Материалы, используемые в конструкции конденсаторов

1. Материал диэлектрика.

К диэлектрику пленочных конденсаторов предъявляются следующие требования:

1. высокая диэлектрическая проницаемость ζ_r;

2. малый температурный коэффициент диэлектрической проницаемости α_εr;

3. высокая электрическая прочность;

4. низкие диэлектрические потери;

5. высокое сопротивление изоляции;

6. хорошая адгезия;

7. совместимость с технологическими процессами изготовления других элементов.

Диэлектрические пленки тонкопленочных конденсаторов формируются обычно напылением в вакууме, химическим осаждением из газовой фазы или окислением. Характерной особенностью напыленных и осажденных пленок является зернистая структура. Пленки, полученные окислением, имеют поры. В результате миграции атомов металлов обкладок в поры или между зернами возможно существенное снижение сопротивления изоляции и напряжения пробоя. Возможны также локальные короткие замыкания обкладок, как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации. Чтобы уменьшить количество дефектов в диэлектрике, совершенствуют технологию, разрабатывают новые материалы или применяют многослойные диэлектрики.

В качестве диэлектрика используют моноокись кремния, моноокись германия, халькогенидное стекло ХГ-44, окислы алюминия, тантала и титана и окислы редкоземельных металлов. Высокие удельные емкости позволяют получить титаны бария и кальция.

В настоящее время особо перспективными являются пленки из сложных по составу стекол, в которых используются микрокомпоненты I₂O₃, B₂O₃, Si₂O₃, Al₂O₃, CaO.

Эти стекла имеют высокие технологические качества и значения ζ_r.

2. Материалы обкладок должны отвечать следующим требованиям:

1. иметь низкое электрическое сопротивление (особенно для высокочастотных конденсаторов);

2. обладать низкой миграционной подвижностью атомов;

3. иметь ТКЛР близкий к ТКЛР подложки и диэлектрика;

4. иметь хорошую адгезию;

5. обладать высокой антикоррозийной стойкостью в условиях агрессивных сред;

6. для устранения температурного разрушения диэлектрика в процессе нанесения верхней обкладки материал должен иметь низкую температуру испарения;

7. нижняя обкладка должна иметь мелкокристаллическую структуру, не допускать образования кристаллов, выступы которых снижают толщину и соответственно электрическую прочность диэлектрика.

Большинству требований удовлетворяет алюминий. Атомы и мельчайшие частицы алюминия, попавшие в межзерновые области диэлектрика, интенсивно окисляются, что способствуют устранению проводящих цепочек между обкладками. Кроме этого, участки алюминиевых обкладок в области коротких замыканий самоизолируются вследствии термического испарения короткозамкнутых мостиков при протекании тока. При изготовлении обкладок тонкопленочных конденсаторов чаще всего применяют алюминий A99, тантал ТВЧ и титан ВТ1-0.

Конструкции подгоняемых конденсаторов

Эти конструкции применяются в случае, когда необходимо получить емкость с точностью, превосходящей технологические возможности способов изготовления или при изготовлении конденсаторов, емкость которых должна изменяться в процессе настройки ЭВС. В этом случае в конструкции пленочного конденсатора, кроме основной секции с неизменной емкостью, применяется секция, емкость которой можно каким-либо способом изменять.

Подгонка делается ступенчато, как в сторону уменьшения (отрезание секций в конструкциях а), г), д) ), так и в сторону увеличения (подключение секций в конструкциях б), в) ).

Подключение секций производится припаиванием проволочных перемычек. На рис. г) изображена матричная конструкция пленочного конденсатора, позволяющая ступенчато изменять емкость в очень широком диапазоне.

На рис д) показана конструкция с «матричной» подгоночной секцией.