4.5.2 Проектирование плёночных катушек

Как отмечалось, вследствие влияния собственного и внешнего размагничивания в спиральных катушках, обеспечение заданной индуктивности по проектным оценкам не отличается достаточной точностью. Требуемое значение индуктивности обеспечивается подстройкой параметра или компенсируется в резонансных включениях подбором ёмкости конденсаторов.

К проектированию спиральных катушек формируется перечень исходных данных:

• функциональные параметры:

а) индуктивность, L;

б) добротность, Q;

в) рабочая частота, f, МГц;

• параметры материалов катушки:

а) удельное сопротивление проводника, ρ;

б) параметры материала подложки (диэлектрическая проницаемость ε, tg δ учитываются косвенно);

• конструктивно-технологические ограничения:

а) погрешность линейных размеров ∆L (или минимально допустимые размеры зазора между проводниками и ширины проводника) и совмещения ∆С для компоновки вывода от внутреннего витка;

б) допустимая толщина проводника, h;

в) максимально-допустимый наружный диаметр катушки Dн max;

г) наличие и вид экранирующих элементов.

В результате расчёта должны быть приведены в соответствие наружный диаметр, число витков катушки, ширина проводника, зазор между витками с заданными значениями индуктивности и добротности на заданной рабочей частоте.

Расчётная методика, позволяющая сформировать оценочные значения размеров для доводки на экспериментальных образцах, сводится к последовательности операций:

• назначается допустимый наружный Dн и оптимальный внутренний Dвн диаметр катушки;

• из соотношения (4.57) определяется шаг t расположения витков:

t = k ∙ (Dвн)^3/2/√L; (4.62)

• из формулы (4.59) определяется ширина проводника витка катушки:

b = Q∙ρ∙t∙ (D²н/D²вн – 1) ∙10⁴/16 ∙f∙Dвн∙k²∙h; (4.63)

• для учёта влияния поверхностного эффекта расчётное значение ширины проводника завышается в 1,5–2 раза;

• по допустимому технологическому значению межвиткового зазора и ширине проводника b проверяется и приводится в соответствие размер шага катушки t (если это возможно, или констатируется факт несоответствия заданным функциональным параметрам);

• для оптимального отношения Dн/Dвн ≈ 0,4 определяется число витков катушки по размещению:

N = (Dн – Dвн)/2∙ t;

• по формулам (4.57), (4.59) проводится поверочный расчёт с приоритетом обеспечения заданной индуктивности;

• по результатам расчёта корректируются размеры и число витков и принимается заключение об исполнимости предъявленных требований;

• в случае общего соответствия требований к функциональным параметрам и конструктивному исполнению катушки по графикам рисунков 4.16, 4.17 и формуле (4.60) оцениваются влияние и поправки на размагничивающее действие смежных размагничивающих элементов;

• в случае несоответствия конструкции катушки предъявленным требованиям принимается решение о применении исполнения катушек в виде компонент.

4.6 Соединения и контакты гис

Подобно исполнению соединений на кристаллах, для электрического соединения элементов на платах ГИМС применяются тонкопленочные проводники с высокой электрической проводимостью и хорошей адгезией к подложке. В таблице 4.13 приведены параметры многокомпонентных структур, рекомендуемых к исполнению проводников и контактных площадок с удовлетворением требований адгезии к несущему основанию, обеспечением приемлемой проводимости и требуемых качественных показателей в электромонтажных соединениях.

В качестве адгезионных буферных материалов по ситаллу, стеклу, керамике или межслойной изоляции токопроводящих слоёв моноокисью кремния, широко применяется подслой хрома или нихрома. Приемлемая проводимость соединений и контактов обеспечивается при исполнении основного проводящего слоя из алюминия, золота или меди вакуумной плавки. При этом для защиты от окисления и подготовки контактных поверхностей к электромонтажу по меди применяются покрытия из серебра или золота, а по алюминию в качестве монтажного покрытия наносятся плёнки никеля.

Таблица 4.13 — Параметры многокомпонентных структур контактов и соединений

Материалы	Толщина слоя, мкм	R□, Ом	Способ контактирования внешних выводов
Подслой — нихром Слой — золото	0,01–0,03 0,6–0,8	0,03–0,04	Пайка, сварка импульсно-косвенным нагревом
Подслой — нихром Слой — медь Покрытие — никель	0,01–0,03 0,6–0,8 0,05–0,06	0,02–0,04	Сварка импульсным косвенным нагревом
Подслой — нихром Слой — медь Покрытие — серебро	0,01–0,03 0,4–1,0 0,08–0,1	0,02–0,04	Пайка, сварка импульсным косвенным нагревом или сдвоенным электродом
Подслой — нихром Слой — медь Покрытие — золото	0,01–0,03 0,6–0,8 0,05–0,06	0,02–0,04	Пайка, сварка импульсным косвенным нагревом
Подслой — нихром Слой — алюминий Покрытие — никель	0,04–0,05 0,25–0,35 0,05	0,1–0,2	Сварка сдвоенным электродом

В местах пересечения плёночные проводные соединения могут изолироваться друг от друга диэлектрическими пленками межслойной изоляции. Для изоляции проводников применяют моноокись кремния и халькогенидное стекло, параметры которых приведены в таблице 4.14.

Таблица 4.14 — Свойства материалов межслойной изоляции

Материал	Удельная емкость, пФ/см^2 (не более)	Тангенс угла диэле ктри- ческих потерь при частоте 1 кГц, (не более)	Удельное объемное сопротивление, Ом∙см (не менее)	Критическая напряжённость поля, В/см (не менее)
Моноокись кремния	1700	0,03	10^12	0,8∙10^6
Халькогенидное стекло	5000	0,01	10^12	1,7∙10^6

Как и для соединений на кристаллах, соединения и контакты на платах ГИМС должны удовлетворять нормам на вносимые активные и реактивные сопротивления. Для оценки сопротивлений и их частотных зависимостей следует применять соотношения, приведенные в разделе 4.3.

В отличие от соединений и контактов на кристаллах проводные соединения гибридных исполняются по технологическим нормам плёночных технологий и потому характеризуются существенно более значительными геометрическими размерами.

Диэлектрические основания гибридных конструкций в развитии технологии печатных плат в современных микроэлектронных устройствах выполняют функции объединительных (коммутационных) плат.