О.В. Задерейко, Л.І. Панов, О.В. Циганов

КОНСТРУЮВАННЯ І ТЕХНОЛОГІЯ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ

Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів

ЗMICT

2.5.2. РОЗРАХУНОК КОНДЕНСАТОРІВ

До основних характеристик тонкоплівкових конденсаторів належать: номінальне значення ємності С, відносна похибка ємності у_с, %, робоча напруга на обкладках конденсатора U_p і геометричні розміри конденсатора B_i, L_i (Рис. 21, в). Конструктивно тонкоплівковий конденсатор являє собою тришарову структуру, що складається з верхньої і нижньої обкладок, розділених діелектричним прошарком.

Номінальне значення ємності конденсатора визначається за формулою С = C_oS = 0,0885εS/d, де С_о - питома ємність матеріалу діелектрика; ε - відносна діелектрична проникність конденсатора; S - площа верхньої обкладки; d - товщина діелектричного шару.

Відносна експлуатаційна погрішність ємності: Т_с = ΔC/C = Т_с0 + T_s + Т_с + У_ст, де ΔC - абсолютна похибка ємності конденсатора; у_с0 - відносна похибка питомої ємності діелектрика (у_с0 = 3.5%); γ_S = ΔB/B + ΔL/L - відносна погрішність площі обкладки конденсатора, ΔB і ΔL - абсолютні похибки виконання розміру, характерні для обраного методу виготовлення конденсатора; - відносна температурна похибка ємності; у_ст - відносна похибка старіння ємності. Дві останні складові відносної похибки ємності конденсатора знаходять так само, як і для тонкоплівкових резисторів.

Від напруги U_p, прикладеної до обкладок конденсатора, залежить товщина діелектричного шару d.

Геометричні розміри конденсатора В і L знаходять у результаті розрахунку. Вони залежать від номінальної ємності С, питомої ємності матеріалу діелектрика С_о, відносної похибки ємності у_с і напруги на обкладках конденсатора U_p.

Розрахунок тонкоплівкового конденсатора складається з вибору за вихідними даними матеріалу діелектрика і визначення площі верхньої обкладки. Виконання всіх конденсаторів МЗБ у єдиному технологічному циклі можливе при використанні одного матеріалу діелектрика при однаковій товщині діелектричного шару. Тому вибір матеріалу діелектрика виконується для конденсатора, який має найменше номінальне значення ємності.

При розрахунку тонкоплівкового конденсатора використовуються такі вихідні дані: номінальна ємність конденсатора С, відносна експлуатаційна похибка ємності у_с, робоча напруга на обкладках U_p, діапазон робочих температур t_min.t_max і час роботи конденсатора т.

Розрахунок тонкоплівкового конденсатора виконується в такому порядку. За значенням С і U_p з табл. 2.3 вибирають матеріал діелектрика.

Знаходять товщину діелектричного шару, що забезпечує електричну міцність конденсатора d = (2...4)U_p/E, де Е - діелектрична міцність діелектрика (табл. 2.3). Звичайно d = 0,3.0,5 мкм.

Таблиця 2.3

Визначають питому ємність діелектрика, при якій виконується вимога до електричної міцності конденсатора C^p = 0,0885ε/d, де d виражається в см, C^p - у пФ/см².

Знаходять складові відносної експлуатаційної похибки ємності у_с0, T_ct, у_ст і припустиму відносну похибку площі верхньої обкладки:

T_s = Т_с - Т_со - T_rt - У_ст

Визначають питому ємність матеріалу діелектрика, обумовлену вимогою точності номіналу ємності конденсатора С^П = C(t_s / ΔL)²[K_c / (1 + К_с)], де К_с = L/B - коефіцієнт форми конденсатора. Якщо немає особливих вимог до форми конденсатора, приймають К_с=1.

Приймають розрахункове значення питомої ємності матеріалу діелектрика C^p ≤ min{ C^p, С^П }, яке має відповідати технічно реалізованим рівням C_o з табл. 2.3.

Знаходять фактичне значення товщини діелектричного шару d⁴* = 0,0885ε/ C^p, площу верхньої обкладки конденсатора S = С/ C^p і розміри верхньої обкладки.

Визначають розміри нижньої обкладки L₁= L + 2(ΔL + h_i), В = В + 2(ΔB + h_b) і розміри діелектричного шару L₂ = L₁ + 2(ΔL + h_l), В = В₁ + 2(ΔB + h_b), де h_l = h_b = 0,1....0,2 мм - припуски на сполучення шарів.

Отримані розміри конденсатора округляються до величини, кратної кроку координатної сітки (див. розрахунок тонкоплівкових резисторів).

Після визначення геометричних розмірів конденсатора виконується перевірка розрахунку. Для цього знаходять фактичні значення відносної похибки площі верхньої обкладки = ΔL/L + ΔB/В і напруженість електричного поля в конденсаторі Е^ф = U_p/d^φ. Розрахунок зроблений правильно, якщо виконуються умови ≤ t_s, Е^ф ≤ Е.

Обкладки конденсатора найчастіше виробляються з алюмінію А99 (ГОСТ 11069 - 64) при товщині 0,5 мкм. Для підвищення адгезії плівки до поверхні підкладки нижня обкладка конденсатора напилюється з підшаром з титану чи ванадію.