Расчет тонкопленочных конденсаторов без подстроечных секций. Характеристика изготовления пленочных катушек индуктивности для гибридных микросхем. Изучение тонкопленочного конденсатора повышенной точности. Рассмотрение факторов потери энергии в ТПК.
Аннотация к работе
При конструировании современной радиоэлектронной аппаратуры используются новые разработки в области микроэлектроники и нанотехнологии. Но вопрос получения и использования тонких пленок до сих пор актуален, т.к. на их основе разрабатываются гибридно-пленочные интегральные микросхемы. Тонкопленочные элементы применяются не только в гибридных, но и в некоторых полупроводниковых микросхемах, например, аналоговых СВЧ диапазона на арсениде галлия.Большинство характеристик ТПК (величина номинала, стабильность, рабочее напряжение, температурная и временная стабильность, частотные свойства, добротность, полярность, надежность и др.) зависят от выбранных материалов и технологии изготовления. Материал, применяемый для изготовления диэлектрических слоев, должен иметь хорошую адгезию к материалам подложки и обкладок, не вступать с ними в химические реакции. Диэлектрическая пленка должна быть достаточно плотной, иметь высокую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, незначительную величину температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР), сравнимую с ТКЛР подложки, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и не разлагаться при нагревании. Кроме материалов, приведенных в этой таблице, для изготовления ТПК могут применяться окислы тантала, двуокись титана, титанат бария и др. Материал обкладок должен легко испаряться, иметь низкую подвижность атомов при образовании пленки и невысокую энергию испаренных частиц (во избежание диффузии и внедрения атомов металла в диэлектрик).Многие конденсаторы с такой толщиной диэлектрика после изготовления оказываются негодными изза замыкания обкладок. Суммарная относительная погрешность емкости конденсатора определяется по формуле Где - относительная погрешность удельной емкости, характеризующая ее воспроизводимость, зависит от материала и погрешности толщины диэлектрика; относительная погрешность активной площади конденсатора, зависящая от точности геометрических размеров, формы и площади верхних обкладок; относительная погрешность, обусловленная старением пленок конденсатора, зависит от материалов.Если расчетная величина активной площади ТПК меньше 1 мм2, рекомендуется конструировать гребенчатый пленочный конденсатор, внешний вид которого показан на рис. Емкость такого конденсатора (ПФ) в основном состоит из паразитной емкости, обусловленной краевым эффектом, и определяется по эмпирической формулеЕсли допуск на номинал емкости мал, а величины , и и относительно велики, то величина может оказаться отрицательной. При положительных, но очень малых значениях величина S2 может оказаться слишком большой, а величина C0 макс - малой, что невыгодно с точки зрения миниатюризации ТПК. В этих случаях целесообразно проектировать ТПК с регулировочными секциями (рис. 1.3,б, позволяет изменять емкость как в сторону увеличения, так и уменьшения. Максимальная площадь основной части верхней обкладки Sосн.макс определяется по формулеО добротности ТПК на рабочей частоте можно судить по величине угла потерь tg д или обратной ей величине, называемой добротностью Q Потери энергии в ТПК складываются из следующих составляющих: - потерь энергии в диэлектрических слоях: в, основном, диэлектрическом слое ТПК, в подложке, в защитном слое; В связи с этим эквивалентную схему ТПК можно представить в виде последовательного соединения емкости без потерь C, эквивалентного сопротивления диэлектрических потерь rэ.д и эквивалентного сопротивления диэлектрических потерь в металлических элементах конденсатора rэ.м (рис. Тангенс угла потерь можно представить в виде суммы tg д = tg дд tg дм , где tg дд - тангенс угла потерь в диэлектрических материалах; rэ.м - эквивалентное сопротивление потерь переменному току в обкладках и выводах rэ.м = rэ.об rэ.выв , Сопротивление выводов ТПК определяется выражением rэ.выв = Rкв.выв Кф.выв , а эквивалентное сопротивление обкладок ТПК переменному току можно определить как r э.об = 2/3 R, (1.20 ) где R - сопротивление одной обкладки конденсатора постоянному току (Ом), вычисляемое по формулеИзготовление катушек индуктивности для гибридных пленочных микросхем представляет большие трудности. Ограниченные размеры подложек пленочных микросхем и конечная ширина проводящей полоски не позволяют изготовить плоские однослойные пленочные катушки с индуктивностью более 5-7 МКГН.По ним выбираются: - форма катушки, ее внутренний диаметр Dвн, который зависит от размеров внутренней контактной площадки и, как правило, выбирается равным 0,5 мм; В результате расчетов необходимо определить: - шаг спирали - t; наружный размер спирали Dнар определяемый из соотношения Dвн/Dнар=0,4 для круга, Dвн/Dнар= 0,362 для квадрата. При проектировании пленочных катушек индуктивности нужно учитывать следующие положения: 1. Главным фактором, определяющим индуктивность одно витковой петли является площадь, заключенная в плоскости петли.Расчет пленочных катушек индуктивности производится в следующей последовательности: 1.
План
Содержание
Введение
1. Тонкопленочные конденсаторы
1.1 Расчет тонкопленочных конденсаторов без подстроечных секций