基于LTCC内埋式元件设计与建模研究

摘要

低温共烧陶瓷技术(LTCC)成长迅速已成为许多微电子封装领域的关键技术之一，利用低温共烧陶瓷技术制作的模块具有很多优异的性能：设计灵活性、可重新分配结构、紧密性、可靠性等，使得低温共烧陶瓷技术应用广泛，如医学检测微型化仪器，射频和微波通信模块等。 近年来低温共烧陶瓷内埋式元件建模研究已经取得了很多成果，但随着内埋式被动元件复杂度增加，低温共烧陶瓷技术建模工作难度加大，如何建立合适的等效电路模型并且通过模型库完成集成电路模块的电路设计是的主要研究方向，目前这方面的研究在国内还很少。 本论文首先探讨低温共烧陶瓷技术、工艺制程和内埋式被动元件的设计流程，并且针对低温共烧陶瓷制做过程比较分析电磁模拟与量测软件的具体作用。 其次重点探讨建立修正T型等效电路模型的理论过程，通过仿真得到修正T型等效电路模型可预测电感元件的并联谐振点、串联谐振点、接地谐振点。电感结构的不同会导致其物理性能和电气参数的变化，论文以万等效电路为基础量测低温共烧陶瓷内埋式元件的性能，归类出低温共烧陶瓷元件的结构与品质因数的关系，建立基本的低温共烧陶瓷元件模型资料库。 最后利用内埋式元件资料库的建立经验，尝试在低温共烧陶瓷中进行初步的电路设计，架构出基于低温共烧陶瓷中的T原型带通滤波器，设计四种不同的带通滤波器。论文实现的基于LTCC的带通滤波器在信号检测和信号处理方面有很多优势，不仅此滤波器性能参数不易发生变化，而且所实现的功能模块尺寸微小，适用于医学检测仪器和通信检测模块。 研究结果表明，本文实现的基于低温共烧陶瓷技术的带通滤波器，通带插入损耗和折返损耗皆能分别小于2dB及大于10dB，与商业化产品和类似应用文献报道作品中带通滤波器相比，设计尺寸微小化。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.1.1课题研究背景

1.1.2课题研究意义

1.2国内外LTCC技术研究现状

1.2.1国外LTCC技术研究现状

1.2.2国内LTCC技术研究现状

1.3论文的主要内容及实现方法

2 低温共烧陶瓷技术与元件设计

2.1低温共烧陶瓷技术概述

2.1.1低温共烧陶瓷技术概述

2.1.2低温共烧陶瓷技术优缺点

2.2LTCC内埋式元件设计流程

2.3低温共烧陶瓷元件仿真量测方法

2.3.1低温共烧陶瓷技术对建模的要求

2.3.2低温共烧陶瓷元件的量测方法

2.3.3低温共烧陶瓷技术的模拟方法

2.3.4低温共烧陶瓷元件仿真与量测依据

2.3.5量测与模拟结果比较

2.4本章小结

3 低温共烧陶瓷内埋式元件建模

3.1简介

3.2微波理论建立模型

3.2.1数学模型推导

3.2.2模拟仿真验证模型

3.3内埋式元件模型建立

3.3.1元件建模思路

3.3.2考虑并联及串联谐振点之等效电路模型

3.3.3考虑更高谐振之串联与接地谐振点之电路模型

3.4模拟仿真与验证

3.5本章小结

4 LTCC内埋式电感元件设计

4.1简介

4.2电感结构对电感性能影响

4.2.1等金属长度等面积电感元件性能

4.2.2含接地面与未含接地面电感元件性能

4.3 LTCC电感元件性能评量

4.3.1 LTCC电感元件评量理论推导

4.3.2评量结果仿真

4.4建模并萃取模型参数

4.5本章小结

5 内埋式带通滤波器电路设计

5.1带通滤波器设计理论

5.1.1谐振器的耦合机制

5.1.2 T原型带通滤波器理论分析

5.2LTCC带通滤波器设计流程

5.3内埋式带通滤波器模拟量测之分析与探讨

5.4本章小结

6 结论

6.1总结

6.2存在问题与展望

致谢

参考文献

附 录