权利要求7所述的集成电路芯片，其特征在于，所述载板上有微带线，所述第一金属层通过键合金丝与所述微带线连接。

9.一种功率放大器，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的集成电路芯片。