Расчёт и проектирование плёночных конденсаторов

Конструктивно плёночные конденсаторы представляют собой трёхслойную структуру: металл-диэлектрик-металл (МДМ) и состоит из нижней и верхней обкладок, разделённых слоем диэлектрического материала.

К конструкции конденсатора предъявляются следующие требования:) Минимальные габариты;) Воспроизводимость характеристик в процессе производства;) Совместимость технологии изготовления с технологиями изготовления других элементов микросхем.

Чаще всего используется конструкция, представленная на рис 4а; её особенностью является то, что контур верхней обкладки полностью вписывается в контур нижней. В такой конструкции неточность совмещения контуров обкладок не сказывается на величине ёмкости. Контур диэлектрика заходит за пределы обеих обкладок, что гарантирует надёжную изоляцию обкладок по периферии конденсатора. Такая конструкция характерна для конденсаторов повышенной ёмкости (сотни - тысячи pF). Для конденсаторов небольшой ёмкости (десятки pF) характерна конструкция, представленная на рис 4б. Ёмкость такого конденсатора зависит от смещения обкладок из-за неточности совмещения.

Ёмкость плёночного конденсатора определяется по формуле:

С = С0 · S(14)

где S - площадь взаимного перекрытия обкладок;

С0 - удельная ёмкость, измеряется в pF/cm2

Удельная ёмкость определяется диэлектрической проницаемостью применяемых материалов ( er) и толщиной плёнки диэлектрика (d).

;(15)

Потери в обкладках конденсатора зависят от взаимного расположения выводов. При работе на высоких частотах предпочтительно двустороннее расположение выводов.

Рабочее напряжение (Uр) обеспечивается подбором материала диэлектрической плёнки с требуемым значением электрической прочности (пробивной напряжённости электрического поля, Eпр) и необходимой толщиной плёнки (d). Для большинства диэлектрических материалов пробивная напряжённость составляет:

пр = (1 ÷ 9)·106 V/cm

Толщина диэлектрика выбирается исходя из условия обеспечения заданного рабочего напряжения, по формуле:

;

Где КЗ = 3÷10 - коэффициент запаса, обеспечивающий надёжностные характеристики.

Добротность (Q) конденсатора зависит от конструкции и используемых материалов

;

где tgdД - тангенс угла диэлектрических потерь в диэлектрике, для большинства используемых материалов составляет 10-2 ÷ 10-3.

tgdОВ = wС(r0 + rB) - тангенс угла потерь в обкладках и выводах.

Сопротивление обкладок (r0) определяется конструкцией конденсатора, проводимостью материала обкладок, их геометрией, а также картиной распределения линий тока в обкладках.

Добротность плёночных конденсаторов составляет:Q = 10 ÷ 100;

Характеристики конденсаторов определяются свойствами применяемых материалов.

К диэлектрикам предъявляются следующие требования:

· высокая диэлектрическая проницаемость;

· высокая электрическая прочность;

· высокое сопротивление изоляции;

· малые диэлектрические потери;

· хорошая адгезия;

· технологическая совместимость.

Наиболее часто используемые диэлектрические материалы представлены в таблица 2.

Материалы обкладок конденсатора должны удовлетворять следующим требованиям:

· низкое электрическое сопротивление, особенно для ВЧ конденсаторов;

· иметь хорошую адгезию как к подложке, так и к ранее сформированным плёнкам;

· обладать высокой коррозионной стойкостью;

· температурный коэффициент расширения должен быть близок к температурным коэффициентам расширения подложки и диэлектрика.

На практике чаще всего для изготовления обкладок применяют алюминий А99 с подслоем ванадия.

Таблица 2

Характеристики материалов плёночных конденсаторов

Материал диэлектрика

Удельная ёмкость, pF/cm2

Способ нанесения

Моноокись кремния (SiO)

5 000 ÷ 10 000

термический

Моноокись германия (GeO)

5 000 ÷ 15 000

термический

Двуокись кремния (SiO2)

20 000

катодное

Окись тантала (Ta2O5)

50 000

катодное

Прочтите также:

Ионные насосы в технологии MEMS
Все вакуумные насосы можно разделить на высоковакуумные и низковакуумные, а по физическому принципу действия - на механические, сорбционные, ионные. Среди механических насосов выделя ...

Модернизация электронного термометра
Объектом исследования на первом этапе является электронный термометр для систем автоматического контроля и управления (Рис 1) Рис.1. Схема электронного термометра ТД - ...

Управление смарт-картами с применением персонального компьютера
Смарт-карты в наше время нашли широкое применение в метро, таксофонах, банках, в секретных объектах, в программах для ПК где нужен физический ключ для её запуска. Так как смарт-карты ...

Основные разделы

Copyright © 2008 - 2018 www.techmatch.ru