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. 3.2.1):

Рис.3.2.1

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

Значение d определяется по формуле:

d = k3Up/Enp, [см],

где k3 = 3 - коэффициент запаса,

Up= 3 В - рабочее напряжение,

Епр= 3·106 В/см - электрическая прочность для БСС.

Для всех конденсаторов: d = 3·3 / (3·106) = 3см.

Определяем удельную емкость C0d конденсатора, соответствующую требуемой электрической прочности:

C0d= 0,0885ε/d, [пФ/см2],

где d - толщина, см, ε = 3,9- диэлектрическая проницаемость на частоте 1кГц (см. табл. 1.2.1).

Для всех конденсаторов: Cod= 0,0885·3,9/3·10-6= 115050 пФ/см2

Расчет допустимой погрешности gSдопплощади производится по формуле:

gSдоп =gCi- gCo -gCт-gстC. ,

где: gCi= │δCi │ и gСо- допуск на номинал и погрешность воспроизведения удельнойемкости, значения которых приведены в табл. 1.1.1

gCi= |±10%| = 0.1

gСо = 2% = 0.02

gCт - температурная погрешность, которая рассчитывается по формуле:

gCт =αCi ΔΤ

где: αCi - температурный коэффициент емкости ТКС, характеризует отклонение ΔCi(Τ) емкости от номинального значения Ci в зависимости от изменения температуры ΔΤ. Значение αCi является справочной величиной, αC1 = αC2= αC3=0,2· 10-4 1/°С, ΔТ=60°С- интервал рабочих температур.

gCт = 0,2·10-4·60 = 0.0012

gстC - погрешность обусловленная старением материалов, рассчитывается по формуле:

gстС = КстС·Δt.

где: КстС - коэффициент старения емкости, характеризует изменение ΔCi (t) емкости Ci в зависимости от времени t, Кстс =10-5 1/час, Δt - время эксплуатации конденсатора. Δt = 103 часов.

gстС =10-5·103= 0,01

gSдоп =gCi- gCo-gCт-gстC= 0,1-0,02-0,0012-0,01= 0,0688

Рассчитаем удельную емкость C0S конденсатора, соответствующую допустимой погрешности площади gSдоп конденсатора.

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

C0S = Сi(gSдоп/DA)2 Kф/ (1+Kф)2 ,[пФ/см2],

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

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

C0S= Сi(gSдоп/DA)2 / 4, [пФ/см2].

Для конденсатора Cl: C0S = 8814,29 (0.0688/0,001)2 /4 = 10430478,21пФ/см2

Для конденсатора C2: C0S = 4667,21 (0.0688/0,001)2/4 = 5522989,6256пФ/см2

Для конденсатора C3: C0S = 1848,08 · (0.0688/0,001)2/4 = 2186943,9488 пФ/см2

Определяем минимальную удельную емкость С0m конденсатора, обеспечивающую заданное значение Up, а также отвечающую требуемой величине gCi =ôdCiô, по условию:

0m = min{C0d , C0S},[пФ/см2].

Для конденсатора Cl: C0m = min{115050, 10430478,21} = 115050 пФ/см2

Для конденсатора С2: С0m= min{115050, 5522989,6256} = 115050 пФ/см2

Для конденсатора С3: С0m= min{, 2186943,9488} = 115050 пФ/см2

Рассчитаем площадь SВверхней обкладки конденсатора:

в= Ci/ С0m ,[см2]

Для конденсатора Cl :SB= 8814,29 /115050= см2

Для конденсатора С2: SB= 4667,21 /115050 = см2

Статья в тему

Схемотехническое моделирование усилителя низких частот
  В настоящее время весьма актуальной задачей является техническое перевооружение, быстрейшее создание и повсеместное внедрение принципиально новой радиоэлектронной техники. Интегральные микросхемы в настоящее время являются одним из самых массовых изделий современной микроэлектроники. Прим ...