Тема 3 Основы конструирования МСБ (560681), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В этой конструкции неточность совмещения не сказывается на емкости; контур диэлектрика заходит запределы обеих обкладок, что гарантирует надежную изоляцию обкладок по периферии конденсатора при предельном несовмещении обкладок.Конструкция, изображенная на рис.3.6, б, характерна для конденсаторовнебольшой емкости (десятки пикофарад), когда для ее получения достаточнаплощадь взаимного перекрытия двух коммутационных проводников, разделенных пленкой диэлектрика (Sа<10 мм2).15Рис.3.6Емкость пленочного конденсатора (пФ):С=0,0885εS/d=CoSa,где S - площадь взаимного перекрытия обкладок, см2; ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; d - толщина диэлектрика, см;Co=0,0885 ε/d - удельная емкость, пФ/см2. Она определяется диэлектрическойпроницаемостью применяемых материалов (ε=3-25) и толщиной диэлектрика.При площади пленочного конденсатора менее 5 мм2 начинает сказыватьсякраевой эффект, причем тем сильнее, чем меньше площадь.
Если расчетнаяплощадь конденсатора менее 1 мм2, то его можно выполнять в виде двух последовательно соединенных конденсаторов (рис.3.6, в). При малых емкостях (единицы или доли пикофарад), когда расчетная площадь конденсатора мала (Sa<1мм2) можно использовать гребенчатый конденсатор (рис.3.6, г) или сформировать конденсатор в виде двух параллельных проводящих полосок (рис.3.6, д).Потери в обкладках зависят от расположения выводов нижней и верхнейобкладок относительно друг друга (рис.3.6, е, ж).
При работе на частотах выше1610 МГц емкость конденсатора с ростом частоты падает медленнее при двухстороннем расположении выводов (рис.3.6, е).Все характеристики тонкопленочных конденсаторов: емкость, рабочеенапряжение, температурный коэффициент емкости, частотные свойства и размеры - зависят от выбранных материалов. Емкость тонкопленочных конденсаторов определяется площадью перекрытия его обкладок (площадью верхнейобкладки). Минимальная толщина диэлектрического слоя ограничена требованием получения сплошной пленки без сквозных отверстий и с заданной электрической прочностью, а максимальная толщина ограничена механическиминапряжениями в растущей пленке.Если в схеме имеется несколько конденсаторов, то для изготовления их ведином технологическом цикле целесообразно выбирать для всех конденсаторов один и тот же диэлектрик с одинаковой толщиной, а следовательно, одинаковой удельной емкостью Со.
Для нескольких конденсаторов на одной подложке расчет начинают с конденсатора, имеющего наименьший номинал емкости.Относительная эксплуатационная погрешность емкостиγC = ∆C/C = γC0 + γS + γCt + γCτ ,где ∆C - абсолютная погрешность емкости конденсатора; γC0 - относительнаяпогрешность удельной емкости диэлектрика (γC0 = 3...5%);γS = ∆B/B + ∆L/L -относительная погрешность площади обкладки конденсатора, ∆B и ∆L - абсолютные погрешности выполнения размера, характерные для выбранного методаизготовления конденсатора; γCt - относительная температурная погрешностьемкости; γCτ − относительная погрешность старения емкости. Две последние составляющие относительной погрешности емкости конденсатора находят так же,как и для тонкопленочных резисторов.От напряжения Uр, приложенного к обкладкам конденсатора, зависит толщина диэлектрического слоя d.Геометрические размеры конденсатора B и L находят в результате расчета.17Они зависят от номинальной емкости C, удельной емкости материала диэлектрика C0, относительной погрешности емкости γC и напряжения на обкладкахконденсатора Uр.Расчет тонкопленочного конденсатора состоит в выборе по исходным данным материала диэлектрика и определении площади верхней обкладки.
Выполнение всех конденсаторов МСБ в едином технологическом цикле возможно прииспользовании одного материала диэлектрика при одинаковой толщине диэлектрического слоя. Поэтому выбор материала диэлектрика производится для конденсатора, имеющего наименьшее номинальное значение емкости.При расчете тонкопленочного конденсатора используются следующие исходные данные: номинальная емкость конденсатора С; относительная эксплуатационная погрешность емкости γC; рабочее напряжение на обкладках Uр; диапазон рабочих температур tmin...tmax и время работы конденсатора τ.Расчет тонкопленочного конденсатора производится в следующем порядке.По значению C0 и Uр из табл.3.3 выбирают материал диэлектрика.Находят толщину диэлектрического слоя, обеспечивающую электрическуюпрочность конденсатора d = (2...4)Uр/E, где E - диэлектрическая прочность диэлектрика (табл.3.3).
Обычно d = 0,3...0,5 мкм.Определяют удельную емкость диэлектрика, при которой выполняется требование к электрической прочности конденсатора C0E = 0,0885ε/d, где d выражается в см, C0E - в пФ/см2.Находят составляющие относительной эксплуатационной погрешности емкости γC0, γCt, γCτ и допустимую относительную погрешность площади верхнейобкладки:γS = γC - γC0 - γCt - γCτ.Определяют удельную емкость материала диэлектрика, обусловленную требованием точности номинала емкости конденсатора:CoП = C(γS / ∆L)2[KC / (1 + KC)2],где KC = L/B - коэффициент формы конденсатора.
Если нет особых требова-18ний к форме конденсатора, полагаютKC = 1.Таблица 3.3Наименованиематериала диэлектрикаМоноокиськремнияМоноокисьгерманияБоро-силикатноестеклоСтеклоэлектровакуумноеС41-1C0⋅10-3 , пФ/см 2510510152.551015203040Uр, В6030107524151012.610...12,66,3...106,3Е⋅10-6,В / cм2...3ε5...6αc⋅104,1 /oС21.011...1233...440.363...45.21,5...1,8Принимают расчетное значение удельной емкости материала диэлектрикаC0P ≤ min{C0E, C0П}, которое должно отвечать технически реализуемым уровнямC0 из табл.2.3.Находят фактическое значение толщины диэлектрического слояdФ =0,0885ε / C0P, площадь верхней обкладки конденсатора S = C/C0P и размерыверхней обкладки L = К cS , B = S / К c .Определяют размеры нижней обкладки L1=L+2(∆L+hl), B1 =B+2(∆B+hb)и размеры диэлектрического слоя L2= L1 + 2(∆L + hl),B2 = B1 + 2(∆B + hb), гдеhl = hb = (0,1...0,2) мм - припуски на совмещение слоев.Полученные размеры конденсатора округляются до величины, кратной шагукоординатной сетки (см.
расчет тонкопленочных резисторов).После определения геометрических размеров конденсатора производитсяпроверка расчета. Для этого находят фактические значения относительной погрешности площади верхней обкладки γSФ = ∆L/L + ∆B/B и напряженностиэлектрического поля в конденсаторе EФ = Uр/dФ. Расчет произведен верно, есливыполняются условия γSФ ≤ γS, EФ ≤ E.Обкладки конденсатора чаще всего выполняются из алюминия А99 (ГОСТ11069-64) при толщине 0,5 мкм. Для повышения адгезии пленки к поверхности19подложки нижняя обкладка конденсатора напыляется с подслоем из титана иливанадия.Конструирование тонкопленочных индуктивностейВ качестве индуктивностей используются спиральные катушки круглой иквадратной формы (рис.3.3 ).
Индуктивность круглой катушки при Dн ≤ 3,5Dвн:L ≅ 25*10-3[Dсрw2/(1+3hоб/Dср][мкГн],гдеDср=0,5(Dн+Dвн)- средний диаметр витка, см;hоб=wtоб+bспширина обмотки, см;tоб=bсп+aз- шаг обмотки, см; bсп, aз - ширина проводника и зазора между проводниками,см; w - количество витков.При одинаковых габаритных размерах индуктивность квадратной катушки больше индуктивности круглой приблизительно на 10%.Предельное значение индуктивности спиральных пленочных катушек порядка 10 мкГн при bсп=50 мкм (площадь катушки равна 1 см2).Для повышения добротности спиральных катушек применяют толщинупленки 30...100 мкм, формируемую путем электрохимического наращиваниямеди на подслой титана или ванадия.
Добротность катушки 80...120 при оптимальном соотношении (Dвн/Dн)= 0,4. На СВ и НЧ и когда требуется высокаядобротность используют навесные дискретные индуктивности выполненные наферритовых кольцах.Конструирование проводников и контактных площадок20Проводники и контактные площадки должны малую величину сопротивления квадрате резистивной пленкикв, хорошую адгезию к подложке и высо-кую коррозионную стойкость. Наиболее надежными являются проводники иконтактные площадки из золота с подслоем хрома, нихрома или титана. Подслой обеспечивает высокую адгезию, а золото - нужную проводимость, высокую коррозионную стойкость, возможность пайки и сварки.В менее надежных МСБ в качестве материала проводников применяютмедь, алюминий с подслоем хрома, нихрома, титана.
Для защиты от окислениямеди и улучшения пайки или сварки ее покрывают никелем, золотом, серебром.Алюминий коррозионностойкий материал и может использоваться безпокрытия, так и с покрытием для обеспечения возможности пайки. Толщинамеди и алюминия приблизительно 1 мкм, а никелевого или золотого покрытияобычно составляет десятые-сотые доли мкм.Разработка топологии МСБТопология - конструкторский чертеж, устанавливающий количество пленочных слоев, конфигурацию и размеры элементов, их взаимную ориентациюна подложке с учетом места расположения и способа монтажа навесных элементов.Составление коммутационной схемы МСБ и выбортипоразмера подложки.Коммутационная схемапредставляет собой графическое изображениеэлектрического соединения элементов и компонентов МСБ. В отличие от схемыэлектрической принципиальной на коммутационной схеме внешние электрические цепи МСБ и компоненты заменяются контактными площадками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
