基于二维矩阵束矩量法的通孔外层结构电磁特性分析与实验研究

摘要

通孔作为垂直互联的主要实现方式在多层印制电路板和芯片封装中起着至关重要的作用。随着微波射频电路与高速数字电路的小型化与功能高度集成化，电路板的层数越来越多，通孔是其中必不可少的重要组成部分；并且随着器件工作频率的提高，通孔的性能对电路的影响已经不能被忽略。
　　本论文从理论、实验和仿真三方面研究了通孔所处的电路板的边界条件、物理尺寸与结构的变化对通孔电磁特性与信号传输性能的影响。
　　论文首先使用基于分段正弦基函数的矩阵束矩量法建模、分析了通孔结构。根据网络理论将多层板通孔结构分解为外层问题和内层问题，使用矩阵束矩量法从理论上分析了外层问题的电磁特性，研究了通孔的半径、高度和基板材料相对介电常数对通孔性能的影响，并讨论了通孔不连续性导致的模式转换规律。并且基于组件对象模型技术将理论算法的MATLAB源代码与VC混合编程编制了计算软件，以图形化界面的运行方式极大地方便了专业研究人员的使用。
　　然后基于实验研究，并结合三维全波电磁仿真软件在频域和时域对通孔结构性能进行分析。设计了一系列测试电路板，实际测量了通孔在从基带到20GHz的频段范围内的频率特性，所设计电路板的可变参数为电路板层数、通孔半径、焊盘半径和外层基板厚度等，并分析了连接器和夹具对测量结果的影响。
　　最后研究了通孔结构的性能优化，讨论了优化通孔性能的方法—增加回流路径、阻抗受控和去除短桩线，分析了通孔的容性与感性不连续性，并以眼图的方式进行了验证。

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第一章 引言

1.1选题背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容

1.4论文组织结构

第二章电路分析理论基础

2.1散射参数

2.2 TDR/TDT

2.3眼图

第三章 通孔结构的理论分析与数值计算

3.1算法综述

3.2外层问题的积分方程

3.3数值结果

3.4计算软件的编制

第四章 通孔结构的实验测量与软件仿真

4.1测试电路板设计

4.2实验测量

4.3软件仿真

第五章 通孔结构的性能优化

5.1通孔结构的优化

5.2通孔的容性与感性研究

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录

A.1电场积分方程的推导

A.2 式(3-7)的推导

攻硕期间取得的研究成果