3. Расчет конструкций тонкопленочных конденсаторов

Расчет проводится для конденсатора С2.

1. Выбор материала диэлектрика

Материал диэлектрика выбирается из табл.2.4 [1, с.11] исходя из рабочего напряжения конденсатора.

Материал «Стекло электровакуумное С41-1» обладает следующими параметрами:

1. материал обкладок: алюминий А99;

2. удельное поверхностное сопротивление обкладок: 0,2 Ом/;

3. удельная емкость: C₀ =300 пФ/мм²;

4. рабочее напряжение: U_р = 9 В;

5. диэлектрическая проницаемость (f=1кГц): =5,2;

6. тангенс угла диэлектрических потерь (f=1кГц):tg =(2÷3)10³;

7. электрическая прочность: E_пр=3 МВ/см;

8. рабочая частота: не более300 МГц;

9. ТКЕ (при Т= –60125С):1,5 10⁴, град^-1.

2. Определение минимальной толщины диэлектрика

Минимальная толщина диэлектрика вычисляется по формуле:

мкм,

где: К_з– коэффициент запаса электрической прочности, составляющий для пленочных конденсаторов2-3;

Е_пр– электрическая прочность материала диэлектрика.

3. Определение максимально допустимой относительной погрешности активной площади конденсатора

Максимально допустимую относительную погрешность активной площади конденсатора находят из условия:

.

Тогда:

_,

где:

γ_С= 20% – относительная погрешность конденсатора, обусловленная технологическими и конструктивными факторами;

γ_С0= 4% – относительная погрешность удельной емкости, зависящая от воспроизводимости свойств и толщины диэлектрической пленки;

γ_Сt– относительная температурная погрешность;

γ_Сст= 2% – относительная погрешность старения пленок конденсатора.

Относительная температурная погрешность определяется:

где:

_С– ТКЕ материала диэлектрика.

4. Определение удельной емкости конденсатора

Значение удельной емкости выберется как наименьшее из трех величин:

где C_0v– максимальное значение удельной емкости конденсатора:

C_0точ– значение удельной емкости конденсатора из условия обеспечения требуемой точности (в случаеК_ф= 1):

C_0s– значение удельной емкости конденсатора из условия обеспечения минимальной площади, занимаемой конденсатором (гдеS= 0,01см²– минимально допустимый размер обкладок конденсатора):

В результате получим:

5. Определение активной площади пленочного конденсатора

Активная площадь пленочного конденсатора (площадь верхней обкладки) находится по формуле:

где:

при при

отсюда:

Используя полученные значения, рассчитывается площадь верхней обкладки:

6. Определение размеров верхней обкладки конденсатора

Размеры верхней обкладки конденсатора вычисляются по формулам:

Т.к. К_ф = 1, то:

7. Вычисление размеров нижних обкладок конденсатора

Размеры верхней обкладки конденсатора вычисляются по формулам:

где g– величина перекрытия нижней и верхней обкладок конденсатора, определяемая технологическими ограничениями (g = 200мкм).

Т.к. L = B, аС/С₀ ≤ 0,05см²(используется конструкция в виде двух пересекающихся полосок одинаковой ширины, разделенных диэлектриком), то:

см.

8. Вычисление размеров диэлектрика конденсатора

Размеры диэлектрика конденсатора вычисляются по формулам:

где f– величина перекрытия нижней обкладки и диэлектрика, определяемая технологическими ограничениями (f = 100мкм).

Т.к. L_н = B_н, то:

9. Определение площади, занимаемой пленочным конденсатором на подложке

Площадь, занимаемая пленочным конденсатором на подложке, определяется:

10. Проведение поверочного расчета

Используя полученные данные, рассчитывается относительная погрешность конденсатора, напряженность электрического поля в диэлектрике и сравниваются полученные значения с заданными.

Значения γ^`_C иE_рабменьше исходных. Расчет конструкции конденсатора проведен правильно.