Расчет пленочных конденсаторов. Расчет пленочных конденсаторов гибридных интегральных схем Пленочный конденсатор
 Скачать 1 Mb.
|
Расчет пленочных конденсаторов гибридных интегральных схемПленочный конденсаторПленочный конденсатор представляет собой трехслойную структуру, нанесенную на диэлектрическую подложку.
Требования к конструкции конденсаторов
Конфигурация пленочного конденсатораПараметры пленочных конденсаторовСi – номинальное значение емкости, пФ;δС – суммарная относительная погрешность емкости, %;Up – максимальное рабочее напряжение, В;ΔТ – диапазон рабочих температур, Сτ – время наработки на отказ, чМатериал конденсатораЛучшим материалом для обкладок пленочного конденсатора является алюминий, который по сравнению с другими металлами (никель, хром, золото), дает значительно меньшее число коротких замыканий, что объясняется низкой температурой испарения алюминия и пониженной подвижностью его атомов на поверхности подложки из-за тенденции к окислению.В качестве диэлектрика применяют изоляционные материалы в виде непористых тонких пленок, обладающих необходимыми электрофизическими свойствами.Требования к материалу диэлектрических пленок
Этим требованиям удовлетворяют моноокись кремния SiO, моноокись германия GeO и ряд других соединений.Выбор материала конденсатораХарактеристики материалов пленочных конденсаторов
Выбор материала конденсатора проводится по таблице на основе рабочего напряжения Up εд и Епр → max tg δ и αС → min Характеристики материалов тонкопленочных конденсаторовЁмкость конденсатораS = LB – площадь взаимного перекрытия обкладок, см2; εд – относительная диэлектрическая проницаемость; d – толщина диэлектрика, см; С0 = (0,0885 εд)/d – удельная ёмкость, пФ/см2. Минимальная толщина диэлектрикаКз = 2÷3 – коэффициент запаса электрической прочности; Епр – электрическая прочность материала диэлектрика, В/мм (мм) 0,1 ≤ dmin ≤ 1 (мкм) Если dmin лежит за пределами (0,1-1) мкм, то следует выбрать другой материал. Суммарная относительная погрешность емкости конденсатораδС = δС0 + δS + δCt + δCстδC0 = 3÷5 % – относительная погрешность удельной емкости, которая зависит от материала и погрешности толщины;δS = ΔS/S = (ΔLB + ΔBL)/BL – относительная погрешность активной площади конденсатора;δСt = αС (Тmax–20С) – температурная погрешность;δСст = 1÷3 % – погрешность, обусловленная старением пленок конденсатораОбоснование выбора коэффициента формы конденсатораОтносительная погрешность активной площади конденсатора δS → min при L = В Кф = 1 Форма конденсаторов – квадрат Проверка обеспечения заданной точностиРасчет погрешностей проводится не в %, а в сотых долях δC – погрешность конденсатора из варианта задания δC0 = 3÷5 % δСt = αС (Тmax–20С) τ – время наработки на отказ, ч Если получается δSдоп < 0, то нужно выбрать другой материал пленки Расчет удельной емкости конденсаторовСmin – наименьшая емкость конденсатора из всех, входящих в схему Smin = 0,5×0,5 мм2 – минимальная площадь, занимаемая конденсатором, исходя из технологических ограничений 0,0885 – коэффициент, имеющий размерность пФ/см Размеры верхней обкладки конденсатораПлощадь верхней обкладки конденсатораS = С/(С0K) (мм2)K – эмпирический коэффициент, учитывающий краевой эффектK = 1, если С/С0 ≥ 5 мм2,K = 1,3 – 0,06 С/С0, если 1 ≤ С/С0 < 5 мм2Smin < S < 200 мм2, округленное до числа, кратного шагу координатной сетки с учетом масштаба Размеры нижней обкладки и диэлектрикаLн = Bн = L + 2qq = 0,1 мм – размер перекрытия нижней и верхней обкладокLд = Bд = Lн + 2ff = 0,2 мм – размер перекрытия нижней обкладки и диэлектрикаПлощадь, занимаемая конденсатором,S = Lд BдПроверка расчетов1. Фактическое значение погрешности рабочей площади верхней обкладки2. Фактическое значение напряженности электрического поляФактическая толщина диэлектрикаЕсли условия не выполняются, необходимо увеличить d и провести расчеты заново ВыводыПример выводов по работеПорядок расчета пленочных конденсаторов |