Расчет тонкопленочных конденсаторов

Пленочный конденсатор представляет собой трехслойную структуру, нанесенную на диэлектрическую подложку. Первый слой - проводящий слой, являющийся нижней обкладкой конденсатора, второй слой представляет собой однослойный или многослойный диэлектрик, и третий слой - проводящий слой верхней обкладки конденсатора.

Цель расчета – определение геометрических размеров и формы тонкопленочных конденсаторов, обеспечивающих получение конденсаторов с воспроизводимыми и стабильными параметрами.

Для микросборки использованы конденсаторы квадратной формы (рис. 1.2.1):

Рисунок 1.2.1 – Конденсатор квадратной формы

Расчет толщины d диэлектрика конденсатора производится из условия обеспечения электрической прочности Е_пр:

Значение d определяется по формуле:

где k₃ = 3 - коэффициент запаса,

U_p= 9 [В] - рабочее напряжение,

Е_пр= 1·10⁶ [В/см] - электрическая прочность.

Для всех конденсаторов:

 

Определение удельной емкости C_0d конденсатора, соответствующей требуемой электрической прочности:

где d - толщина, см, ε = 10- диэлектрическая проницаемость на частоте 1кГц (см. табл. 1.3).

Для всех конденсаторов:

Расчет допустимой погрешности g_Sдоп площади производится по формуле:

g_Sдоп =g_Ci- g_Co -g_Cт-g_стC.,

где: g_Ci=│ δ Ci│ и g_Со- допуск на номинал и погрешность воспроизведения удельной емкости, значения которых приведены в табл. 1.1.

g_Ci= |±10%| = 0.1

g_Со = 2% = 0.02

g_Cт - температурная погрешность, которая рассчитывается по формуле:

где: α _Ci - температурный коэффициент емкости ТКС, характеризует отклонение Δ C_i(Τ ) емкости от номинального значения C_i в зависимости от изменения температуры Δ Τ . Значение α _Ci является справочной величиной,
α _C1 = α _C2= 3·10^-4 1/°С, Δ Т=60°С- интервал рабочих температур.

g_стC – погрешность обусловленная старением материалов, рассчитывается по формуле:

g_стС = К_{ст С}·Δ t (1.2.4)

где: К_стС - коэффициент старения емкости, характеризует изменение Δ C_i (t) емкости C_i в зависимости от времени t, К_стс =10^-5 1/час, Δ t - время эксплуатации конденсатора. Δ t = 10³ часов.

g_стС =10^-5·10³= 0, 01

g_Sдоп =g_Ci- g_Co-g_Cт-g_стC= 0, 1-0, 02-0, 0018-0, 01= 0, 052

Расчет удельной емкости C_0S конденсатора, соответствующей допустимой погрешности площади g_Sдоп конденсатора.

Для конденсатора прямоугольной формы с площадью верхней площадки S=A× B осуществляется по формуле:

где К_ф = А/В - коэффициент формы конденсатора; А - большая сторона верхней обкладки конденсатора, [см];

Δ А=Δ В - ошибка (точность изготовления) линейных размеров, [см] (Δ А=Δ В=10 мкм = 0, 001 см), при изготовлении геометрической формы обкладки конденсатора выбирается квадратной формы: А=В, величина К_ф=1 и, следовательно:

Для конденсатора Cl:

Для конденсатора C2:

Определение минимальной удельной емкости С_0m конденсатора, обеспечивающую заданное значение U_p, а также отвечающую требуемой величине g_Ci =ô dC_iô, по условию:

Для конденсатора Cl:

Для конденсатора С2:

Расчет площади S_В верхней обкладки конденсатора:

Для конденсатора Cl:

Для конденсатора С2:

> 0.01 см² – диэлектрик удовлетворяет требуемым исходным данным.

Определение габаритных размеры А_В и В_В верхней обкладки конденсатора.

Для конденсатора прямоугольной формы размеры обкладки определяются выбранным коэффициентом формы К_ф = А_в/В_в, задаваясь, с учетом технологических требований и ограничений, размером В_в. Тогда:

Так как выбран конденсатор квадратной формы, для которого К_ф =1 то:

Для конденсатора С1:

Для конденсатора С2:

Расчет габаритных размеров А_В и В_Н нижней обкладки конденсатора.

Для конденсатора квадратной формы:

где: σ ≥ 200 мкм - технологическое ограничение на перекрытие обкладок конденсатора.

Для конденсатора С1:

Для конденсатора С2: Α _Η = Β _Η = + =

Определение габаритных размеров А_Д и В_Д диэлектрика.

Для конденсатора квадратной формы

где: g ≥ 100 мкм - технологическое ограничение на перекрытие нижнейобкладки конденсатора диэлектриком.

Для конденсатора С1:

Для конденсатора С2:

Определяем площадь S_Ci, занимаемую конденсатором.

Площадь конденсатора определяется площадью диэлектрика:

Для конденсатора Cl:

Для конденсатора С2:

Расcчитаем добротность Q_i конденсатора по формуле:

Где tgd_i = tgd_Д + tgd_об;

tgd_Д = 0, 001 – тангенс угла диэлектрических потерь в диэлектрике на частоте 1кГц, который является постоянной справочной величиной, его значение берется из табл. 1.3;

tgd_об – тангенс угла потерь в обкладках конденсатора, который определяется по формуле:

tgd_об = 4p¦C_i(r_в + r_н)/10¹²,

где f = 1000 Гц - частота, на которой измеряются потери; C_i – номинал емкости конденсатора [пФ];

r_в и r_н - сопротивления соответственно верхней и нижней обкладок конден­сатора, [Ом], для конденсатора квадратной формы r_в = r_н = ρ _Sобкл = 0, 2 Ом/□. Для алюминиевых обкладок:

Для конденсатора Cl:

Для конденсатора C2:

Определение общей площади конденсаторов на подложке ИМС.

Общая площадь S_CG тонкопленочных конденсаторов на подложке рассчитывается по формуле:

где G - количество конденсаторов на подложке ИМС.

см².

После произведенных расчетов конденсаторы, расположенные на подложке ИМС, изображены на рис. 1.2.2 (масштаб 20: 1):

Рисунок 1.2.2 – Конденсаторы, расположенные на подложке

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. БИЛЕТ 3. Электроемкость проводников и конденсаторов. Соединение конденсаторов Энергия заряженного конденсатора
2. Обозначение конденсаторов на схемах
3. Технические данные косинусных конденсаторов и конденсаторных установок на нормальное напряжение 0,38 кВ