3.18. Вопросы и задачи

3.18.1. Цилиндрический стержень из фенолформальдегидной пластмассы диаметром 5мм, длиной 15мм, удельным объемным сопротивлением 10¹²Омм и удельным поверхностным сопротивлением 10¹²Ом покрыт с торцов слоем металла. Эти слои металла служат электродами, через которые стержень включен под постоянное напряжение 1кВ. Определите сквозной ток утечки через стержень и потери мощности в нем.

Решение:

, , , ,

3.18.2. Стержень с параметрами, указанными в задаче 3.18.1, был подвергнут кратковременному увлажнению, в результате чего удельное поверхностное сопротивление снизилось до 10¹⁰Ом, но удельное объемное сопротивление не успело измениться. Каковы будут значения сквозного тока и потерь мощности в стержне?

3.18.3. Определите емкость пересечения проводников шириной 100мкм, разделенных пленкой SiO₂ толщиной 0,7мкм (ε=4).

3.18.4. Определите рабочее напряжение двухслойного диэлектрика SiO₂ (толщиной 0,3мкм) и Si₃N₄ (0,1мкм), если электрическая прочность SiO₂ 710⁶В/см, а Si₃N₄ – 310⁶В/см. Коэффициент запаса принять равным 3.

3.18.5. Любые диэлектрические пленки, кроме термической, имеют высокую пористость, в лучшем случае на уровне 25см^-2. Объясните, почему они не могут использоваться в качестве межуровневой изоляции полупроводниковых интегральных схем?

3.18.6. Вследствие каких причин в пленках SiO₂ могут образовываться трещины? Учтите, что ТКЛР аморфного SiO₂  510^-7К^-1, а кристаллического  2,510^-5К^-1.

3.18.7. Чем объясняются высокие маскирующие свойства пленки SiO₂ при диффузии доноров и акцепторов в Si?

3.18.8. Почему стеклотекстолит нельзя использовать для изготовления пленочных резисторов? Какие диэлектрические материалы пригодны для этой цели?

3.18.9. Как определить чистоту отмывки печатной платы после травления с помощью электрических измерений? Почему при соблюдении отмывки ρ_S>>ρ_V?

3.18.10. В каком состоянии эксплуатируется полимер, если температура его стеклования ниже комнатной?

3.18.11. В чем состоят преимущества стеклотекстолита перед гетинаксом?

3.18.12. Оксид алюминия, полученный методом анодного окисления, имеет , тогда как согласно справочным данным его значение для монолитного оксида алюминия =9,5. О чем говорит это расхождение?

3.18.13. Лучшее пятикомпонентное стекло С-41-1 для тонкопленочных конденсаторов имеет плотность пор (каналов высокой проводимости) на уровне 1мм^-2. Определите площадь конденсатора, при которой выход годных изделий превышает 80%. Какова будет его емкость, если с_УД=10нФ/см²?

Решение:

Плотность дефектов d=1/м² .

Коэффициент поражаемости В=1.

Вероятность выхода годных изделий Р=eхp(ВdS).

3.18.14. Определите мощность теплового потока, а также количество теплоты, переносимой за 1ч через пластину гетинакса размером 10х10см и толщиной 5мм, если температура нагретой поверхности 300К, а холодной – 250К, коэффициент теплопроводности гетинакса равен 0,35Вт/(мК).

Решение:

, где

3.18.15. Определите температурный коэффициент теплопроводности при температуре 100ºC, а также средний температурный коэффициент в диапазоне от 50 до 150ºC для фторопласта-4. График изменения теплопроводности от температуры приведен на рис. 3.24.

3.18.16. Определите теплопроводность глиноземистой керамики при пористости 12, 30 и 49%, используя формулы Лихтенекера. Теплопроводность глиноземистой керамики 30Вт/(мК).

3.18.17. Определите тепловое сопротивление пленки Al₂O₃ толщиной 1мкм и площадью 50см². Теплопроводность Al₂O₃ 30Вт/(мК).

3.18.18. Определите перепад температуры по толщине, считая, что вся мощность отводится теплопроводностью, при удельной мощности 5Вт/см² для пленки ситалла толщиной 0,5мм при теплопроводности ситалла 1,5Вт/(м^.К).

3.18.19. Структуры КНС (кремний на сапфире) имеют обычно прогиб из-за разности ТКЛР. Нарисуйте прогнутую структуру, учитывая, что средний ТКЛР в диапазоне температур 0…600ºС для Si равен 310^-61/град, а для сапфира (монокристаллический Al₂O₃)  910^-61/град.

3.18.20. Какое количество влаги пройдет за 10000 часов сквозь полистирольную мембрану площадью 100см² и толщиной 0,1мм, если относительная влажность воздуха с одной стороны мембраны составляет 80%, а с другой – 20% (температура воздуха с обеих сторон +60ºС, давление нормальное), коэффициент удельной влагопроницаемости полистирола П=4,210^-15ºС, давление насыщенных водяных паров при температуре +60ºС составляет 20кПа?

3.18.21. Диэлектриком плоского конденсатора является гетинакс. Параметры этого материала: удельное объемное сопротивление поперек слоев 10¹¹Омм, диэлектрическая проницаемость – 8, тангенс угла диэлектрических потерь – 0,1. Толщина диэлектрика 1мм, площадь обкладок 2510⁴мм². Определите полные и удельные потери мощности для случая, когда к конденсатору приложено постоянное напряжение 1кВ.

3.18.22. К конденсатору с гетинаксом в качестве диэлектрика приложено напряжение амплитудой 1кВ, частотой 1кГц. Определите полные и удельные потери. Параметры гетинакса и конденсатора такие же, как в задаче 3.18.21.

3.18.23. Определите полные диэлектрические потери на длине 100м коаксиального кабеля 1кВ, частота 1МГц. Диаметр токопроводящей жилы 2мм. Диэлектриком служит полиэтилен с , tg

3.18.24. Определите взаимные погонные емкости двух параллельных печатных проводников шириной по 5мм каждый, расположенных на плате с зазором 0,5мм, если материалом платы является стеклотекстолит (=8), а в качестве покрытия используются: а) полиуретановый лак УР-231 (=2,2); б) кремнийорганический лак КО-921 (=3,5).

3.18.25. Оцените взаимную емкость двух параллельных пленочных проводников шириной 0,1мм, длиной 100мм каждый, расположенных на подложке из поликора (=10,5). Защитным покрытием платы является полиамидный лак ().

тов в виде мембран и сильфонов. Мембраны и мембранные коробки, изготовленные из бериллиевой бронзы, имеют более стабильные упругие характеристики, чем упругие элементы, изготовленные из других сплавов на основе меди. При повышенных температурах бериллиевые бронзы сохраняют достаточную прочность, а при пониженных их прочность и пластичность увеличиваются.

Сплавы системы бериллий-алюминий обладают рядом ценных свойств: высокой жесткостью, более высокой, чем у бериллия, технологической пластичностью, способностью к обработке давлением, прессованию и прокатыванию в тонкий лист, малым весом. Модуль нормальной упругости Е у них близок к чистому бериллию, но пластичность выше. Детали из таких сплавов могут работать в сложных напряженных условиях, они менее чувствительны к поверхностным дефектам, имеют лучшую свариваемость. Добавление в систему бериллий-алюминий магния способствует повышению прочности сплава и модуля нормальной упругости.

Соединения бериллия с танталом, цирконием, гафнием и другими тугоплавкими элементами относят к группе соединений, называемых бериллидами. Эти соединения обладают высокой температурой плавления и относительно малой плотностью. Из бериллидов изготавливают детали гироскопов, детали инерциальных систем навигации, ракет, детали, работающие в условиях повышенных температур.