20.Тонкопленочные и толстопленочные конденсаторы. Форма, материалы. Расчет конденсатора.

Толстопленочные конденсаторы:

Конструктивный расчет толстопленочного конденсатора заклю­чается в определении его формы, геометрических размеров и площа­ди, занимаемой конденсатором на подложке. Обычно толстопленочные конденсаторы выполняются в виде трехслойной структуры (см. рис. 7а).

Исходные данные для расчета:

- емкости конденсаторов C1, C2, … Cn, пФ ;

- рабочие напряжения Uраб;

- относительная погрешность изготовления конденсаторов C,;

- технологические ограничения (табл. 3, 11).

1) Материал диэлектрика с соответствующим значением ем­кости С0 (табл. 12) выбрать, исходя из диапазона номинальных значений емкостей конденсаторов, с учетом технологических огра­ничений Smin  1 мм² и размеров площади подложки.

2) Площадь верхней обкладки конденсатора

S = С/C0

Полученная площадь должна удовлетворять технологическим ограничениям S>Smin (табл. 3, 11).

3) Геометрические размеры верхней обкладки конденсатора. Если предположить, что форма конденсатора - квадрат, то Lo = Bo =

4) Геометрические размеры нижней обкладки конденсатора Lн = Bн = L0 + 2е

где е - перекрытие между нижней и верхней обкладками (табл. 3).

5) Геометрические размеры диэлектрика LД = BД = Lн + 2е

где е – перекрытие между нижней обкладкой к диэлектриков (табл. 3),

6) Площадь, занимаемая конденсатором не плате Sс = LД BД

Тонкопленочные Топологический расчет пленочного конденсатора заключается в определении его формы, геометрических размеров и площади, за­нимаемой конденсатором на подложке.

Исходные данные для расчета:

- номиналы конденсаторов C1, C2, … Cn, пФ, нФ;

- допустимое отклонение емкости конденсатора от номинала C,;

- рабочее напряжение Uраб;

- технологические ограничения.

Емкость тонкопленочных конденсаторов определяется площадью перекрытия его обкладок (или площадью верхней обкладки).

На рис.7а,б приведена конструкция трехслойного конденсато­ра с площадью верхней обкладки S  5 мм² .

Предпочтительной формой обкладок является квадрат (рис. 46). При активной площади пленочного конденсатора от I до 5 мм обкладки конденсатора можно выполнять в виде двух взаимно пересекающихся полосок (рис. 7в).

Чтобы конденсатор занимал как можно меньшую площадь, нужно выби­рать материал с возможно более высокими диэлектрической проница­емостью, электрической прочностью, а также малыми значениями ТКЕ и tg.

1) Выбрать материал диэлектрика по рабочему напряжению (табл.7).

2) Минимальная толщина диэлектрика из условия электричес­кой dmin = Kз Uраб/Eпр

где Кз - коэффициент запаса электрической прочности, для пленоч­ных конденсаторов Кз =2…3;

Uраб - рабочее напряжение, В;

Eпр - электрическая прочность материала диэлектрика, В/мм.

Толщина диэлектрика должна быть в пределах 0,1...1 мкм, в противном случае следует выбирать другой материал диэлектрика.

3) Удельная емкость конденсатора исходя из условия элект­рической прочности, пФ/см², С0v = 0,0885/d; здесь d измеряется в сантиметрах.

4) Минимальная удельная емкость конденсатора с учетом электрической прочности С0  С0v

5) Коэффициент, учитывающий краевой эффект, К= 1 при С/C0  5 мм² К = (1,3…0,6)С/C0 при 1 С/C0  5 мм²

6) Площадь верхней обкладки S = С/(C0K)

Если площадь перекрытия обкладок меньше 1 мм², необходимо взять другой диэлектрик с меньшим значением С0, или увеличить толщину диэлектрика d в возможных пределах, или выбрать навес­ной конденсатор. Если площадь перекрытия обкладок больше 200 мм², требуется взять другой диэлектрик с большим значением

С0, либо уменьшить толщину диэлектрика d в возможных преде­лах, либо использовать навесной конденсатор.

7) Размеры верхней обкладки конденсатора:

для обкладок квадратной формы L= B =

8) Размеры нижней обкладки определяются с учетом минималь­но допустимого расстояния между краями верхней и нижней обкладок конденсатора и между краем диэлектрика и нижней обкладкой кон­денсатора (е = 0,2 мм): Lн = Bн = L + 2е

9) Размеры диэлектрика LД = BД = Lн + 2е

10) Площадь, занимаемая конденсатором на подложке, Sк = LкBк

Наилучшим материалом для обкладок конденсатора является алюминий, имеющий малое поверхностное сопротивление 0,2 Ом/. Минимальная допустимая площадь перекрытия обкладок конденсато­ров 0,50,5 мм² , а максимальное отклонение емкости кон­денсатора от номинального значения 12% для всех способов изготовления.