單層電容器 (SLC) 被認為是最基本的電容器類型。它們由單層介電材料組成，兩側均具有導電電極材料（圖 1）。鑑於與其他電容器類型相比，SLC 具有最高的自諧振頻率 (SRF)，因此高頻應用長期以來一直在使用這些組件。
話雖如此，現在讓我們將注意力轉向電容器的模擬模型。 Modelithics 為多層陶瓷電容器 (MLCC) 和其他被動元件提供了大量高度可擴展的模型。這些模型被稱為 Microwave Global Models™，代表了該公司早期流行的創新。話雖如此，人們可能會認為開發 SLC 模型是一項容易的任務。然而，事實證明，為 SLC 創建可擴展模型比最初預期更具挑戰性。建模挑戰包括正確解決打線接合連接、考慮各種配置以及許多介電材料的複雜性。
好消息是，根據最近的一項內部研究計劃，Modelithics 開發了一種專有方法來為 SLC 創建準確且可擴展的模型。因此，Modelithics 現在為一組初始 SLC 提供等效電路和 3D 電磁 (EM) 幾何模型。
這些型號可在 Modelithics COMPLETE Library™ 中找到。
讓我們透過查看 CAP-TCD-CMSK280-001 模型來深入了解這些模型，該模型是 Tecdia 的 Type C（1 類）無邊界 SLC 系列的等效電路模型（圖 2）。 CAP-TCD-CMSK280-001 是一款用於分流配置的 1 埠型號。此初始模型包括兩個值：1.0 和 4.7 pF。 CAP-TCD-CMSK280-001 型號具有寬頻性能的優勢 – 經過 DC 至 60 GHz 的驗證。
為了開發此模型，Modelithics 實驗室團隊在 1 埠分流配置中進行了測量驗證。建模方法還涉及在 Ansys HFSS 中執行的 3D EM 模擬。圖 3 顯示了用於表徵這些組件的測量配置。在圖 3 中，我們看到連接到 SLC 頂部的打線接合。打線接合的另一端連接到 5 密耳厚的氧化鋁基板夾具上的 50 Ω 微帶線。具體來說，該基板夾具被稱為 Probe Point™ 0503，它包含在 Modelithics 作為標準產品提供的 Probe Point 夾具系列中。 Modelithics 也提供相關的 CM05 校準基板。欲了解更多信息，請訪問 Modelithics 網站。
現在讓我們來談談 CAP-TCD-CMSK280-001 型號的一些特性。該模型提供了很大的靈活性，特別是在打線接合方面。讓我們從「BW_Removal」參數開始，它使用戶可以在模型中包含或刪除打線接合。預設情況下（BW_Removal = 0），包含鍵合線，這表示參考平面位於打線接合的末端（再次參見圖 3）。將 BW_Removal 設為 1 會從模型中移除打線接合，並將參考平面放置在電容器的頂部。
此模型的靈活性遠遠超出了簡單地包含或移除打線接合的選擇。當包含打線接合時，其他幾個參數允許使用者精確調整相關設定。例如，「BW_Stride」參數可讓您調整黏合點之間的距離。另一個參數是“BW_ContactH”，它可以設定接觸點距地面的高度（即基板高度）。 “BW_PeakH”參數可讓您調整打線接合的峰值高度，而“BW_PeakMode”參數可讓您調整其峰值位置。
最後，「BW_Diameter」參數用於設定打線接合的直徑。使用者可以參考型號資訊資料表來查看這些不同參數的描述。
除了提到的參數外，CAP-TCD-CMSK280-001 型號還包括一個「Cap_Size」參數，可讓您調整電容器的長度和寬度。當值設為 1.0 pF 時，Cap_Size 預設為 10。請注意，Cap_Size 可以在以下範圍內調整預設尺寸的 ±20%。 Cap_Size 被包含在內，因為每個電容器的值受到製造商的切割公差的影響。當SLC大於標稱尺寸時，電容值會更大，基波內部諧振頻率會更低。當 SLC 小於標稱尺寸時，情況正好相反。然後，使用者可以評估所交付部件範圍的電路性能。
現在讓我們快速展示一下正在運行的 CAP-TCD-CMSK280-001 模型。我們在開始時提到，與其他類型的電容器相比，SLC 具有最高的 SRF。圖 4 顯示了該值設定為 1.0 pF 時模型的阻抗曲線。顯示的是模型中包含打線接合 (BW_Removal = 0) 和移除打線接合 (BW_Removal = 1) 時的結果。當包含打線接合時，SRF 為 10.43 GHz。如果沒有打線接合，我們看到的 SRF 為 22.82 GHz。所有其他參數均設定為預設值。
圖 5 顯示了 S11 值為 4.7 pF 時的建模和測量結果。顯示的結果適用於一直到 60 GHz 的頻率。
在這篇文章中，我們研究了 CAP-TCD-CMSK280-001 等效電路模型。請記住，這款 SLC 型號並不是目前唯一可用的型號。 Modelithics 提供 Tecdia 的其他 SLC 以及其他製造商的 SLC 的模型。並在未來留意更多此類模型。
在第 2 部分中，我們將重點放在 SLC 的 Modelithics 3D EM 幾何模型。 3D EM 幾何模型可以捕捉當組件非常靠近其他組件或物件時可能發生的耦合交互作用。此外，我們期待與 SLC 製造商合作，透過為 SLC 產品線添加準確且靈活的模型來擴展 Modelithics 庫。
引用來源：
- V. Lu, “SLCs vs. MLCCs: Which Capacitor Type is Right for My Application,” Knowles Precision Devices blog, February 2022.
- C. DeMartino, “Capitalize on Full-Wave Electromagnetic Simulations with 3D EM Component Models,” Microwave Journal, April 2024.
原文轉載來自Chris DeMartino – Introducing Modelithics Models for Single-Layer Capacitors, Part 1
