ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛЕНОЧНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ
В некоторых типах гибридных ИМС наряду с резисторами наиболее распространенными пассивными элементами являются пленочные конденсаторы, которые во многом определяют схемотехнические и эксплуатационные характеристики ИМС. Так, качество и надежность большинства линейных гибридных ИМС в значительной мере зависят от качества и надежности тонкопленочных конденсаторов, что определяется их конструкцией и технологией изготовления.
Конструктивно-технологические особенности и основные параметры. В гибридных ИМС применяют тонкопленочные и толстопленочные конденсаторы с простой прямоугольной (квадратной) и сложной формами (рис. 1). Пленочный конденсатор представляет собой многослойную структуру, нанесенную на диэлектрическую подложку (рис. 1, а). Для ее получения на подложку 1 последовательно наносят три слоя: проводящий 2, выполняющий роль нижней обкладки, слой диэлектрика 3 и проводящий слой 4, выполняющий роль верхней обкладки конденсатора.
в)
Возможно вы искали - Реферат: Расчет униполярного транзистора
Рис. 1. Конструкции пленочных конденсаторов с обкладками прямоугольной формы (а) в виде пересекающихся проводников (б) и «гребенки» (в)
Пленочные конденсаторы характеризуются совокупностью следующих параметров: номинальным значением емкости С; допуском на емкость ±6С; рабочим напряжением Up; добротностью Q или тангенсом угла потерь ; сопротивлением утечки , коэффициентом остаточной поляризации , температурным коэффициентом емкости ТКС; коэффициентом старения ; диапазоном рабочих частот ; интервалом рабочих температур ; надежностью и др.
Конкретные значения этих параметров зависят от выбора используемых материалов для диэлектрика и обкладок, технологического способа формирования самой структуры и конструкции. Конструкция конденсатора должна обеспечивать воспроизводимость параметров при минимальных габаритах в процессе изготовления и совместимость изготовления с другими элементами.
Конструкция (рис. 1, а), в которой контур верхней обкладки вписывается в контур нижней обкладки, предназначена для реализации конденсаторов повышенной емкости (сотни - тысячи пикофарад). Ее особенностью является то, что несовмещение контуров обкладок не сказывается на воспроизведении емкости (для устранения погрешности из-за площади вывода верхней обкладки предусмотрены компенсаторы 5), а распространение диэлектрика за контуры обеих обкладок гарантирует надежную изоляцию обкладок при их предельном несовмещении.
Для конденсаторов небольшой емкости (десятки пикофарад) целесообразна конструкция (рис. 1, б) в виде пересекающихся проводников одинаковой ширины, разделенных слоем диэлектрика. Емкость конденсатора данной конструкции нечувствительна к смещению обкладок из-за неточности их совмещения.
Похожий материал - Реферат: Расчет усилителя воспроизведения
Для реализации высокочастотных конденсаторов применяют гребенчатую конструкцию (рис. 1, в), в которой обкладки имеют форму гребенчатых проводников, а диэлектрик является составным типа «подложка — воздух» или «подложка — диэлектрическое покрытие».
Значение емкости пленочного конденсатора определяют по известной формуле
где — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S—площадь перекрытия диэлектрика обкладками; d— толщина диэлектрика.
Для конденсаторов многослойной структуры, состоящей из последовательно нанесенных диэлектрических и проводящих слоев, емкость
где п — количество диэлектрических слоев.
Очень интересно - Реферат: Расчет усилителя звуковой частоты
Подобно материалу резистивной пленки слой диэлектрика, параметры и d которого определяют емкость конденсатора, с точки зрения технологичности, воспроизводимости и стабильности свойств характеризуется оптимальным отношением для каждого материала и способа его нанесения. Поэтому емкость С конденсатора удобно выражать через удельную емкость
где Co=0,0885 /d—постоянная величина для каждого материала.
Как следует из ( ), для изготовления конденсаторов с малой занимаемой площадью необходимо применять материалы, характеризующиеся максимальным значением Со, т. е. материалы с максимальной диэлектрической проницаемостью и минимальной толщиной d. Однако минимальная толщина d диэлектрического слоя даже в случае выполнения требований по технологичности и воспроизводимости ограничена значением рабочего напряжения на конденсаторе.
Известно, что электрическая прочность конденсатора определяется выражением
где — напряженность электрического пробоя диэлектрика (постоянная величина для каждого материала).
Вам будет интересно - Реферат: Расчет усилителя низкой частоты с блоком питания
Следовательно, для обеспечения нормальной работы конденсатора необходимо, чтобы
, что возможно при соответствующем выборе толщины диэлектрика. Минимальную толщину диэлектрика определяют из выражения ( ), если :
где —коэффициент запаса, принимаемый равным 2—3 для большинства структур пленочных конденсаторов.
Поэтому рабочее напряжение конденсатора обеспечивается выбором соответствующего материала диэлектрика с определенным значением и необходимой толщиной диэлектрического слоя d.
Допуск, на номинальную емкость С определяется относительным изменением емкости С конденсатора, обусловленным производственными погрешностями и дестабилизирующими факторами из-за изменения температуры и старения материалов. В процессе изготовления пленочного конденсатора возможен разброс его удельной емкости Со и геометрических размеров обкладок. Из выражений ( ) и ( ) следует, что максимальное значение технологической погрешности емкости
Похожий материал - Реферат: Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах
где — абсолютные погрешности воспроизведения диэлектрической проницаемости, толщины диэлектрика и площади конденсатора соответственно.
Поскольку воспроизведение удельной емкости Со и площади S конденсатора достигается взаимно независимыми технологическими операциями, математическое ожидание относительного отклонения емкости и относительное среднеквадратическое отклонение емкости определяются выражениями
где — относительные и абсолютные среднеквадратические отклонения удельной емкости и площади.
Погрешность воспроизведения удельной емкости Со зависит от технологических факторов нанесения слоя диэлектрика, а погрешность воспроизведения площади S кроме технологических факторов зависит от конструкции конденсатора и формы обкладок. В общем случае