柔性无源电子器件和互连线的射频特性研究

摘要

近年来，高速柔性电子以其结构轻薄、可弯曲折叠、机械性能稳定、高效以及更轻的质量和低成本制造工艺等优势得到了国内外广泛关注和研究。进而高速柔性薄膜器件电路得到了不断的研究发展，目前已经研究出了柔性薄膜晶体管(TFT)、柔性微波PIN二极管以及柔性射频开关电路等。这表明在塑料衬底上制作柔性单片微波集成电路有很大的发展前景。为建立高速柔性集成电路与系统，高性能的柔性无源元件如电感、电容和互连线都是不可或缺的，对其射频特性的研究是至关重要的。
　　本文首先介绍了基本电学理论、柔性螺旋电感的版图参数和工艺参数，详细分析了等效电路模型、损耗机制和性能指标;运用三维电磁仿真软件HFSS仿真研究了各版图参数和工艺参数对其射频特性的影响，证明了其性能优于传统的硅基螺旋电感，提出了改进的等效电路模型，讨论分析了柔性电感处于弯曲态下的射频特性，并采用CleWin软件完成了柔性螺旋电感的版图设计。
　　然后介绍了柔性MIM电容的工艺结构和参数，分析了其经典的等效电路模型和性能指标，重点运用HFSS软件研究了提升其性能的方案，并分析了其弯曲态下的射频特性变化，完成了不同版图尺寸的柔性MIM电容的版图设计。
　　最后对柔性互连线的射频特性进行了分析。本文介绍了CPW（共面波导）的基本结构和分布模型，推导了其性能指标的计算公式，重点研究了不同柔性衬底结构对其损耗特性的影响，研究表明采用PET/SU-8衬底结构的CPW损耗最小，并与传统的硅基CPW进行了各性能参数的对比，完成了不同衬底结构上不同版图尺寸的柔性互连线的版图设计。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．1．1 柔性电子器件的发展

1．1．2 柔性无源元件的重要性

1．2 国内外研究现状

1．3 射频微波无源器件的电磁场分析方法

1．4 论文的研究内容及结构安排

第二章 柔性射频螺旋电感

2．1 电感分析的基本理论

2．2 柔性螺旋电感的版图参数

2．3 柔性螺旋电感的工艺参数

2．4 损耗机制

2．4．1 金属损耗

2．4．2 衬底损耗

2．5 平面螺旋电感的电路模型

2．6 螺旋电感的性能指标

2．6．1 电感量

2．6．2 品质因数

2．6．3 自谐振频率

第三章 柔性螺旋电感的射频特性分析

3．1 柔性射频螺旋电感的电磁仿真

3．1．1 HFSS软件仿真环境设置及模型建立

3．1．2 电磁仿真数据的可靠性

3．2 版图参数对柔性螺旋电感射频特性的影响分析

3．2．1 螺旋电感圈数

3．2．2 金属间距

3．2．3 线圈宽度

3．2．4 下引线宽度

3．2．5 版图形状

3．2．6 内径

3．3 工艺参数对柔性螺旋电感射频特性的影响分析

3．3．1 衬底类型

3．3．2 介质层厚度

3．3．3 金属类型

3．3．4 螺旋线圈金属厚度

3．4 改进的等效电路模型的提出

3．5 柔性螺旋电感弯曲态下的射频特性分析

3．6 柔性螺旋电感的版图设计

第四章 柔性电容的射频特性分析

4．1 柔性MIM电容的工艺结构及参数

4．2 柔性MIM电容的等效电路模型及性能指标

4．3 柔性MIM电容的电磁仿真及性能分析

4．3．1 柔性MIM电容的电磁仿真模型建立

4．3．2 柔性MIM电容的电磁仿真的可靠性

4．3．3 柔性MIM电容性能的提升

4．4 柔性电容弯曲态下的射频特性分析

4．5 柔性电容的版图设计

第五章 柔性互连线的射频特性分析

5．1 互连线的结构

5．2 互连线的主要性能参数

5．3 不同衬底结构的CPW损耗特性

5．4 互连线的版图设计

第六章 总结和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢