RU2438204C1

RU2438204C1 - Microcapacitor

Info

Publication number: RU2438204C1
Application number: RU2010136809/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Нежинский (RU); Владимир Федорович Нежинский; Владимир Владимирович Малиновский (RU); Владимир Владимирович Малиновский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики"
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-12-27

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: microcapacitor includes insulating substrate and many current-leading metallisation elements formed on upper and lower surfaces and in holes of insulating substrate, which form armatures of capacitor of flat coaxial type. Outputs of metallised holes on one of the surfaces are connected to contact pads and connection straps intended to change the values of capacity from maximum to minimum value by their disconnection.

EFFECT: possibility of controlling the capacity and considerably reducing the parasitic capacitance and inductance.

1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, к радиотехническим элементам, применяемым в электрических цепях с частотной избирательностью, и может быть использовано в трактах промежуточной частоты радиоприемных устройств.The invention relates to radio engineering, to radio engineering elements used in electrical circuits with frequency selectivity, and can be used in intermediate frequency paths of radio receivers.

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.Currently, the domestic industry, for use in microelectronic microwave devices, produces single-layer ceramic capacitors of the type K10-71 (AZHYAR.673511.001 TU) with sizes from 0.23 × 0.23 to 2.5 × 2.5 mm with a thickness of 0, 33 mm. The range of capacitance ratings of such capacitors is from 0.47 pF to 3300 pF and depends on the size of the substrate, the dielectric constant of the material and its type according to the TKE group (temperature coefficient of capacitance). However, the capacitance of such capacitors directly proportionally depends on their geometric dimensions, and also significantly depends on the TKE of the dielectric substrate material, which ultimately leads to rather large instability of the product parameters, and a change in the capacitance value is not structurally provided and is achieved by selection of elements. Foreign analogues of K10-71 capacitors of the type D10CF101CCPX (SLC Catalog, Single-Layer Capacitors) have similar disadvantages.

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.The aim of the invention is to increase the capacitance of a flat capacitor while minimizing its overall dimensions, providing tuning over a wide range of capacitance values, increasing the reliability of the capacitor and reducing the complexity of its manufacture.

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.In order to repeatedly increase the capacity of the element of normalized volume, it is proposed to use the internal volume of the dielectric. For this, metallization elements are formed on the upper and lower surfaces of the dielectric substrate, having continuous or filled metallized holes, part of the metallized holes is electrically connected to metallization on one side of the substrate, and the other part is metallized on the other side of the substrate, thereby forming plates flat-axial capacitor. The outputs of the metallized holes on one of the surfaces are connected to pads, connected, in turn, by jumpers, the number of which depends on the required capacity rating.

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.The drawing shows a microcapacitor, where 1 is a dielectric substrate, 2 and 3 are metallization elements, 4 and 5 are through metallized holes, 6 and 7 are contact pads, 8 are jumpers.

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.On the upper and lower surfaces of the dielectric substrate 1, respectively, metallization elements 2 and 3 are formed, having their extensions through metallized holes 4 and 5, connected in such a way that part of the through metallized holes are electrically connected to metallization on one side of the substrate, and the other part to metallization the other side of the substrate, forming flat-axial type capacitor plates with their surfaces. The outputs of the metallized holes on one of the surfaces are connected to the contact pads 6 and 7, designed to connect and change the value of the capacitance from the maximum to the minimum value, by disconnecting the metallization elements using jumpers 8.

Формула теоретического расчета обычного плоского конденсатора следующая:The formula for theoretical calculation of a conventional flat capacitor is as follows:

,

где, ε₀ - диэлектрическая постоянная;where, ε ₀ is the dielectric constant;

ε - диэлектрическая проницаемость материала;ε is the dielectric constant of the material;

W - ширина обкладки конденсатора, мм;W is the width of the capacitor plate, mm;

ℓ - длина обкладки конденсатора, мм;ℓ is the length of the capacitor plate, mm;

h - расстояние между обкладками, мм.h is the distance between the plates, mm

Общая суммарная емкость представленного микроконденсатора может быть выражена следующим образом:The total total capacity of the presented microcapacitor can be expressed as follows:

С_общ=С₁+С₂+С₃,C _total = C ₁ + C ₂ + C ₃ ,

где С₁ - емкость плоского конденсатора;where C ₁ is the capacitance of a flat capacitor;

С₂ - емкость, обусловленная площадью металлизированного отверстия и каждой из обкладок плоского конденсатора;C ₂ - capacity due to the area of the metallized hole and each of the plates of a flat capacitor;

С₃ - коаксиальная емкость между металлизированными отверстиями. При этом их можно представить следующим образом:C ₃ - coaxial capacity between metallized holes. Moreover, they can be represented as follows:

,

где R - изолированный радиус металлизированного отверстия;where R is the isolated radius of the metallized hole;

r - радиус металлизированного отверстия;r is the radius of the metallized hole;

d - расстояние между металлизированными отверстиями;d is the distance between the metallized holes;

t - толщина металлизации;t is the metallization thickness;

М - общее количество металлизированных отверстий;M is the total number of metallized holes;

N - количество коаксиальных отверстий.N is the number of coaxial holes.

Расчеты показывают, что емкость микроконденсатора, таким образом, может быть увеличена в 50-100 раз. Особенно значительно возрастает емкость за счет С₃.Calculations show that the capacitance of the microcapacitor, thus, can be increased 50-100 times. Especially significantly increases the capacity due to C ₃ .

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.The microcapacitor can be made separately (individually), and can also be manufactured as part of a microstrip microwave board (or manufactured using LTCC technology), where all the metallization elements of the microcapacitor are formed in a single technological process for manufacturing the MPP and are part of the MPP topology.

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.Separate (individual) elements in order to reduce the complexity of manufacturing are made as follows: in a dielectric substrate, for example 48 × 60 mm, which is a group blank, many groups of microholes are formed. Microholes in each group are arranged, for example, in a checkerboard pattern. In the microholes on the upper and lower surfaces of the substrate, metallization elements are formed, interconnected in such a way that they form plates of a plane-axial type capacitor. The outputs of the metallized holes on one of the surfaces are connected to pads designed to connect and change the value of the capacitance from the maximum to the minimum value by disconnecting the metallization elements, then the workpiece is divided into separate modules.

Размеры подложки, элементов металлизации и их количество задаются в зависимости от требуемой величины емкости и характеристик материала диэлектрика.The dimensions of the substrate, metallization elements and their number are set depending on the required capacitance and the characteristics of the dielectric material.

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.The use of a microcapacitor will significantly increase the capacity of the element and provide the possibility of its change over a wide range, improve electrical characteristics, increase the density of use of the volume of the dielectric, expand the range of capacitance values while minimizing dimensions. The use of microcapacitors made as part of the MPP, in addition, will significantly reduce parasitic capacitance and inductance by optimizing the overall topology and eliminating the installation of wire connections.

Claims

A microcapacitor containing a dielectric substrate, a plurality of current-carrying metallization elements interconnected and forming separate plates of a plane-axial capacitor, characterized in that the metallization elements are made on the upper and lower surfaces of the substrate, as well as in the body of the dielectric substrate through or through metallized holes, while metallization on the upper surface has contact pads connected by jumpers, the number of which depends on the required ala capacity.