可延展柔性互连电路模型研究

摘要

随着生物医疗，以及可穿戴电子的发展，可延展柔性电子器件已成为目前研究的焦点。当前可延展柔性电子研究主要集中在其制备工艺以及结构上，关于电学特性的研究比较薄弱，尤其在可延展柔性互连的研究方面尚为空白。因此，可延展柔性互连电路模型研究非常的重要。本文利用ANSYS和HFSS对可延展柔性蛇型导线形变特性以及电学特性进行了仿真研究，并通过实验进行验证。同时在传统互连的基础上，建立了适用于可延展柔性互连的电路模型。
　　本研究主要内容包括：⑴通过形变特性的研究发现，随着形变位移的增大，蛇型结构的弧顶部位产生应力集中的现象，应力随形变的增大而增大，同时产生了Z方向上的翘曲形变，随着形变量的增大翘曲形变开始从弧顶部位向两边蔓延。由此可知，在拉伸时导线最可能发生脱落或者断裂的部位就是这些应力集中的部位。限制蛇型导线最大拉伸率的因素就在于弧顶部位所能承受的最大拉伸率。通过HFSS对不同形变下的导线电学参数进行仿真发现，随着形变量的增大，形变特性影响最明显的参数为寄生电感和耦合电容，其最大增长率分别为25.42％和36.55%，而互连导线的寄生电阻只有略微的增大，最大增长率为2.76%。同时随着形变位移的增大，导线的传输特性参数S11变大，而S21参数变小。⑵通过实验测量发现，导线的传输特性随着形变量的增大而逐渐的变差。并且实际测量的导线的传输性能比仿真的结果差，其主要原因在于由于衬底为柔性材料，所以当探针插下时，接触不够均匀，在局部会产生虚触的情况，并且导线的表面发生了氧化，从而导致导线的传输性能变差。仿真与实验测量的结果变化趋势一致，随着形变的增大，导线的S11参数变大，S21参数变小。⑶建立了V型导线的几何结构模型，同时在传统互连电路 RLC集总模型的基础上，建立适用于可延展柔性互连的RLCM解析模型。在建立V型导线的几何结构模型时发现，V型导线的夹角与形变量之间符合余弦定律关系，同时柔性介质层厚度与形变量之间呈线性关系。在HFSS仿真研究时，发现电感参数随形变的变化非常明显，所以在建立解析模型时，主要引入了表征形变的互感因子M。在RLCM模型中，随着形变产生变化的参数为互感参数M和电容参数C，而电阻参数R主要是随频率发生变化的。最后通过ADS建立RLCM二端口电路模型，对其传输特性参数S11和S21进行仿真，与HFSS直接对导线的S参数仿真结果进行对比分析，S11参数的最大偏差仅为0.928dB，S21参数的最大偏差仅为0.0003dB，由此可得RLCM解析模型的精确度较好。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 柔性互连制备工艺及电路模型简介

2.1可延展柔性互连制备工艺

2.2互连电路模型

2.3本章小结

第三章 可延展柔性互连形变特性研究

3.1柔性蛇型互连拉伸形变特性研究

3.2柔性蛇型互连拉伸形变对寄生参数的影响

3.3柔性蛇型形变对传输特性及串扰的影响

3.4实验

3.5本章小结

第四章 可延展柔性互连电路模型研究

4.1可延展柔性V型导线几何结构模型

4.2基于毕奥萨戈尔定律的集总RLCM电路模型

4.3仿真验证

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2展望未来

参考文献

致谢

作者简介