4.4 Планарные конденсаторы.

Как уже отмечалось, при реализации низкономинальных конденсаторов используется конструкция типа рис.4.1в, представляющая собой две металлизированные области с шириной a и b соответственно, расположенные друг от друга на расстоянии d и имеющие совместную длину перекрытия l.

Рис.4.2

С целью увеличения l, две металлизированные области выполняют в виде гребенки (см. рис. 4.1в).

Емкость подобной структуры, обусловленная краевым эффектом, определяется выражением:

,

(4.17)

где , либо , т.е. определяется как среднеарифметическое значение диэлектрической проницаемости, определяемой проницаемостью воздуха (либо проницаемостью материала покрытия металлизированных областей ) и подложки . Соотношение (4.17) получено при допущении вида a=b. С учетом того, что l>>b, соотношение в первом приближении можно представить в виде:

,

(4.18)

Обозначив произведение можно записать:

,

(4.19)

где С_ПОГ – погонная емкость единицы длины металлизированных областей.

Таким образом, получаем соотношение подобное соотношению, характеризующему ранее рассмотренные слоистые структуры.

Последовательность расчета геометрических размеров пленочных конденсаторов.

Исходными данными для расчета тонкопленочных конденсаторов являются: номинальная емкость С₀ (пФ), допуск на номинал _с (%), максимальное рабочее напряжение U_р (В), рабочая частота f (Гц), добротность конденсатора; диапазон рабочих температур Т (C), технологические данные и ограничения, в том числе погрешность воспроизведения удельной емкости (%) и линейных размеров обкладок А, В или их среднеквадратические отклонения _А, _В (мм) и другие.

1. По заданной технологии и данным таблицы 4.1 выбирают материал диэлектрика. Критериями выбора являются максимальные значения , Е_пр и минимальное значение ТКС и tg_Д.

2. Из условия обеспечения электрической прочности согласно (4.4) определяется минимальная толщина диэлектрика. Значение d_min должно находиться в пределах 0.2  0.8 мкм.

3. Согласно соотношения определяют значение удельной емкости, при которой обеспечивается электрическая прочность конденсатора. Здесь С_уд (пф/см²), d (см).

4. В зависимости от требуемых значений С выбирают конструкцию и форму конденсатора.

3. Согласно (4.9) определяются линейные размеры обкладки. Полученные значения округляют до значений, кратных шагу координатной сетки с учетом масштаба топологического чертежа. Так как при К_ф=1 имеет место минимум погрешности площади перекрытия, то, как правило А=В.

4. По соотношению (4.11) определяется величина С_{уд мах}, обеспечивающая заданную точность, а далее проверяется выполнение условия (4.12). Если это условие не выполняется, то необходимо либо увеличивать размер А, либо выбрать диэлектрический материал с большим значением электрической прочности Е_пр.

5. С учетом погрешности совмещения масок определяются размеры нижней обкладки и диэлектрического слоя соответственно по выражениям:

,

где q - размер перекрытия нижней и верхней обкладок,

f - размер перекрытия нижней обкладки и диэлектрика.

8. Согласно (4.16) определяются потери в обкладках конденсатора. С учетом потерь в диэлектрике (табл. 4.1) определяют суммарные потери в конденсаторе и согласно (4.14) определяется реальная величина добротности. При этом Q_реалQ_зад. Если это условие не выполняется, то необходимо либо выбрать другие материалы обкладок и диэлектрика с меньшими значениями _ и tg_D соответственно, либо изменить форму обкладок с целью уменьшения сопротивления обкладок.

9. Если в схеме имеется несколько конденсаторов, то для изготовления их в едином технологическом цикле целесообразно выбирать для всех конденсаторов один и тот же диэлектрик с одинаковой толщиной, а, следовательно, с одинаковой удельной емкостью С_уд. Тогда расчет конденсаторов необходимо начинать с конденсатора, имеющего наименьшую емкость.