Методические указания к лабораторным работам (560524), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При 1<К<10 рекомендуется резистор прямоугольной формы (рис. 1.2, б), при К>10 - резистор сложной формы (рис.1.3), при 0,1<К<1 - резистор прямоугольной формы, у которого длинаменьше ширины (рис. 1.2, в). Конструировать резистор с К<0.1 не рекомендуется, так как он будет иметь большие контактные площадки и заниматьзначительную площадь на подложке.Допустимая мощность рассеивания резистора Pдоп без измененияэлектрофизических свойств определяется удельной мощностью рассеивания Р0 материала пленки и площадью резистора SR:2Pдоп = P0SR = P0·l·b > P,где P = I R - мощность, рассеиваемая резистором в схеме.Пленочный конденсатор представляет собой многослойную структуру, нанесенную на диэлектрическую подложку. 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 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
