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什么是硅電容？
硅電容器，簡稱Si-Cap，是指以硅材料為介電層，采用半導體制造工藝制作而成的電容器。電容器還包括陶瓷電容、鋁電解電容、鉭電容、薄膜電容等傳統品類，其中陶瓷電容是當下市場應用覆蓋最廣、成熟度最高的電容器，市場占比約59%，具有高頻率、低阻抗、高耐熱特性。相比之下，盡管硅電容擁有超小尺寸、超高頻率、高容量、可靠性和穩定性等特點，但技術壁壘極高，因此過去主要用于航空航天、軍工雷達等領域，民用市場占比不到1%。
圖 電容器分類和市場占比
硅電容市場
據中國電子元件行業協會統計，2019年全球電容器市場規模達220億美元，中國市場規模為1102億元，占全球市場71%，且中國電容器市場規模增速持續高于全球規模增速。
2021年全球硅電容器市場價值15.8億美元。從2022年到2031年，預計將以5.4%的CAGR增長。同時，根據Mordor Intelligence的一項研究，2021年全球MLCC市場規模達到116.3億美元，預計2022年至2027年的復合年增長率為6.03%。
圖 硅電容圖
航空航天領域應用
傳統電容器的性能會受到高溫的顯著影響。硅電容器有不同的額定溫度，通常高達 250 °C。高溫硅電容器適用于廣泛的惡劣環境應用，包括飛機發動機控制、航空電子系統、汽車系統、井下石油勘探系統、軍事應用和很快。此外，硅電容器提供高度穩定的電容性能作為電壓和溫度的函數且不會發生電容老化。此外，硅電容器的可靠性和電容在直流偏置條件下不會降低。
通信領域應用
隨著移動基站繼續增加以及數據中心流量需求不斷增大，光通信市場也將會進一步擴大。目前，400Gbps的以太網(400GbE)正逐漸成為下一代數據中心的主流，而Beyond 400Gbps的研發也早已展開，高速化、小型化、高集成化的需求日益迫切。需開發硅電容適合于超寬帶傳輸的光通信設備。
Ø 高頻信號線直器的耦合電容器
Ø 解決偏置電路上去耦問題的去耦電容器
Ø TOSA硅中介層IPD(硅集成無源器件）
圖 硅電容在通信領域應用
硅電容器的分類
分類 | 硅深槽（3D） | MNOS（2D） | MIS（2D） |
特征 | 1.有較深的硅槽 2.深槽內也是功能區域 3.有多晶硅層 | 金屬-氮化物-氧化物-半導體，一般是平面電容 | 金屬-絕緣層-半導體，一般是平面電容 |
代表企業 | 村田，臺積電 | 京瓷 | 威世，思佳訊 |
圖 硅深槽電容器和平面電容器示意圖
硅電容器的優勢
1）硅的穩定性能比較好，因此硅電容也相應具有出色的高頻特性和溫度特性、極低的偏置特性、很高的可靠性，以及低背化等特性。
2）硅電容還做得更小更薄，標準化的硅電容可以做到100微米，定制化的可以做到40~50微米。
3）硅電容這樣的底部電極品更適合高速信號線，越接近阻抗連續性更好，信號品質更好。
4）硅電容器可靠性更高，工作電壓下可保證100攝氏度，10年壽命。
5）硅電容器件本身插損很小，相比其他寬帶電容產品，插損優勢很明顯。
6）硅電容的絕緣阻抗很高，優于陶瓷電容和鉭電容。
圖 硅電容優勢
代表企業：村田（Murata）
株式會社村田制作所（Murata Manufacturing Co., Ltd）是以機能陶瓷為基本的電子元器件的研究開發，生產和銷售。1944年，由村田昭（1921-2006）在京都市中京區創立了個人經營的村田制作所。村田擁有六個平臺技術領域，從材料、工藝、生產技術、產品設計到分析評估的開發均在本公司內部進行，工程和銷售網絡覆蓋全球5大洲，包括英國、中國、法國和美國等。產品包括電容器、電感器、通信元器件、電子功能元器件等，被廣泛用于日常的所有電子設備中，如電視機、電腦、智能手機等，為實現豐富的生活做出了貢獻。
在通信、移動、環境、健康等日益擴大的電子領域，Murata Integrated Passive Solutions是村田制作所于2016年10月收購的原法國IPDiA。IPDiA 于 2017 年 4 月 1 日更名為 Murata Integrated Passive Solutions。
新生產線將于2023年春季開始籌建，此次新建的200mm晶圓生產線將采用Murata Manufacturing獨特的電介質形成技術 PICS（Passive Integration Connective Substrate）。據公司稱，PICS 的特點是在電氣特性方面實現了高性能。新生產線上的產品將實現高性能和電容，它們的尺寸很小，厚度僅為 40 μm，主要針對移動終端市場。
圖 村田硅電容展示圖
代表企業：威世（Vishay）
1962年， Zandman博士在美國賓夕法尼亞創立了威世公司，當時以發展和制造金屬箔電阻為主。威世通過收購許多著名品牌的的分立電子元件的廠商促進了公司發展，威世品牌的產品代表了包括分立半導體、無源元件、集成模塊、應力感應器和傳感器等多種相互不依賴產品的集合。
在2002年主要收購了BC元件（BCcomponents是以前飛利浦電子公司和貝士拉革(Beyschlag)公司生產無源元件的部門），它是歐洲和亞洲領先的無源元件制造商，這個收購極大的增強了威世在無源元件方面的全球市場位置。被收購的BC元件（BCcomponents）產品線（被分為威世BC元件和威世貝士拉革）包括薄膜MELF電阻器，線性和非線性電阻器，陶、薄膜和鋁電解電容器，以及開關和微電位計。
威世在2004年收購了規模較小的生產無源元件的MIC公司的Aeroflex部門。 這個收購增強了威世現存的薄膜的生產能力。
圖 威世硅電容器
代表企業：思佳訊（Skyworks）
2002年由Alpha Industries和Conexant的無線通信部門合并而成的Skyworks思佳訊公司，是高可靠性模擬和混合信號半導體領域的全球領先企業，總部位于馬薩諸塞州沃本市，在全球開展業務，其開發、制造、銷售和服務機構遍布亞洲、歐洲和北美。Skyworks公司的產品包括放大器、衰減器、檢波器、二極管、定向耦合器、前端模塊、混合微電路、基礎架構子系統、混頻器解調器、移相器、合成器等，其中功率放大器（PA）市場份額高達43%，是全球最大的PA供應商，Skyworks大約占據中國領先手機PA市場份額的60-70%。
Skyworks MIS芯片電容器有多種尺寸和電容值可供選擇。它們經常用于需要直流阻塞和射頻旁路的應用，或者用作濾波器、振蕩器和匹配網絡中的固定電容調諧元件。該器件具有由熱生長的二氧化硅組成的電介質，在該電介質上沉積一層氮化硅。這種電介質具有較低的電容溫度系數和很高的絕緣電阻。該器件還表現出優異的長期穩定性，使其適用于高可靠性應用。電容器具有高介電擊穿，允許使用薄電介質，從而使單位面積的電容比我們以前的目錄產品更大。溫度系數小于50 ppm/°C，操作溫度適合在-65°C至200°C之間。
圖 思佳訊硅電容器
代表企業：京瓷AVX
京瓷KYOCERA AVX是一家領先的國際制造商和供應商，是Kyocera Corporation的全資子公司，具有共享資源與技術專知的獨特優勢，總部位于日本，提供大量先進的電子元件，包括：電容器、電感器、濾波器、電阻器、耦合器、二極管和電路保護設備，以及各種創新的傳感器、控制、連接器和天線解決方案，KYOCERA AVX在全球16個國家擁有豐富的客戶支持設施，具有顯著的競爭優勢，包括優化的交付和生產能力，以滿足每個客戶的及時庫存需求，以及全球工程團隊，他們在開發面向市場的新產品解決方案方面經驗豐富，特別是為滿足客戶獨特的應用需求而設計的解決方案。芯云知查閱資料和專利，推測京瓷AVX硅電容產品并非嚴格意義上的硅電容器。
圖 京瓷AVX電容器
代表企業：臺積電（tsms）
臺灣集成電路制造股份有限公司成立于1987年，在半導體產業中首創專業集成電路制造服務模式。臺積公司為532個客戶提供服務，生產12,698種不同產品，被廣泛地運用在各種終端市場，例如高效能運算、智能型手機、物聯網、車用電子與消費性電子產品等；同時，臺積公司及其子公司所擁有及管理的年產能超過一千五百萬片十二吋晶圓約當量。
TSMC-SoIC晶圓對晶圓（Wafer on Wafer, WoW）技術，借由堆棧7納米邏輯芯片于嵌入式深溝槽電容（Deep Trench Capacitor, DTC）芯片上，于2022年在高效能運算（High performance computing, HPC）產品展現出優異的系統效能提升。據了解，臺積電iCap應用在多款消費級處理器芯片上，具有非常好的集成性。iCAP標準單元為40 µm x 40 µm，溝槽的深度低于30μm，但它能夠達到的電容密度高達340 nF /mm²。與HD-MiM相比，電容密度提高了近20倍。由于可以在單個插入器上使用多個iCAP，因此每個Si插入器可能的總電容超過68μF。
圖 臺積電深硅槽電容示意圖和剖面圖
芯云納米技術有限公司專注微納器件定制化服務，可設計和代工硅電容器，容值、尺寸和厚度均可定制，為客戶提供性能高、低成本方案。詳情請發消息或發送郵件：info@icnano-tech.com。