МИКРОКОНДЕНСАТОР
MICROCAPACITOR

Изобретение относится к радиотехнике, к радиотехническим элементам, применяемым в электрических цепях с частотной избирательностью, и может быть использовано в трактах промежуточной частоты радиоприемных устройств.
В настоящее время отечественной промышленностью, для использования в микроэлектронных СВЧ устройствах, выпускаются однослойные керамические конденсаторы типа К10-71(АЖЯР.673511.001 ТУ) с размерами от 0,23×0,23 до 2,5×2,5 мм при толщине 0,33 мм. Диапазон номиналов емкостей таких конденсаторов составляет от 0,47 пФ до 3300 пФ и зависит от размера подложки, диэлектрической проницаемости материала и его типа по группе ТКЕ (температурный коэффициент емкости). Однако емкость подобных конденсаторов прямо пропорционально зависит от их геометрических размеров, а также значительно зависит от ТКЕ диэлектрического материала подложки, что в конечном итоге приводит к довольно большой нестабильности параметров изделия, а изменение величины емкости конструктивно не предусмотрено и достигается подбором элементов. Зарубежные аналоги К10-71 конденсаторы типа D10CF101CCPX (SLC Catalog, Single-Layer Capacitors) обладают аналогичными недостатками.
Целью изобретения является увеличение емкости плоского конденсатора при минимизации его габаритных размеров, обеспечение подстройки в широких пределах величины емкости, повышение надежности конденсатора и снижение трудоемкости его изготовления.
Для того чтобы многократно увеличить емкость элемента нормированного объема предлагается использовать внутренний объем диэлектрика. Для этого на верхней и нижней поверхностях диэлектрической подложки формируются элементы металлизации, имеющие своими продолжениями сквозные или заполненные металлизированные отверстия, часть сквозных металлизированных отверстий электрически соединена с металлизацией на одной стороне подложки, а другая часть - с металлизацией на другой стороне подложки, образуя тем самым обкладки конденсатора плоскокоаксиального типа. Выходы металлизированных отверстий на одной из поверхностей соединены с контактными площадками, соединенными, в свою очередь, перемычками, количество которых зависит от необходимого номинала емкости.
На чертеже изображен микроконденсатор, где 1 - диэлектрическая подложка, 2 и 3 - элементы металлизации, 4 и 5 - сквозные металлизированные отверстия, 6 и 7 - контактные площадки, 8 - перемычки.
На верхней и нижней поверхностях диэлектрической подложки 1 сформированы соответственно элементы металлизации 2 и 3, имеющие своими продолжениями сквозные металлизированные отверстия 4 и 5, соединенные таким образом, что часть сквозных металлизированных отверстий электрически соединена с металлизацией на одной стороне подложки, а другая часть с металлизацией на другой стороне подложки, образуя своими поверхностями обкладки конденсатора плоскокоаксиального типа. Выходы металлизированных отверстий на одной из поверхностей соединены с контактными площадками 6 и 7, предназначенными для подключения и изменения величины емкости от максимального до минимального значения, путем разъединения элементов металлизации при помощи перемычек 8.
Формула теоретического расчета обычного плоского конденсатора следующая:
,
0
где, ε - диэлектрическая постоянная;
ε - диэлектрическая проницаемость материала;
W - ширина обкладки конденсатора, мм;
ℓ - длина обкладки конденсатора, мм;
h - расстояние между обкладками, мм.
Общая суммарная емкость представленного микроконденсатора может быть выражена следующим образом:
общ
1
2
3
С=С+С+С,
1
где С - емкость плоского конденсатора;
2
С - емкость, обусловленная площадью металлизированного отверстия и каждой из обкладок плоского конденсатора;
3
С - коаксиальная емкость между металлизированными отверстиями. При этом их можно представить следующим образом:
,
,
где R - изолированный радиус металлизированного отверстия;
r - радиус металлизированного отверстия;
d - расстояние между металлизированными отверстиями;
t - толщина металлизации;
М - общее количество металлизированных отверстий;
N - количество коаксиальных отверстий.
3
Расчеты показывают, что емкость микроконденсатора, таким образом, может быть увеличена в 50-100 раз. Особенно значительно возрастает емкость за счет С.
Микроконденсатор может быть выполнен отдельно (индивидуально), а также может быть изготовлен в составе микрополосковой СВЧ платы (или изготовленной по технологии LTCC), где все элементы металлизации микроконденсатора сформированы в едином технологическом процессе изготовления МПП и представляют собой часть топологии МПП.
Отдельные (индивидуальные) элементы в целях снижения трудоемкости изготовления изготавливают следующим образом: в диэлектрической подложке, например 48×60 мм, представляющей собой групповую заготовку, формируется множество групп микроотверстий. Микроотверстия в каждой группе располагаются, например, в шахматном порядке. В микроотверстиях на верхней и на нижней поверхностях подложки формируются элементы металлизации, соединенные между собой таким образом, что образуют обкладки конденсатора плоскокоаксиального типа. Выходы металлизированных отверстий на одной из поверхностей соединены с контактными площадками, предназначенными для подключения и изменения величины емкости от максимального до минимального значения, путем разъединения элементов металлизации, затем производится разделение заготовки на отдельные модули.
Размеры подложки, элементов металлизации и их количество задаются в зависимости от требуемой величины емкости и характеристик материала диэлектрика.
Использование микроконденсатора позволит значительно увеличить емкость элемента и обеспечить возможность ее изменения в широких пределах, улучшить электрические характеристики, повысить плотность использования объема диэлектрика, расширить диапазон величин емкости при минимизации размеров. Применение микроконденсаторов, изготовленных в составе МПП, кроме этого, позволит значительно сократить паразитные емкости и индуктивности за счет оптимизации общей топологии и исключения операции монтажа проволочных соединений.