Методика расчета тонкопленочных конденсаторов

       Расчет сводится к опредению площади перекрытия обкладок.

       Минимальная толщина диэлектрического слоя ограничена требованием получения сплошной пленки без сквозных отверстий и с заданной электрической прочностью. Минимальная толщина диэлектрика определяется по формуле:

d_min = K_зU_раб/E_{пр =} 3 × 12/3 × 10⁶ = 0.12 мкм

K_з - коэффициент запаса электрической прочности. Для пленочных конденсаторов K_з=3;

U_раб - рабочее напряжение;

E_пр - электрическая прочность материала диэлектрика.

       Определяем удельную емкость конденсатора, исходя из условия электрической прочности:

C_0V = 0.0885e/d = 0.0885 × 5.2/0.12 × 10^-4 = 383 Пф/мм²

           Оцениваем относительную температурную погрешность:

g_Ct = a_C (T_max - 20°C) = 1.5 × 10^-4 (55 - 20) = 0.52%

a_C - ТКС материала диэлектрика;

T_max - максимальная рабочая температура микросхемы.

       Суммарная относительная погрешность емкости конденсатора определяется по формуле:

g_C = g_С0 + g_Sдоп + g_Ct + g_Cст

       Относительная погрешность удельной емкости зависит от материала и погрешности толщины диэлектрика и составляет 5%:

g_С0 = 5%

       Относительная погрешность, обусловленная старением пленок конденсатора зависит от материала и метода защиты и обычно не превышает 3%:

g_Cст = 3%

       Допустимая погрешность активной площади пленочного конденсатора зависит от точности геометрических размеров, формы и площади верхних обкладок и определяется по формуле:

g_Sдоп = g_С - g_C0 - g_Ct - g_Cст

g_{Sдоп ³} g_S

DL - погрешность длины верхней обкладки. При масочном способе получения конфигурации DL=0.01 мм.

Расчет площади производим из условия квадратной формы обкладок (L=B, К_ф=1/2)

C₀ £ íC_{0 точн}, C_0V ý

C₀ = 383 Пф/мм²

       Наиболее целесообразно выбрать материал стекло электровакуумное C41-1 с C₀ = 400 Пф/мм², но так как рабочее напряжение данного материала - 6.3 В, а рабочее напряжение конденсатора - 12 В, то данный материал не подходит и нужно выбрать другой материал - стекло электровакуумное C41-1 с C₀ = 200 пФ/мм² и рабочим напряжением 12.6 В.

Определяем коэффициент формы:

К_ф= C/C₀= 430/200 = 2.15

Так как К_ф лежит в пределах от 1 до 5, то коэффициент, учитывающий краевой эффект K=1.3.

       Определяем площадь верхней обкладки:

S=C/C₀K=1.654 мм²

       Определяем размеры верхней обкладки конденсатора:

L=B=ÖS=1.29мм

       Определяем размеры нижней обкладки:

L_н=B_н=L+2q

Размер перекрытия нижней и верхней обкладок q=0.2мм.

L_н=B_н=1.68мм

       Определяем размеры диэлектрика:

L_д=B_д=L_н +2f

Размер перекрытия диэлектрика и нижней обкладки f = 0.1мм.

L_д=B_д=1.88мм

Результаты расчета конденсаторов при помощи программы представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты расчета тонкопленочных конденсаторов