Классификация интегральных микросхем
Методическое пособие - Компьютеры, программирование
Другие методички по предмету Компьютеры, программирование
?ия характерна для конденсаторов повышенной ёмкости (сотни - тысячи pF). Для конденсаторов небольшой ёмкости (десятки pF) характерна конструкция, представленная на рис 4б. Ёмкость такого конденсатора зависит от смещения обкладок из-за неточности совмещения.
Ёмкость плёночного конденсатора определяется по формуле:
С = С0 S(14)
где S - площадь взаимного перекрытия обкладок;
С0 - удельная ёмкость, измеряется в pF/cm2
Удельная ёмкость определяется диэлектрической проницаемостью применяемых материалов ( er) и толщиной плёнки диэлектрика (d).
;(15)
Потери в обкладках конденсатора зависят от взаимного расположения выводов. При работе на высоких частотах предпочтительно двустороннее расположение выводов.
Рабочее напряжение (Uр) обеспечивается подбором материала диэлектрической плёнки с требуемым значением электрической прочности (пробивной напряжённости электрического поля, Eпр) и необходимой толщиной плёнки (d). Для большинства диэлектрических материалов пробивная напряжённость составляет:
пр = (1 9)106 V/cm
Толщина диэлектрика выбирается исходя из условия обеспечения заданного рабочего напряжения, по формуле:
;
Где КЗ = 310 - коэффициент запаса, обеспечивающий надёжностные характеристики.
Добротность (Q) конденсатора зависит от конструкции и используемых материалов
;
где tgdД - тангенс угла диэлектрических потерь в диэлектрике, для большинства используемых материалов составляет 10-2 10-3.
tgdОВ = wС(r0 + rB) - тангенс угла потерь в обкладках и выводах.
Сопротивление обкладок (r0) определяется конструкцией конденсатора, проводимостью материала обкладок, их геометрией, а также картиной распределения линий тока в обкладках.
Добротность плёночных конденсаторов составляет:Q = 10 100;
Характеристики конденсаторов определяются свойствами применяемых материалов.
К диэлектрикам предъявляются следующие требования:
высокая диэлектрическая проницаемость;
высокая электрическая прочность;
высокое сопротивление изоляции;
малые диэлектрические потери;
хорошая адгезия;
технологическая совместимость.
Наиболее часто используемые диэлектрические материалы представлены в таблица 2.
Материалы обкладок конденсатора должны удовлетворять следующим требованиям:
низкое электрическое сопротивление, особенно для ВЧ конденсаторов;
иметь хорошую адгезию как к подложке, так и к ранее сформированным плёнкам;
обладать высокой коррозионной стойкостью;
температурный коэффициент расширения должен быть близок к температурным коэффициентам расширения подложки и диэлектрика.
На практике чаще всего для изготовления обкладок применяют алюминий А99 с подслоем ванадия.
Таблица 2
Характеристики материалов плёночных конденсаторов
Материал диэлектрикаУдельная ёмкость, pF/cm2Способ нанесенияМоноокись кремния (SiO)5 000 10 000термическийМоноокись германия (GeO)5 000 15 000термическийДвуокись кремния (SiO2)20 000катодноеОкись тантала (Ta2O5)50 000катодное
4.Плёночные индуктивные элементы
Плёночные индуктивные элементы широко распространены в аналоговых ИМС. Конструкция индуктивных элементов представляет собой спирали (рис. 5).
Для повышения добротности спирали проводники должны быть большой толщины (30 100) mm. С этой целью проводят электрохимическое осаждение меди или золота на тонкий подслой титана или ванадия.
Индуктивность круглой плёночной спирали при Дн 3,5 Двн определяется по формуле:
; nH
где Дср = 0,5(Дн + Двн) - средний диаметр витка;
Дн - наружный диаметр;
Двн - внутренний диаметр;
h = nt + в - ширина спирали (cm);
t - шаг спирали (cm);
в - ширина проводника (cm);
n - число витков.
Если
в = (30 50)mm
t = (50 100)mm, то
для квадратной спирали на площади 25 mm2 можно получить индуктивность порядка:
= (250 500) nH.
В современных ГИС площадь, занимаемая одной спиралью, обычно не превышает 1 cm2. Максимальное число витков, которое можно разместить на этой площади определяется разрешающей способностью технологического процесса создания спирали, в частности вmin. При вmin 50mm индуктивность составляет 10mH [3].
Добротность спирали достигает значений: Q = 80 120 при оптимальном соотношении внутреннего и наружного диаметров Двн/ Дн 0,4. С увеличением частоты добротность катушек возрастает, поэтому плёночные катушки успешно работают в СВЧ-диапазоне при частотах 3 5 GHz, при этом число витков составляет 3 5.
Толщина спирали зависит от рабочей частоты и определяется глубиной проникновения (d) электромагнитной волны в материал плёночного проводника (скин-эффект)
;
где K - коэффициент, зависящий от материала проводника;
f - рабочая частота.
Для изготовления плёночных спиралей применяют материалы с высокой электропроводностью
5.Элементы коммутации
Элементами коммутации являются проводники и контактные площадки; они служат для электрического соединения компонентов и элементов ГИС между собой, а также для присоединения к выводам корпуса.
Электрофизические свойства элементов коммутации определяются свойствами применяемых материалов. К ним предъявляются следующие требования:
высокая электропроводность;
хорошая адгезия к подложке;
высок