OKTRES (Методы и отчеты по лабам РЭС), страница 3

Для ее получения на подложку последовательно наносят три слоя: проводящий , выполняющийроль нижней обкладки; слой диэлектрика и проводящий слой , выполняющий роль верхней обкладки конденсатора.Конструкция конденсатора (рис. 1.4, а) должна обеспечить воспроизводимость параметров при минимальных габаритах в процессе изготовления и совместимость изготовления с другими элементами.13Рис. 1.4. Конструкция пленочных конденсаторов: а - структура пленочногоконденсатора; б - конденсатор с площадью обкладок от 1 до 5 мм2;в - конденсатор с площадью обкладок более 5 мм2.Конструкция, в которой контур верхней обкладки вписывается вконтур нижней обкладки (рис.

1.4, в), предназначена для реализации конденсаторов повышенной емкости (сотни - тысячи пикофарад). Погрешностьсовмещения контуров обкладок не сказывается на воспроизведение емкости, а распространение диэлектрика за контуры обеих обкладок гарантирует надежную их изоляцию при предельном несовмещении.Для конденсаторов небольшой емкости (десятки пикофарад) целесобразна конструкция в виде пересекающихся проводников одинаковойширины, разделенных слоем диэлектрика (рис.

1.4, б). Емкость конденсатора данной конструкции нечувствительна к смещению обкладок при неточности их совмещения.Значение емкости пленочного конденсатора определяется какC=0,0885ε··S/d,где ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;S - площадь перекрытия диэлектрика обкладками; d - толщина диэлектрика.Подобно материалу резистивной пленки слой диэлектрика с точкизрения технологичности, воспроизводимости, стабильности свойств характеризуется оптимальным отношением ε/d для каждого материала и способа14его нанесения. Поэтому емкость конденсатора удобно выражать черезудельную емкость:C = C0S,где С0 = 0.0885ε/d - постоянная величина для каждого материала (см.табл. приложения 1.7).Как следует из приведенного выражения, для изготовления конденсаторов с малой занимаемой площадью необходимо применять материалы, характеризующиеся максимальным значением С0, т.е.

материалы смаксимальной диэлектрической проницаемостью и минимальной толщиной d. Однако минимизация толщины d даже в случае выполнения требований по технологичности и воспроизводимости ограничена значениемрабочего напряжения Uр на конденсаторе.Электрическая прочность конденсатора определяется выражением:Eпр=Uпр/d,где : Eпр - напряжение электрического пробоя диэлектрика (табл.

приложения 1.7).Минимальная толщина диэлектрика определяется при условии, чтоUпр=kз Uр ;d= kз Uпр / Eпр ,гдеkз =Uпр / Uр - коэффициент запаса, равный 2÷3 для большинстваструктур пленочных конденсаторов.Погрешность воспроизведения удельной емкости зависит от технологических факторов нанесения слоя диэлектрика, а погрешность воспроизведения площади S, кроме технологических факторов, зависит отконструкции конденсатора и формы обкладок.Относительная погрешность активной площади конденсатора γSсущественно зависит от формы верхней обкладки конденсатора:γS=Δа0 (1+ КC)/( КC S)1/2где КC = а0/b0 - коэффициент формы обкладок.Δа0 = Δb0 =50 ...

100 мкм.Отсюда следует, что при выбранном из топологических соображений значении КC площадь верхней обкладкиS=[(Δа0/γS)2(1+ КC)2]/ КCОтносительная погрешность изготовления емкостиγC = γC0- γS - γCt- γCτ .15Здесь γC0 =δC0 / C0 - относительная погрешность удельной емкости в условиях конкретного производства (зависит от материала (табл. приложения 1.7) и погрешности воспроизведения толщины диэлектрика); γCτ - относительная погрешность, обусловленная старением пленки конденсатора;γCt - относительная температурная погрешность, зависящая в основном отТКС материала диэлектрика :γCt = αC(tmax-20°C).Порядок расчета пленочных резисторов и конденсаторов представлен в табл. 1.2.

При расчетах необходимо учесть, что за ширину b резистора, ширину b0 и длину а0 верхней обкладки конденсатора принимают ближайшее к bрасч, b0 расч, а0 расч большее значение, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологии с учетом масштаба. Длятонкопленочной технологии шаг координатной сетки обычно составляет1.0 или 0.5 мм. Например, если шаг координатной сети 1.0 мм, масштаб20:1, то округление производят до величины, кратной Δ = 0.05 мм, а примасштабе 10:1 - до величины, кратной Δ = 0.1 мм. Число звеньев n округляют до ближайшего целого.Таблица 1.2№п/п11234НаименованиеФормулахарактеристики23Пленочный резистор c 1 ≤ K ≤ 10nОптимальное сопротивρкв.opt=(1-γΚ)( Ri /ление квадрата резистивной пленки ρкв.optСопротивление резистора прямоугольной формы RКоэффициент формырезистора Kι =1nι =11/Ri)1/2R = ρкв·K + 2RKК=l/b,для масочного метода - 0,1<К<10,для фотолитографии - 0,1<К<100.RK << RПереходное сопротивление контактов резистивной и проводниковой пленокпри R >10 Ом161567891011122Погрешность коэффициента формы γK допПроизводственная погрешность γRТемпературная погрешность γ tПогрешность за счетстарения пленки γτПогрешность переходных сопротивленийконтактов γ RkПогрешность воспроизведения ρкв резистивнойпленки γρквТехнологически реализуемая при изготовлении ширина резиTстора b minШирина резистора, определяемая точностьюTOизготовления b minПродолжение таблицы 1.23γK доп = γR - γρкв - γ t - γτ - γ RkγR=(ΔR/R)== (Δρкв/ρкв) +(Δl/l)+ (Δb/b)γR =0,1÷0,15 для масочного метода;γR =0,05÷0,10 для фотолитографииγ t=αR(tmax-20°C)γτ =(0.01 ...

0.3)τ/1500, где τ - времянаработки на отказ, часγ Rk =0,01÷0,02γρкв=Δρкв/ρквbTmin =200 мкм (масочный метод)bTmin = 100 мкм (фотолитография)bTOmin= Δb/b(масочный метод)Δb = Δl=10 мкм (масочный метод)Δb = Δl=5 мкм (фотолитография)13Ширина резистора, прикоторой обеспечиваетсязаданная мощностьbPmin14Ширина резистора bbPmin=(P/K·P0)1/2,где P0 - удельная мощность рассеиваниярезистивной пленки (табл. приложения. 1.7)b=max{ bTmin, bTOmin, bPmin }, округлить b с учетом масштаба топологии Δ171152Длина резистора l16Фактические нагрузкафпо мощности P0 и погрешность коэффициенфта формы γKПроверка условий :171819202123P0ф=P/SR, SR=lbγKф=(Δl/l)+ (Δb/b)В случае невыполнения этих условийследует увеличить размер b: b=b+ΔP0 ≤ P0, γK ≤ γKили расширить допуск γRПленочный резистор c K > 10Выполнить п.

п. 1-14,длина средней линииlср = b·Kмеандра lсрШаг одного звена меанt=a+bдра tЧисло звеньев меандраn=[(a2/4t2)+lср/t]1/2-a/2t,n из условия минимизаa=b, или a=2b и т.д.ции площади, занимаемой резисторомПленочный резистор с K < 1Технологически реализуемая при изготовлеlTmin=200 мкм (масочный метод)нии длина резистораlTmin=100 мкм (фотолитография)Tфl22Продолжение таблицы 1.23l=K· b+2e, где e - размер перекрытиярезистора и контактной площадки.Oкруглить l с учетом масштаба топологии ΔфminДлина резистора, определяемая точностьюTОизготовления l minДлина резистора, прикоторой обеспечиваетсяPзаданная мощность l minlTОmin= Δl/lΔb = Δl=10 мкм (масочный метод)Δb = Δl=5 мкм (фотолитография)lPmin=(PK/P0)1/2,где P0 - удельная мощность рассеиваниярезистивной пленки (табл.

П. 1.7)181242Длина резистора l25Ширина резистора b26Фактические нагрузкафпо мощности P0 и погрешность коэффициенфта формы γKПроверка условий :27282930Продолжение таблицы 1.23l=max{ l Tmin, l TOmin, l Pmin }, округлить l с учетом масштаба топологии Δb = l/ K, округлить b с учетом масштаба топологии ΔP0ф=P/SR, SR=lbγKф=(Δl/l)+ (Δb/b)В случае невыполнения этих условийследует увеличить размер l: l=l+Δ илиP0 ≤ P0, γK ≤ γKрасширить допуск γRПленочный конденсаторТолщина диэлектрика dd= kз Uпр / Eпр ,kз=2÷3, Eпр - электрическая прочностьматериала диэлектрикаОтносительная погрешγC = γC0- γS - γCt- γCτность изготовления емкости γCОтносительная погрешность удельной емкостиγC0=0,03÷0,05ффγC0313233Относительная температурная погрешностьконденсатора γCtОтносительная погрешность обусловленнаястарением пленок конденсатора γτКоэффициент формыобкладок конденсатораγCtγτ =(0.02 ... 0.3)τ/1500,где τ - время наработки на отказ, часКC = а0/b0КC34= αC(tmax-20°C)γS = γC - γC0 - γCt - γCτ ==Δа0 (1+ КC)/( КC S)1/2Относительная погрешность активной площадиконденсатора γSа0=50…100 мкм191353637383940412Удельная емкость, обусловленная электричеEской прочностью С0Удельная емкость, обусловленная точностьюПизготовления С0Минимальное значениеудельной емкости С0Фактическое значениетолщины диэлектрика dПлощадь верхней (рабочей) обкладки SРазмеры верхней (активной) обкладки а0, b0Размеры нижней обкладки A, BПродолжение таблицы 1.23С0E = 0.0885ε/dС0П=C(γS /Δа0)2/( КC /(1+ КC)2С0=[ С0E, С0П]d=0.0885ε/ С0S= С/ С0а0=( КC · S)1/2, b0=( S /КC·)1/2A= а0+2Δа0+ hao,B = b0+2Δb0+ hbo,hao; hbo ≥ 0.1...0.2 мм - припуски насовмещение слоев42Размеры диэлектрического слоя AД, BД43Площадь, занимаемаяконденсатором SФактическое значениепогрешности рабочейФплощади обкладки γS4445Фактическое значениенапряженности электрического поля ЕФAД= A +2Δа0+ hao,BД= B +2Δb0+ hboS= AД · BДγSФ=Δа0 / а0 + Δb0 / b0.ФЕсли условие γS ≤γS не выполняется,то необходимо увеличить d и провестирасчеты по п.

п. 28-44ЕФ = Uр / d.Если условие ЕФ≤ Епр не выполняется,то необходимо увеличить d и провестирасчеты по п. п. 28-4520Составление коммутационной схемы, определение геометрическихразмеров и выбор типоразмера подложкиКоммутационную схему МСБ получают преобразованием заданной ЭЗ, в которой все дискретные компоненты, а также электрические соединения по входу - выходу заменяются соответствующими контактнымиплощадками (рис. 1.5).На рис.

1.5, а показана ЭЗ простейшего транзисторного усилителя,а на рис. 1.5, б - его коммутационная схема, содержащая 11 контактныхплощадок.Рис. 1.5. Преобразование Э3 в коммутационную схему.Для выбора типоразмера подложки необходимо рассчитать суммарную площадь , занимаемую тонкопленочными резисторами SR, конденсаторами SС, а также площадь SH, приходящуюся на все навесные компоненты по данным , полученным при выполнении расчетов.Рассчитывается общая площадь SК всех контактных площадок, ккоторым пайкой или сваркой присоединяются выводы компонентов и проволочные перемычки. Внешние контактные площадки выполняются размером 1x1 мм и более. Размеры внутренних контактных площадок определяются видом монтажного соединения (пайка, сварка, приклеивание), типомприменяемого монтажного инструмента, видом вывода компонента (металлизированная поверхность, гибкий и жесткий вывод и т.

д.). При сваркегибких выводов средние размеры площадки 0,2x0,3 мм, при пайке 0,3x0,4 мм. Рекомендации по установке компонентов даны в [1.3], [1.4].Расчетная величина площади подложки МСБ определяется поформуле SМСБ = 1,5…2,5(SR+SC+SH+SK), после чего из табл. 1.3 подбирается типоразмер, имеющий площадь, примерно равную полученнойвеличине.В качестве материалов подложек МСБ, работающих на низких ивысоких частотах, используют ситалл СТ50-1, СТ32-1. Габаритные разме21ры подложек стандартизованы (табл. 1.3). Подложки типоразмеров 3-10используются в стандартных корпусах, остальные - в бескорпусных МСБ.Толщина подложек 0,5+0,1 мм. Чистота обработки по контуруRz 8040.Неперпендикулярность сторон подложки после резки должна быть не более 0,1 мм.Таблица 1.3№ типоШирина, Длина, мм№ типоШирина, Длина, ммразмераммразмерамм196120115626096122,5434860131660430481432605243015815620241681071620172460812161815489101619204510101220--Разработка топологии МСБНачальный этап разработки топологии состоит в изготовлении эскизных чертежей, выполненных на миллиметровой бумаге в масштабе 10:1или 20:1.

Масштаб выбирается исходя из удобства, наглядности и точности. Эскизный чертеж варианта топологии МСБ выполняют совмещениемдля всех слоев. Форма всех тонкопленочных элементов должна иметь прямоугольные очертания. Вершины всех элементов (изломы линий очертанийэлементов) должны располагаться в узлах координатной сетки поля чертежа. Шаг координатной сетки 0.1 мм, допускается применение шага 0.05 и0.01 мм. При оформлении топологического чертежа вычерчивание линийкоординатной сетки необязательно, однако на чертеже должны быть указаны в виде цифр (0, 1, 2,... или 0, 5, 10,...) номера линий сетки, отсчитываемые от левого нижнего угла подложки.