Керамический конденсатор

 

Использование: в электронной технике и микроволновой технике СВЧ, например в микросхемах и модулях в качестве емкостного элемента. Сущность изобретения: конденсатор содержит пакет керамических пластин с электродами (Э), выходящими на торцовые выводы. С обеих сторон пакета дополнительно располагают по одной керамической пластине с Э, отстоящим на расстоянии, равном (16 - 20) d, от ближайшего Э пакета, где d - расстояние между Э в пакете в метрах. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике и микроволновой технике СВЧ и может быть использовано в микросхемах и модулях в качестве емкостного элемента.

Известен конденсатор постоянной емкости АТС-100 В или его аналог - отечественный монолитный керамический конденсатор К10-57 (ОЖО 460.194 ТУ) с размерами 3,2 х 2,5 х 2,5 мм. Собственная резонансная частота (СРЧ) таких конденсаторов является одним из основных параметров, определяющих рабочий диапазон конденсатора как емкостного элемента.

СРЧ таких конденсаторов в зависимости от увеличения их номинальной емкости понижается. Так, для конденсатора АТС-10 В при номинальной емкости 300 пФ f_СРЧ400 МГц, а при 100 пФ f_СРЧ 230 МГц. Для конденсатора К10-57, размеры которого несколько больше, при 300 пФ f_СРЧ350 МГц и для 100 пФ f_СРЧ180 МГц.

Недостатком таких конденсаторов является ограничение их работы как емкостных элементов до вышеуказанных частот, выше которых конденсатор не является емкостным элементом.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, взятым в качестве прототипа, является конструкция керамичес- кого конденсатора, который может быть использован в СВЧ-технике.

Такой конденсатор содержит пакет керамических пластин с расположенными между ними электродами, торцовые выводы в виде металлизированных контактных полос, металлизированный слой, соединенный с торцовыми выводами и охваты- вающий пакет керамических пластин.

Металлизированный слой состоит из двух частей, разделенных зазором, равноудаленным от торцовых выводов.

Как показывает практика конденсатор-прототип может быть использован для работы на частотах выше СРЧ, т.е. позволяет расширить диапазон рабочих частот. Однако в этом случае конденсатор характеризуется основным параметром - вносимые потери (дБ). В конструкции прототипа поверхностная металлизация определяет вносимые потери за счет скин-эффекта, т.е. с ростом частоты вносимые потери будут расти пропорционально корню квадратному от частоты . В этом случае решение задачи расширения диапазона частот теряет смысл.

Кроме того, существенным недостатком конструкции прототипа является формирование зазора размером 100 мкм на металлизированной поверхности. Поскольку зазор образует малую емкость, открытую для доступа влаги и пыли, то стабильность емкости не обеспечивается, а при климатических испытаниях такой конденсатор не выдерживает стандартное номинальное напряжение U_н=50 В.

Цель изобретения - увеличение собственной резонансной частоты СРЧ конденсатора и расширение диапазона его рабочих частот.

Осуществление предлагаемого изобретения позволит использовать керамический конденсатор как на низких частотах ( 300 МГц), так и на частотах 2-10 ГГц как емкостной элемент.

Керамический конденсатор, содержащий пакет керамических пластин с электродами и торцовые выводы, соединенные с электродами, снабжен двумя дополнительными керамическими пластинами с электродами. Дополнительные керамические пластины размещены с обеих сторон пакета, электроды дополнительных керамических пластин соединены с торцовыми выводами и каждый из электродов расположен от ближайшего электрода пакета на расстоянии D, определяемом из соотношения D=(16-20)d, где d - расстояние между электродами в пакете, м.

Конструкция керамического конденсатора поясняется чертежом.

Керамический конденсатор содержит пакет керамических пластин 1 с металлизированными электродами 2, торцовые выводы 3, соединенные с электродами 2, дополнительные керамические пластины 4, которые размещены с обеих сторон пакета, и электроды 5 дополнительных пластин 4, соединенные с торцовыми выводами 3, каждый из которых расположен от ближайшего электрода 2 в пакете на расстоянии D, определяемом из соотношения D=(16-20)d, где d - расстояние (м) между электродами 2 в пакете, причем поверх электродов 5 дополнительных пластин 4 припрессованы пластины 6.

Электроды 5 образуют малую емкость 3-10 пФ относительно центральных электродов 2 в пакете, которые на частотах диапазона СВЧ порядка 2-10 ГГц представ- ляют собой индуктивность (т.е. как бы металлизированную полоску).

Керамический конденсатор работает следующим образом.

Емкость конденсатора состоит из двух параллельно включенных емкостей: основной емкости С_о с большим количеством электродов 2, находящихся на расстоянии d друг от друга, и дополнительной емкости С_д, которая обеспечивается вводимыми дополнительными керамическими пластинами 4 и дополнительными электродами 5 на расстоянии (16-20)d.

При приложении электрического напряжения с частотой ниже СРЧ f_o = конденсатор обеспечивает емкостный характер реактивности, при приложении электрического напряжения с частотой выше f_o основная емкость С_о представляет собой индуктивное реактивное сопротивление или просто индуктивность L, относительно которой дополнительные электроды составляют малую емкость С_д.

Эквивалентная схема конденсатора в этом случае представляется как параллельное соединение индуктивности L и емкости С_д со значительно более высокой собственной резонансной частотой.

Таким образом, конструкция СВЧ-конденсатора обладает двумя емкостями: первая с номинальной емкостью С_о 300-1000 пФ (конденсатор типа К10-57 или К10-65), работающая в диапазоне частот 180-350 МГц, вторая с емкостью С_д 3-10 пФ, работающая в диапазоне частот 2-10 ГГц в зависимости от величины формируемой дополнительной емкости, т.е. от формы электрода, диэлектрической проницаемости керамической пластины и т.д.

Экспериментально по стандартной технологии были изготовлены образцы керамических конденсаторов размерами 3,2 х 2,5 х 2,5 мм с использованием в качестве диэлектрика керамики ТЛ/О с 40-42 на основе состава (Ca, La) (Ti, Al)O₃. Для сравнения испытанию подвергались образцы конденсаторов без дополнительных электродов (п. 1 и 2 таблицы) и с дополнительными электродами с номинальной емкостью 370 и 200 пФ (п. 3-8 таблицы).

Измерялись конденсаторы с расстоянием между электродами в пакете d=25 мкм и расстоянием между дополнительным электродом и ближайшим электродом пакета D, равным 400, 500 и 450 мкм (п. 3 и 4, п. 5 и 6, п. 7 и 8 таблицы соответственно).

На образцах измеряли основной параметр - собственную резонансную частоту (СРЧ) конденсатора в широком диапазоне частот. Для измерений использовали приборы Р4-37 (0,5-1250 МГц), Р4-38 (1,25-5,0 ГГц) и Р4-36 (3,9-12,1 ГГц). В соответствии с методикой измерений величины СРЧ производили включение закороченного измеряемого образца на коаксиальной линии с сечением 7/3,05 мм.

Результаты измерений СРЧ представлены в таблице. Приведены усредненные значения СРЧ для измерений 10 шт. конденсаторов.

Как следует из данных, представленных в таблице, предлагаемая конструкция конденсатора позволяет увеличить величину СРЧ и расширить диапазон рабочих частот, не ухудшая при этом электрические параметры конденсатора.

Стандартные электрические параметры для конденсаторов типа К10-57, на основе которых были изготовлены экспериментальные образцы, следующие: - U_ном=100 В; - диапазон рабочих температур (-60)-(+125)^оС; - температурный коэффициент емкости ТКЕ по группе МПО; - номинальные емкости по ряду Е24 и т.д. в соответствии с ТУ (ОЖО 460.194 ТУ).

Формула изобретения

КЕРАМИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР, содержащий пакет керамических пластин с электродами и торцовые выводы, соединенные с электродами, отличающийся тем, что он снабжен двумя дополнительными керамическими пластинами с электродами, дополнительные керамические пластины размещены с обеих сторон пакета, электроды дополнительных керамических пластин соединены с торцовыми выводами и каждый из электродов расположен от ближайшего электрода пакета на расстоянии D = (16 - 20)d, где d - расстояние между электродами в пакете, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2