基于LTCC技术滤波器的优化设计.doc 91页

'摘要基于LTCC技术滤波器的优化设计摘要随着无线通信的迅速发展，无线产品特别是射频、微波领域越来越需要高性能、高可靠性、低成本及良好的温度特性，小、轻、薄已经成为电子产品的发展趋势。这势必对IC集成及高密度封装技术提出更高的要求，传统的电路印刷(PCB)技术由于自身的特点大大限制了贴片分离元器件的小型化，LTCC技术作为一门新兴技术很好的解决了这个问题,另外鉴于滤波器在无线通信特别是在无线通信设备的射频前端占有重要的地位，本文就围绕着基于LTCC技术滤波器的优化设计展开，对LTCC技术相关内容加以分析和讨论。本文第一部分首先就LTCC技术相对于传统的集成封装技术的优点、LTCC材料及基于LTCC技术产品的国内外发展现状及动态的介绍，以便于把握LTCC技术的发展动态；给出了LTCC技术工艺流程，并对每一工艺流程中的关键问题加以介绍；并对LTCC技术部分设计原则及应用软件加以介绍，以便为后面的三维电路建模提供了设计依据和设计手段。本文第二部分首先通过对基于LTCC技术内埋置电感、电容三维建模及电磁场仿真得到几种常见电感、电容三维结构模型比较结果，从中得到：helical、VIC分别为LTCC内埋置电感、电容最佳模型选择；列举出影响内埋置电感、电容性能的各种因素，并给出结论分析及理论解释；得出修正T模型应用频宽远远大于传统的PI模型。第二部分的另外一个主要内容是LTCC滤波器优化设计，针对同一滤波器技术指标给出了两种结构：单零点和双零点。后者是在前者的基础上改进的。两种结构均可以满足给定的技术指标要求，后者在高频带外抑制要优于前者。关键词：LTCC技术，阶跃阻抗谐振器，helical，滤波器87 ABSTRACTAbstractWiththedevelopmentofwirelesscommunication,thelatestwirelessproductsdemandever-greaterfunctionality,higherperformance,andlowercostinsmallerandlighterformats.Thathasbeensatisfiedtodatebymajoradvancesinintegratedcircuit(IC)andhigh-densitypackagingtechnologies,eventhoughtheRFsectionshavecontinuedtodemandhigh-performanceandminiaturizedpassivecomponentssuchasmatchingandfilteringcircuitry.Continuingreductionsinsizeofdiscretesurfacemountedcomponentsarehavingdiminishingreturnsbecauseoftheincompatibilityoftheprintedcircuitboard(PCB)technology,aswellasthehighcostofassemblyofthosetinydiscretecomponents.Andlowtemperaturecofferedceramics(LTCC)canmeetthedemandverywell.AsweallknowthatthefilterisveryimportanceintheRFfront-endofwirelesscommunication.ThenwestudythefilterbasingonLTCC,andintroducethecorrelationofLTCC.Thepartoneintroducesthedevelopmentactuality,trendsandthetechnologyofthelowtemperaturecofiredceramics(LTCC)respectively,andintroducesthetechniques,thekeyissuesandthedesignprincipleofLTCCcircuits.andthedesigntools,suchasAgilentADS,AnsoftHFSS.Theparttwo,atfirstgivethethreedimensionalbuildingmodelforBuriedinductorandcapacitanceinLTCCandthedesignofLTCCfilterrespectively.findthatthehelical,VICisthebettermodelseparately.AndgettheequivalentcircuitsoftheinductorandcapacitanceinLTCC,andthatthemodifiedTisbetterthantraditionPImodel.therearetwowaystoarrivethegoal,suchasthesinglezerosandtwozerosmodel.Thesecondmodelisbetterthanthefirstoneinthehighbandstopofthefilter.Keywords:thetechnologyoflowtemperaturecofiredceramics,steppedimpedanceresonator,helical,filter.87 目录87 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景近年来随着军用电子整机、通讯类电子产品及消费类电子产品迅速向短、小、轻、薄方向发展，手机、PDA、MP3、笔记本电脑等终端系统的功能愈来愈多，体积愈来愈小，电路组装密度愈来愈高。若能将部分无源元件集成到基板中，则不仅有利于系统的小型化，提高电路的组装密度，还有利于提高系统的可靠性。目前的封装集成技术主要有薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术[1-3]以及低温共烧陶瓷(LTCC)技术[4]。其中低温共烧陶瓷(LTCC)技术是一门新兴的集成封装技术，所谓LTCC技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板[5-6]，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块[7-8]。总之，利用这种技术可以成功地制造出各种高技术LTCC产品。以多层LTCC开发的产品将具有系统面积最小化，高系统整合度，系统功能最佳化，较短的上市时间及低成本等特性，从而具有相当的竞争力。相对于以前的封装集成技术LTCC技术具有如下优点：Ø陶瓷材料具有优良的高频高Q特性，使用频率可高达几十GHz；Ø使用电导率高的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因子；Ø可以制作线宽小于50μm的细线结构电路；Ø可适应大电流及耐高温特性要求，并具备比普通PCB电路基板更优良的热传导性；Ø具有较好的温度特性，如较小的热膨胀系数、较小的介电常数温度系数；Ø可以制作层数很高的电路基板，并可将多个无源元件埋入其中，有利于提高电路的组装密度；Ø能集成的元件种类多、参量范围大，除L、R、C外，还可以将敏感元件、EMI抑制元件、电路保护元件等集成在一起；Ø87 第一章绪论可以在层数很高的三维电路基板上，用多种方式键连IC和各种有源器件，实现无源/有源集成；Ø可靠性高，耐高温、高湿、冲振，可应用于恶劣环境；Ø非连续式的生产工艺，允许对生坯基板进行检查，从而提高成品率，降低生产成本。Ø与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性，二者结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件（MCM-C/D）。LTCC技术以其优异的电学、机械、热学及工艺特性，将成为未来电子器件集成化、模块化的首选方式，从技术成熟程度、产业化程度以及应用广泛程度等角度来评价，目前，LTCC技术是无源集成的主流技术。1.2LTCC技术研究现状及动态1.2.1LTCC材料的现状及动态LTCC器件对材料性能的要求包括电性能、热机械性能和工艺性能三方面，介电常数是LTCC材料最关健的性能。由于射频器件的基本单元—谐振器的长度与材料的介电常数的平方根成反比，当器件的工作频率较低时(如数百兆赫兹)，如果用介电常数低的材料，器件尺寸将大得无法使用。因此，最好能使介电常数系列化以适用于不同的工作频率。介电损耗也是射频器件设计时一个重要考虑参数，它直接与器件的损耗相关。理论上希望越小越好。介电常数的温度系数，这是决定射频器件电性能的温度稳定性的重要参数。为了保证LTCC器件的可靠性，在材料选择时还必须考虑到许多热机械性能。其中最关健的是热膨胀系数，应尽可能与其要焊接的电路板相匹配。此外，考虑到加工及以后的应用，LTCC材料还应满足许多机械性能的要求，如弯曲强度σ、硬度Hv、表面平整度、弹性模量E及断裂韧性KIC等等。工艺性能大体可包括如下方面：第一，能在900℃以下的温度下烧结成致密、无气孔的显微结构。第二，致密化温度不能太低，以免阻止银浆料和生带中有机物的排出。第三，加入适当有机材料后可流延成均匀、光滑、有一定强度的生带。目前世界上提供LTCC材料的生产厂家有DuPont，Ferro，Heraeus，Northrop，Electro-scienceLaboratories，SwedishCeramicInstitute，Kyocera，Sarnoff，Nationalsemiconductor，NIKKO，NipponElectricGlass，Samsung等。其中87 第一章绪论有duPont、Ferro和Heraeus三家提供数种介电常数小于10的生带，国内开发LTCC器件的研究所也都在采用这些生带。这些生带存在两个问题：首先，介电常数未系列化，不利于设计不同工作频率的器件。第二，这些生带开发商并无实际使用生带进行设计和生产的经验，比较注重生带与银浆料的匹配性和工艺性能，对于设计对生带的要求的掌握并不详尽。Heraeus目前似乎更着重于银浆和介电粉料的开发，似有退出生带生产之势，不知是否代表一种趋势。国内目前LTCC材料基本有两个来源，一是购买国外生带，二是器件生产厂从原料开发起。这些都不利于快速、低成本的开发出LTCC器件。因为，第一种方式会增加生产成本，第二种方式会延缓器件的开发时间。目前清华大学材料系、上海硅酸盐研究所等单位正在实验室开发LTCC用陶瓷粉料，尚未到批量生产的程度。国内现在亟须开发出系列化的、最好有自主知识产权的LTCC用陶瓷粉料，专业化的生产系列化LTCC用陶瓷生带，为LTCC器件的开发奠定基础。南玻电子公司正在用进口粉料，开发出介电常数为9.1、18.0和37.4的三种生带，厚度从10μm到100μm，生带厚度系列化，介电常数半系列化，为不同设计、不同工作频率的器件开发奠定了基础。另外我国台湾憬德电子工业股份有限公司也提供LTCC材料。1.2.2LTCC技术应用的现状及动态LTCC技术，受到全球产业的曙目，已广泛应用于宇航工业、军事、无线通信、全球定位系统、无线局域网、汽车等产业[9-10]。美国、日本等著名的DuPont、CTS、NS、Murata、Soshin、TDK等大公司力推LTCC技术的应用。利用LTCC技术，既可制造单一功能元件(如电阻、电感、天线、双工器、滤波器等)，还可以整合前端元件，如天线、开关、滤波器、双工器、LNA、功率放大器等制成RF前端模块，可有效地降低产品重量及体积，达到产品轻、薄、短、小、低功耗的要求。LTCC产品按技术层次划分，可粗略地分为以下四类:Ø高精度片式元件：如高精度片式电感器、电阻器、片式微波电容器等，以及这些元件的阵列[11]。Ø无源集成功能器件：如片式射频无源集成组件，包括LC滤波器及其阵列、定向耦合器、功分器、功率合成器、Balun、天线、延迟线、衰减器，共模扼流圈及其阵列，EMI抑制器等[12]。Ø87 第一章绪论无源集成基板/封装：如蓝牙模块基板、手机前端模块基板、集中参数环行器基板等。Ø功能模块：如蓝牙模块、手机前端模块、天线开关模块、功放模块等[13-14]。我们将对这些LTCC产品的发展状况加以介绍：u高精度片式元件片式元件的尺寸已由1206和0805为主，发展为0603和0402，并进而向0201和01005发展；介质单层厚度由原来的10微米以上减小到5微米、3微米，甚至到1微米；介质层数也由几十层发展到几百层。同样，其他功能陶瓷元器件也正向着片式化和微型化方向发展，如多层压电陶瓷变压器、片式电感类器件、片式压敏电阻、片式多层热敏电阻等。u无源集成功能模块近年来，以LTCC技术为基础的多层片式介质天线取得了长足的进步。Tentzeris等。研究了基于LTCC技术的小型叠层平面天线，采用εr=5.6，Q=1000的介质材料，通过改变叠层层数来优化带宽特性，在同样的结构参数条件下，叠层天线的带宽是单一平面天线的2倍，可满足蓝牙、WLAN等各种无线通信设备的要求。Sim等采用三维电磁场仿真设计软件(简称HFSS)，利用LTCC技术，设计出用于移动电话的微型宽带片式多层天线，天线尺寸6.7mm×5.0mm×1.8mm，驻波比小于2，相对带宽达到33%，天线增益为1.2dBi，其带宽特性优于内呈平面倒F天线及介质谐振天线。Kim和Choi分别采用εr=23，Q·f=15000GHz及εr=9.8材料设计成7.5mm×4.5mm×0.8mm，11.5mm×4.0mm×1.0mm的片式多层天线。Murata，Allgon，TokoandRangestar等著名公司已经开发出各种结构类型的用于移动通信设备的片式多层天线，并已面市，如Murata最近推出了专门用于蓝牙高频模块的LDAGZ型叠层天线，工作频带0.8～2.4GHz，尺寸为9.5mm×2.0mm×2.0mm，在水平360方位内天线增益-3dBi，在垂直平面为-3～20dBi，可用于CDMA、PDC、蓝牙技术等电子产品中。在片式多层天线发展的同时，片式多层双工器、滤波器、平衡-不平衡转换器也相继研究开发，Shizaki等最初采用高介电常数材料，由平面谐振层和藕合电容层设计成叠层带通滤波器，这种叠层滤波器被认为是梳状滤波器的演变，尺寸约λ87 第一章绪论/4(以中心频率2.45GHz计算，尺寸在10cm左右)，尺寸过大，难以集成在低介电常数多层陶瓷RF电路模块中。Sheen等利用DuPont低介常数材料设计，较好解决了高介电常数难以集成问题，把两个叠层滤波器(带通和带阻滤波器)集成在RF电路中，组合成双工器，适用于DCS。随后，松村定幸等发明了一种具有叠层结构的双工器，包括并联LC谐振器的第1个三级带通滤波器和具有并联LC谐振器的第2个三级带通滤波器。Murata最近推出一种超小型0603片式叠层双工器，其尺寸仅为1.6mm×0.8mm×0.6mm。研制生产用于移动通信的片式叠层LC滤波器品种较多，如中心频率为0.9～1.0GHz，外形尺寸3.2mm×2.5mm×1.65mm的高通滤波器；中心频率覆盖1.9GHz～5.8GHz，外形尺寸4.5mm×3.2mm×1.6mm、3.2mm×2.5mm×1.8mm、2.5mm×2.0mm×1.0mm的带通滤波器；Tang和sheen，采用阶梯阻抗模式，利用多层结构、曲折线和多节藕合线设计了片式多层平衡-不平衡转换器，多节藕合线具有不同的队杭比，缩小了λ/4藕合传输线，易于与各种平衡输出阻杭匹配，平衡-不平衡输出阻杭为50Ω，在工作频率范围内，插入损耗小于1.02dB，回波损耗小于14.5dB，振幅平衡度小于0.43dB，相平衡度小于1.23度，可应用于WLAN、Bluetooth等通信设备.u功能模块美国的半导体公司已开发多种LTCC功能模块，其用于无线通信的频率合成模块，有14层陶瓷层，内置谐振电容、反馈电容、级间藕合电容、输出电容、谐振电感及输出匹配电感等无源电子元件，然后在表面上安装IC、压控振荡器、变容二极管，形成一个表面贴装型微波功能模块，体积大大减小。Motorola制作的移动通信接收模块，包括收发开关、四个滤波器、低躁声放大器，阻抗匹配电路、偏置尺寸仅为12.5mm×12.5mm×2.2mm，元件组装密度达到34个/cm2。另外，对于短距离无线通讯用的蓝牙组件，也可使用LTCC多芯片组件，由于采用内埋式无源元件及倒装焊芯片，从而使整个组件达到了小型化。日本松下公司制作的超小型蓝牙模块，在该模块LTCC基板内置有电容器、滤波器、阻抗变压器及天线，在LTCC基板表面安装有蓝牙射频、基频、快速存储器、晶体振荡器及开关二极管等。1.3LTCC技术面临问题及未来展望1.3.1LTCC技术面临问题虽然与其他封装技术相比LTCC技术有不可取代的优越性，但LTCC技术本身仍然存在收缩率控制和基板散热等问题。1、收缩率的问题LTCC存在许多涉及可靠性的难点，基板与布线共烧时的收缩率及热膨胀系87 第一章绪论数匹配问题即是其中的一个重要挑战，它关系到多层金属化布线的质量。LTCC共烧时，基板与浆料的烧结特性不匹配主要体现在三个方面：a.烧结致密化完成温度不一致；b.基板与浆料的烧结收缩率不一致；c.烧结致密化速度不匹配。这些不匹配容易导致烧成后基板表面不平整、翘曲、分层。不匹配的另一个后果是金属布线的附着力下降。2、散热的问题虽然LTCC基板比传统的PCB板在散热方面已经有了很大的改进，但由于集成度高、层数多、器件工作功率密度高，LTCC基板的散热仍是一个关键问题，成为影响系统工作稳定性的决定因素之一。随着微电子技术的进步，器件工作能量密度越来越高，如何把热量及时有效地散发出去，保障器件的稳定工作，是封装所面临的艰巨挑战。采用高导热率的材料及新型的封装涉及是提高封装部件散热效率的常用方法。但对LTCC来说，其明显的不足之处就是基片的导热率低(2～6W/m·K)，远低于AIN基片的导热率(≥100w/m·K)，比A12O3基片的导热率(15～25W/m·K)也低了不少。这限制了LTCC在大型、高性能计算系统中的应用。1.3.2LTCC技术未来展望目前，尽管LTCC技术为多层线路设计带来了巨大的灵活性，但有些相关技术尚未成熟或待开发，也缺乏使用LTCC设计线路的技术标准。以下从几个方面概述了业己成熟或即将发展的有关LTCC关键技术。Ø高电导率介质浆料：用以实现高容量。如Cu布线技术一直是发达国家重点研究项目之一，现在一般采用的是Ag进行金属化。Ø内埋无源元件：目前，电阻和电容己经能够内埋于LTCC基板中，但是对于电感的内埋仍有一些问题。Ø内埋有源元件：借助该技术可集成那些无需共烧在LTCC基板的有源元件或芯片，加工出一种带有空腔的LTCC载体或基板，装入芯片，加盖并焊接后封闭箱体。Ø顶底球形阵列：将同种电路依次安装于各自的顶部，组成高性能器件，并带有许多有源器件。Ø光学元件：可使生产带有光学接口的LTCC基板或箱体成为可能。液体或气体接口或导体：将实现在LTCC基板中集成传感器或输送(冷却)液体或气体的管路。87 第一章绪论Ø零收缩率：由于在烧结过程中LTCC生瓷带的不均匀收缩，限制了导体印刷的线宽和线间距。零收缩率生瓷带将带来性能更卓著的多层线路结构。Ø高热传导率：随着多层芯片线路集成度的提高，LTCC的2.0~2.5w/m热传导率已经不能满足数瓦级大功率散热的多芯片模块设计的要求，开发基于LTCC大功率散热材料及技术势在必行。Ø砖箱系统：它由LTCC材质的部件(载体或盖子)组成。这些部件可通过焊接联在一起，组成一个完整的箱体，各部件上都带有(电气、光学、液体)孔连接结构和接口，用以连接被安装的芯片。1.4课题来源及研究意义由于信息时代的到来，移动通信、卫星通信、相控阵雷达以及星载电子等方面的迅猛发展，对微波集成电路提出了更高的要求。设备的高可靠性、微型化、低价格及良好的温度特性，要求微波集成电路在满足电气性能指标的同时，应尽可能减小电路占用面积。而且超大规模单片集成电路己经达到其集成或微型化的极限，要进一步提高其组装密度和扩展功能，唯一的途径只能是扩展电路的空间自由度和拓扑结构，发展三维集成技术。特别是基于LTCC的三维微波集成电路的研制成功，在很大程度上降低了三维微波集成电路的造价，给三维微波集成电路开拓了更广阔的市场前景。电子科技大学受国家项目支持于2004年引进了一条完整的LTCC生产线，并拟生产出自己的产品，如电感，电容，滤波器，天线及LTCC模块等。本课题主要围绕此生产线展开进行，对LTCC技术工艺、设计加以研究。1.5本论文的主要内容本论文共分为五章，第一章为绪论，简要概括了LTCC技术的发展背景、现状、动态及面临的问题；第二章主要介绍LTCC工艺、LTCC技术的部分设计原则及LTCC设计的仿真、设计软件；第三章介绍了基于LTCC技术的电感、电容元件三维建模及仿真优化设计，并对其影响因素作了分析；第四章介绍基于LTCC技术滤波器设计实例，主要包括滤波器设计基础、阶跃阻抗谐振器、滤波器设计实例。第五章则为本论文的总结部分。87 结论第二章LTCC技术2.1引言最近几年以来，随着电子系统的广泛使用，微波装置尤其是无线电通讯设备的应用有了迅猛的增长。高密度、良好温度特性及小尺寸的新型电子系统已日益成为电子系统发展的必然趋势。这些应用都需要高性能的包装材料(特别是对于微波损耗来说)，高容量，低成本的生产能力。过去这些装置常采用有机聚合物材料作为包装材料，因为这些材料能满足生产和成本要求。但这些材料性能和耐用性有限，尤其是在目前技术所需的更高的频率范围内使用时，更是如此。正是由于这个原因，制造商一直致力于寻求新型材料，以提高无线通讯设备的性能。LTCC非常适用于这些应用。这种材料具有高可靠性，并带来了设计上的灵活性，从而真正实现三维结构(采用聚合物和传统陶瓷材料无法获得这种结构)，并将电容性和电阻性元件和这种气密结构相结合。且LTCC基板的集成密度高、RF性能好、数字响应快，成本低、生产周期快、批量大、产品生命周期短、生产灵活、自动化程度高。正因为LTCC技术具有如此众多的优点，所以它正逐渐取代传统的印刷电路板(PCB)板。因为应用LTCC集成技术的电路就是将芯片和其余无源器件集成在一个模块上，因此也被称为无源集成电路或改良专用集成电路。目前世界上提供LTCC材料的生产厂家有DuPont，Ferro，Heraeus，Northrop，Electro-scienceLaboratories，SwedishCeramicInstitute，Kyocera，Sarnoff，Nationalsemiconductor，NIKKO，NipponElectricGlass，Samsung，台湾憬德电子工业股份有限公司，国内有深圳南玻集团、电子工业部43研究所等。表2-1,2-2分别给出了几种常见LTCC生瓷带介质材料及与之相对应的部分导体材料。本章主要内容：首先介绍了LTCC工艺流程，并给出其中的关键问题。其次对基于LTCC技术部分设计原则加以简单的介绍，该设计原则在LTCC技术设计中占有非常重要的地位。最后对LTCC技术电路仿真软件AnsoftHFSS及AgilentADS加以介绍，通过这些软件的使用，可以大大的缩短我们研发设计及生产周期，有效的降低了研发及生产的成本。87第二章LTCC技术87 第二章LTCC技术表2-1几种常用LTCC生瓷带介质材料特性性质DP951DP943Ferro-A6SHeraeusCT2000厚度951C250um951PT14um951P265um951PX254um943C250um943P5127um943PX254um0.094mm0.187mm1.77mil3.45mil烧结收缩率（X,Y）12.7±0.3%9.5±0.3%15.5±0.3%11.5±0.3%烧结收缩率（Z）15±0.5%10.3±0.5%25±0.3%14±0.5%介电常数7.8(10MHz)7.4(15GHz)5.9(10MHz)9.1(10MHz)介质损耗0.002(10MHz)0.0009(10MHz)0.0015(10MHz)0.002(10MHz)绝缘电阻>1012Ω(100VDC)>1012Ω(100VDC)>1014Ω(100VDC)>1013Ω(100VDC)击穿电压>1000V/25um>1000V/25um>1000V/25um>1000V/25um热导率3W/mk4.4W/mk3W/mk4.3W/mk热膨胀系数5.8ppm/k4.5ppm/k9ppm/k8.5ppm/k烧结密度3.1g/cm23.2g/cm23.1g/cm22.5g/cm2抗折强度320MPa230Mpa130MPa130MPa表2-2与LTCC生瓷带相对应的部分导体材料导体特性陶瓷材料系统DuPont951陶瓷材料系统FerroA6S导体类型内层Ag，Au外层Ag，Au，PdAg内层Ag，Au外层Ag，Au，PdAg顶层导体膜厚(um)10±310±3内层导体膜厚(um)7to15±27to15±2电阻mΩ/顶层(10um)Au<4Ag<3AgPd<30Au<4Ag<3AgPd<30电阻mΩ/内层Au<4Ag<3Au<4Ag<3顶层导体粗糙度(RqumRMS)(后烧)Au:0.8Ag:0.987 第二章LTCC技术2.2LTCC技术工艺流程图2-1给出了LTCC技术工艺流程主要包括生瓷带的制备、打孔前处理、打孔、填空、导体层印刷、叠层、烘巴、等静压、切割、排胶、烧结、封端、检测等过程，本论文主要是参考香港是佳时微电子有限公司提供的工艺要求，对上面提到的工艺加以详细地介绍[15]。玻璃陶瓷粉料有机载体混合搅拌流延烘干第1层生瓷带打孔印刷导体浆料通孔填充第2层生瓷带岑打孔。。。。第n层生瓷带打孔叠层，对齐和热压切片排胶烧结焊接检验印刷导体浆料印刷导体浆料通孔填充通孔填充图2-1LTCC技术工艺流程图2.2.1LTCC生瓷带制备LTCC生瓷带是LTCC技术的关键，其性能的好坏直接影响到LTCC技术后面工艺及基于LTCC技术的元件、组件的性能。表征生瓷带性能的参数主要87 第二章LTCC技术包括介电常数、损耗因子、绝缘电阻、击穿电压、抗弯强度、CTE和热导率。LTCC生瓷带的制备主要包括原材料的制备、浆化、消泡、流延等工艺流程。原材料的制备属于基础研究，是一个需要投入大量的人力、物力，长周期的研究工作。每一种材料都有具体的材料配方、掺杂及工艺。LTCC材料的选择依赖所需要的特性，如介电常数、附着力、热膨胀系数损耗角正切值，其软化点必须高到在开始致密化之前完成排胶，低至能保高密度烧结。浆化就是将原材料、磨介、溶剂（甲苯、无水乙醇）、增塑剂、黏合剂等按照一定的比例、工艺要求，把原材料制成流延用浆料的过程，浆化的好坏直接影响到流延膜片的性能。流延前要先将浆料进行消泡，以便消除流延片中出现气泡。流延的目的是把陶瓷粉料转变为易于加工的生瓷带，对生瓷带的要求是：致密、厚度均匀和具有一定的机械强度。流延工艺包括配料、真空除气和流延等三道工序。在陶瓷粉料中加入适当的粘合剂，经过球磨混料后形成高粘度浆料。流延技术要求陶瓷粉料的粒度小和形状好（一般为球形），流延浆料的流动性好，溶剂挥发速度适当。粘合剂是流延工艺中的关键材料，在流延工艺中起着十分重要的作用。粘合剂通常包括树脂、增塑剂、分散剂、溶剂等成分。树脂是瓷粉的载体，瓷粉颗粒均匀地分散和镶嵌在树脂中，形成既具有一定强度和塑性，又便于打孔和印刷金属导体图形的生瓷带。增塑剂控制生瓷带的韧性；分散剂可以打开瓷粉的团粒，使瓷粉的每一颗粒包裹一层树脂薄膜；溶剂用来溶解树脂，并可控制流延浆料的粘度。粘合剂在基板成形后要全部排除。因此，粘合剂中各成分的排除温度要有一个合理的梯度。流延后，浆料中一部分溶剂在100℃左右挥发出去，继续加热时生瓷带中含有的各种溶剂不断挥发，加热到300℃时可以排除干净。温度不到600℃时树脂在空气中就可氧化分解完毕，而在氢气中完全分解的温度则是1100℃。流延浆料中的树脂必须具有良好的热塑性，即温度升高时生瓷带变软的特性，以便叠层热压时各层之间能形成很好的结合，而且这种变软的温度最好在50～100℃之间。目前，国际上常用的粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛（PVB）系统，属溶剂型粘合剂系统，其主要优点是工艺成熟和性能稳定，其最大缺点是有毒，要求采取必要的环保和防护措施。流延工艺就是将浆料浇铸在移动的载带上，通过一个干燥区去除大部分87 第二章LTCC技术溶剂后，将所得生瓷带卷在轴上备用。技术的关键是对生瓷带的致密性、厚度的均匀性和强度的控制。流延法是电子材料工业中一种普遍使用的成型方法，微电子封装基板生坯片大多采用此发制造。通过控制流延机的流延刀片与PET磨带的间距，可以得到不同厚度的流延片。本校LTCC生产线使用流延机可得到几个微米的流延片，另外流延片所能达到的最小厚度还与材料本身的性能有关。表2-3给出了流延薄膜容易出现的问题。表2-3流延薄膜缺陷与解决缺陷成因改善建议针孔/汽泡1.浆料浓度不够2.浆料内有气体存在1.减少溶剂2.增加脱泡时间表面条纹1.灰尘2.流延刀口不平整3.球磨不良1.保持流延机内部及环境清洁2.采用平整流延刀3.充分将材料球磨一边厚一边薄1.刀口间距设定两边不平行2.PET膜带安装不良，流延机未有将之拉紧1.因应测量的结果调整刀口间距2.重新检查PET膜带安装并修正透光不均匀浆料流量不稳定检查气压及流量控制状态皱纹1干燥风量太大2干燥空气太热1减低热风流量2减低空气温度两边翘起1缺乏增塑剂2干燥空气太热1添加增塑剂2降低干燥温度中央开裂1存在汽泡2缺乏增塑剂3缺乏黏合剂1同「针孔/汽泡」2添加增塑剂3添加黏合剂断裂1.缺乏增塑剂2.缺乏黏合剂1.添加增塑剂2.添加黏合剂2.2.2生瓷带打孔前处理工艺87 第二章LTCC技术生瓷带打孔前的处理工艺主要包括裁切、预处理、冲片等过程，裁切就是将卷带生瓷带按照一定的尺寸进行裁切，裁切的尺寸要比所需要的尺寸略大，以便满足后面的加工。预处理有两种方法：一种是将生瓷带在120℃下烘干20～30分钟；另一种是将生瓷带在氮气干燥箱内放置24小时。可用任一方法完成。预处理时间的长短因生瓷带材质的不同而有差异。冲片采用冲片模具，从而形成有效尺寸的生瓷片及定位标记。2.2.3打孔生瓷片上打孔是共烧陶瓷多层基板制造中极为关键的工艺技术。孔径大小、位置精度均将直接影响布线密度与基板质量。在生瓷片上打孔就是要求在生瓷片上形成（0.1～0.5）mm直径的通孔。打孔过程中要求对孔周围的影响要小。生瓷片上打孔的方法主要有三种：数控钻床钻孔、数控冲床冲孔、激光打孔。利用计算机控制钻床对生瓷片打孔的优点是打孔位置正确与精度较高（可达±50μm）。孔的大小取决于钻头尺寸，一般来说，最小孔径一般在0.3mm左右。数控钻床的对位可采用模拟方法。由于数控钻床钻孔是按照预先设计的程序依次进行的，所以打孔效率不高，打孔速度为每秒（3～5）孔。此外，机械钻孔对孔的边缘会产生一定影响。数控冲床冲孔是对生瓷片打孔的一种较好方法，特别对定型产品来说，冲孔更为有利。可用冲床模具一次冲出上千个孔，其最小孔径可达0.05mm。打孔效率高，打孔速度为每秒（8～10）个孔，精度为±10μm，适合于批量生产。由于孔的数量和排列都不同，不同层的生瓷片上打孔所需的模具不同，因而提高了成本。通过冲模设计标准化，可以减少模具的品种和数量，降低成本。激光打孔是生瓷片的理想打孔方法。目前常用二氧化碳激光器作为生瓷片打孔机的光源。二氧化碳激光器功率大，生瓷片内的有机粘合剂容易被二氧化碳激光所汽化，打孔过程中对生瓷片的影响小，其最小孔径可达50μm。Q开关Nd－YAG激光器的打孔速度可达每秒（250～300）孔，打孔精度为±25μm。激光打成的孔有25μm左右的倾斜度，有利于留存导体浆料，也可提高叠层时上下对准的精度。2.2.4填孔87 第二章LTCC技术通孔填充的方法一般有两种：丝网印刷和导体生片填孔。目前使用最多的是丝网印刷法。丝网印刷时采用负压抽吸的方法，可使孔的周围均匀印有导体浆料。印刷机工作台的四角上各有一个与生瓷片定位孔相对应的定位柱，直径为（1.5～1.6）mm。用真空泵在工件下方抽气，形成负压，压力一般为（665～865）Pa。丝网印刷以采用325目的不锈钢丝网或高开孔率尼龙丝网为宜，最好采用接触式印刷。填充通孔的导体浆料与形成导电带的导体浆料的组分不同，其粘度应加以控制，充分使其凝胶化，使通孔填充饱满。2.2.5导体层印刷导电带形成的方法有两种：传统的厚膜丝网印刷工艺和计算机直接描绘法。采用丝网印刷技术制作导电带时，最细的线宽可达100μm，最小的线间距可达150μm。生瓷片上印刷的导电带的厚度应比一般厚膜工艺要求的厚度薄一些，此外，各层生瓷片之间的对位精度要高。直接描绘法应用计算机控制对位、布线，用导体浆料直接描绘出导电带图形。膜厚均匀，并且可控。线宽均匀，可细达(50～100)μm。描绘速度可在(1.3～125)mm·s-1范围内调节。导电带图形直接描绘法对导体浆料的细度、粘度、烘干速度均有很高要求。计算机直接描绘法无需照相、制版、对位和印刷，方便灵活，但设备投资大，操作复杂，生产效率低。通孔填充、导体层印刷操作完毕后，将印刷完的电路板置于一个箱式烘箱内，在70～80℃下放置5分钟，对通孔和导体进行烘干。另外借助于一个照明工作台和变焦显微镜进行检查，也可以自动检测。主要是观察通孔的填充情况及导带印刷是否合格，以便于及时修补。2.2.6叠片等静压以前必须将以上所得的生瓷片按预先设计的层数和次序，依次放入紧密叠片模具中，模具上设计有与生瓷片对位孔一致的对位柱，保证对位精度。模具最好用硬质材料加工，以防止多次使用后变形。各层依次放置在定位柱上直至装好各层生瓷片，在一定的温度和压力下，使它们紧密粘接，形成一个完整的多层基板坯体。2.2.7烘巴及等静压烘巴就是把经过叠片的多层基板坯体放在干燥炉进行烘烤使其干燥。烘烤完毕后要检测坯体最上层膜片是否有裂纹、皱纹。叠压主要有两种方式:单轴向热压和均匀热压。单轴向热压是将叠放的生瓷带87 第二章LTCC技术放于热压炉内，在一定的温度和压力下进行热压。压力是从单一方向施加的;并要求在热压到一半时间时，将叠层的瓷片进行1800的翻转，以保证叠压均匀。这种方法会产生气孔、开裂和较大的伸缩率等现象，尤其是在边缘和单层时Z方向的收缩率尤为明显。均匀热压是将叠放的生瓷带真空密封在铝箔中，放于热水中加压，生瓷胚体的受力是各向相等的。水温和施压的时间与单轴向热压相同，施加的压力要高于单轴向热压。叠压工艺中最关键的是压力要均匀一致，它直接影响基板烧结的收缩率。最好使用等静压力机，因为它的压力比较均匀，基板烧结收缩率一致性好，对提高后烧结表面导体与通孔对位精度有利。基板烧结收缩率还与热热压压力有密切的关系，热压压力应适当。压力过大，排胶时会起泡分层:过小也会分层，且基板烧结收缩率较大，收缩率一致性差。把合格的坯体放到抽真空封装机进行真空密封操作，用封装塑料袋把坯体密封。然后把密封好的坯体放到等静压载板上置入等静压机中进行等静压处理。2.2.8切割按照一定的尺寸要求将已等静压处理的坯体分割成许多特定的小块，以满足设计的要求。切割主要包括有后烧切割锯、超声波切割、激光切割、生瓷冲片等几种方法，对于矩形部件通常采用后烧切割锯，效果良好。它可以使尺寸严格控制在公差之内，而且边缘质量很好。超生波切割的工艺也属于后烧操作，可以严格控制异形部件的公差，边缘质量优异;但该工艺成本昂贵且效率低。熟瓷激光切割可以确保精度，而且成本相对较低;然而，其边缘质量较差。生瓷激光切割可以产生高质量的边缘;但在以后的烧成过程中，外边缘公差会有一些损失。对于生瓷冲片而言，无论是在冲片工序将异形生瓷片冲成单层，还是在叠片工序将叠片冲成基板行状，它都可以迅速地制备出异形基板。基板质量良好，成本相对较低，但外公差可能有一些损失。这些方法各有优缺点，要根据实际情况选择合适的方法。2.2.9排胶排胶就是要把原材料浆化过程中所添加的有机材料去除，以便获得更好的致密性及良好的电气性能。经测试知残余的碳化物对带的机械强度和绝缘电阻有着明显的影响，而且容易使元件褪色。87 第二章LTCC技术将叠片热压后的陶瓷生坯放入炉中排胶。由于使用的导体材料不同，排胶时所采用的气氛也不同。对于钼、铜、镍等贱金属材料，需要在氮、氢等气氛中进行排胶；如果导体为金、银、钯银等贵金属材料，只需在空气中进行排胶。排胶是有机粘合剂汽化和烧除的过程，升温过程中生坯内的溶剂首先挥发，温度升到200℃以上，树脂开始氧化分解，排胶结束时分解量应为(60～65％)。基板坯体的排胶温度曲线与生坯中粘合剂成分有关。对于溶剂型粘合剂，升温速度为每小时(20～50)℃,升到250℃后,保温(3～5)小时；对于水溶型粘合剂，升温速度为每小时(20～30)℃,升到285℃后，保温(4～6)小时。然后自然冷却。排胶的升温速度取决于生坯在该温度下失重率的高低。在失重率高的温度区间，升温速度应尽可能放慢，使坯体中树脂氧化分解产生的大量气体得以充分排出。保温时间长短视基板厚度而定，对于层数多、尺寸大、形状复杂的基板，排胶速度要相应放慢。排胶工艺对共烧多层陶瓷基板的质量有着严重影响。排胶不充分，烧结后基板会起泡、变形或分层；排胶过量，又可能使金属化图形脱落或基板碎裂。2.2.10烧结烧结在烧结炉中进行，升温速度为8℃/min，升至900℃后，保温3小时，降温速度为8℃/min。烧结工艺的关键是烧结曲线和炉膛温度的一致性，它决定了烧结后基板的平整度和收缩率。炉膛温度不均匀，基板烧结收缩率的一致性就差。这是因为在烧结过程中，导体与基板的烧结温度总是有一定差距的。如果升温过快，会因致密化程度不同而产生的应力来不及消除，使基板发生翘曲。烧结时升温速度过快，会导致基板的平整度差和收缩率大。另外，使用金或钯银导体的低温共烧陶瓷多层基板可在空气中进行烧结。2.2.11测试必须对烧结好的低温共烧陶瓷多层基板进行检测，以验证多层布线的连接性。主要使用探针测试仪进行检测。美国BSL公司生产的双向探针测试仪可对基板两面进行开路、短路和高阻失效测试。2.3LTCC技术部分设计原则探讨LTCC技术设计原则在整个LTCC技术中占有重要的地位，LTCC技术87 第二章LTCC技术设计原则的是否合理将影响到整个LTCC组件、元器件性能。图2-2给出了三维LTCC模块横截面结构图，其中有内埋置电感、电容、电阻、表面电阻、内导体、外导体以及通孔。本节主要参照国内中电43所及本校LTCC生产线工艺制定部分设计原则，就LTCC技术中的一些主要及关键设计内容的设计规范加以探讨分析，对这些关键因素的具体研究对比将在第三章给出详细的讨论。图2-2三维LTCC模块横截面2.3.1LTCC中导体设计2.3.1.1标准表面导体所有标准导体的边界到基板边界的尺寸应大于15mil。2.3.1.2靠近边界技术(CTTE,closetotheedgetechnology)某些情况下，表面导体的放置与正常标准需更接近基板边界，设计者可以按照CTTE技术标准，使得表面导体到基板边界的尺寸小到4mil。2.3.1.3内埋置导体到基板边界的距离按照设计需要，设计者可以根据CTTE技术，使得内埋置导体线到基板边界的尺寸达到6mil。2.3.1.4导体走线导体走线的最佳方式是平行或垂直于基板边界。2.3.1.5典型的导体拐角图2-3给出了几种典型的导体线拐角。87 第二章LTCC技术图2-3几种典型得到体现拐角2.3.1.6导体线的连结在LTCC元件设计中，导体线之间连结的好坏直接影响到所设计元件的性能。图2-3给出了通常容易出现的两种形式，许多文献建议设计者采用两导体线两连结端口能够具有一定的重叠部分，以便防止出现两导线连结端相脱离的现象。两端口交叠部分一般为2mil。图2-3导体线连结形式2.3.1.7导体线宽、线间距图2-4、表2-4分别给出了导体线宽、线间距示意图及相应的尺寸。表2-4给出了与图2-23相对应的尺寸描述对象标准(mil)高密度(mil)A导体线宽(MIN)64B线间距(MIN)64C线到基板边界距离86D线线中心距离(MIN)12687 第二章LTCC技术图2-4导体线宽、线间距示意图2.3.2通孔标准导体设计原则与通孔覆盖盘相关联，考虑到通孔的纵横比，通孔的尺寸受限于生瓷带的厚度，设计通孔时需要注意：1)保持通孔直径在整个设计中的唯一性。2)保持通孔、生瓷带纵横比为一个最优定值。2.3.2.1堆积孔图2-5导热、信号、射频屏蔽通孔的侧视图87 第二章LTCC技术从用途上分，通孔有很多种，如导热通孔、信号通孔、射频屏蔽通孔，图2-5给出了这几种通孔的侧视图。导热孔是典型的堆积通孔，它的通孔直径较大，一般为8mil、12mil，通孔覆盖盘直径大于8mil。信号通孔是经由连结中间层和底层的堆积孔，它的通孔覆盖盘遵从标准导体设计原则。射频屏蔽通孔是在每层与导体间电气连结的堆积孔，它的覆盖盘也是遵从标准导体设计原则。2.3.2.2通孔图2-6、表2-5分别给出了电气通孔及通孔覆盖盘截面图及相应的尺寸。图2-6电气通孔及通孔覆盖盘的截面图表2-5通孔及覆盖盘尺寸描述标准(mil)通孔(直径)4681012覆盖盘(直径)6.78.51012142.3.2.3通孔间距最小通孔间距(中心距)，同一层内应为2.5×通孔直径，两层间交错通孔错位为2×通孔直径，最小通孔中心距基板边沿距离应为3×通孔直径，如图2-7所示。图2-7通孔间距87 第二章LTCC技术2.3.3射频通孔对涉及到高频线及受约束阻抗线的设计，需要考虑埋置同轴型屏蔽，可以通过经由受约束线两边平行放置、穿越外面的通孔来实现。射频通孔间距可以小到50μm(在不同层上平行放置)。射频通孔也可以为堆积形式，如图2-8所示。图2-8射频通孔顶视图及侧视图2.3.4电源及接地地和电源应尽可能的采用网格状结构，导体覆盖面积应小于50%。局部地方可以使用块状地电源，来提高电路的射频性能。网格平面中的线轴应平行于基板边界或与基板边界成45℃的角度。2.3.4.1馈通假如一个通孔需通过电源、地面或其他网格层，则该电源或地面导体应尽量远离该通孔，如图2-9所示。图2-9网格化中的馈通87 第二章LTCC技术2.3.4.2网格化地面图2-10、表2-6分别给出了网格化地面中各种设计及相应的尺寸。图2-10网格化地面表2-6网格化地面设计尺寸标准(mil)高密度(mil)A网格间距84B网格线84C通孔覆盖盘距地面64D线平面/总线64E平面/总线平面/总线642.3.5空腔空腔是于烧结前对未叠层的生瓷带片上冲孔形成的。可以利用空腔埋置有源元件和无源元件，从而实现高密度封装。图2-11给出了LTCC技术中的空腔，腔壁厚不应太小，需满足B≥3.0mm；通孔边界到腔壁距离C不能小于通孔直径的2.5倍；空腔底面导体距腔壁D应大于200μm；埋置或外漏导体到腔壁的距离E最小为250μm；连结端宽度F不小于0.8mm。87 第二章LTCC技术图2-11LTCC技术中的空腔2.4LTCC技术仿真及设计软件介绍嵌入式的无源元件，如：电感、电容、滤波器等，都无法简单的像传统的射频元件以矢量网络分析仪及量测校正技术就可以轻易的特性化，若涉及到复杂的互连线结构，势必要以一个可以估计的方法去实现。我们可以通过电磁场仿真软件，即可以预测无源元件的性能。目前市面上的电磁场仿真软件有：AnsoftHFSS、Ensemble、Sonnet及IE3D等，这些软件可以使得设计者在不需要实际试验量测前，便可以预知所设计元件的一些性能，如散射参数及低频段电感、电容值等，这样便可以减少元件的设计及制作周期。不过由于这些模拟软件毕竟无法完全模拟真实的测量环境，因而限制了模拟结果的真实性和准确性，模拟结果具有参考性。各公司的电磁场模拟仿真软件所采用的数值方法并不完全一致，因而熟悉各个软件所依赖的数值方法，对于掌握模拟与实际测量结果的误差来源具有非常重要的作用。目前电磁场软件主要有3D及2.5D两种，前者为三维结构全波电磁场分析软件，例如AnsoftHFSS,AnsoftHFSS软件具有模拟仿真结果准确性高的优点，但AnsoftHFSS运算时间较长，对工作机要求较高。后者例如Ensemble、Sonnet、IE3D等，具有运算时间快的优点，但其需要设定无穷大的介质。除了以电磁场软件来模拟、设计LTCC元件之外，微波电路软件，如AgilentADS,在整个LTCC元件设计中能够编写现有理论数学方程式，进一步提取电路参数的功能。下面将主要介绍一下AnsoftHFSS和AgilentADS软件。AnsoftHFSS软件是适用于射频、无线通信、封装及光电子设计的任意形状三维电磁场仿真的软件。ANSOFTHFSS87 第二章LTCC技术是业界公认的三维电磁场标准仿真软件包，它必将为射频、无线通信、封装及光电子产品新功能的开发提供崭新高效的研究手段。本软件彻底摆脱了传统的设计模式，大大减少了研制费用和时间，加快产品进入市场的步伐。HFSS提供了一简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场求解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁。图2-12AnsoftHFSS设计流程图AnsoftHFSS的自适应网格加密技术使FEM方法得以实用化。初始网格（将几何子分为四面体单元）的产生是以几何结构形状为基础的，利用初始网格可以快速解算并提供场解信息，以区分出高场强或大梯度的场分布区域。然后只在需要的区域将网格加密细化，其迭代法求解技术节省计算资源并获得最大精确度。必要时还可方便地使用人工网格化来引导优化加速网格细化匹配的解决方案。HFSS采用高阶基函数、对称性和周期边界等方法，从而节省计算时间和内存，进一步加大求解问题的规模并加速求解的速度。87 第二章LTCC技术Ansoft有自己的独特优势：由AnsoftDesigner和AnsoftHFSS构成的Ansoft高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，它以Ansoft公司居于领先地位的电磁场仿真工具为基础，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。其集成化的设计环境和独有的“按需求解"技术使设计工程师们在设计的各个阶段都能充分考虑结构的电磁效应对性能的影响，实现对整个设计流程的完全控制，从而进一步提高了仿真精度，完成整个高频系统的端对端设计，图2-12给出了HFSS模拟的完整流程图。设计目标（Leff、Q、SRF、面积）LTCC埋置电感类型三维全波电磁场仿真（HFSS）提取S参数等效电路模型电路拓扑图仿真（ADS）等效电路模型中元件值Leff、Q、SRF等满足要求是否图2-23采用HFSS和ADS软件设计LTCC电感流程图AgilentADS是Agilent公司推出的一套电路自动设计软件。Agilent公司把已有产品HPMDS(MicrowaveDesignSystem)和HPEEsofIV(ElectronicEngineering87 第二章LTCC技术Software)两者的精华有机的结合起来，并增加了许多新的功能，构成了功能强大的ADS软件。ADS软件范围涵盖了小至元器件,大到系统级的设计和分析，主要包括RFIC设计软件、RF电路板设计软件、DSP专业设计软件、通讯系统设计软件以及微波电路设计软件。ADS软件仿真手段丰富多样，可实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真分析手段，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，是非常优秀的微波电路、系统信号链路的设计工具。不但其仿真性能优越,而且提供了功能强大的数据后处理能力。该软件切实考虑到工程实际中各种参数对系统的影响，对要求分析手段多样，运算量大的仿真分析，尤其适用。ADS软件可应用于整个现代通信系统及其子系统，能对通信系统进行快速、便捷、有效的设计和仿真。这是以往任何自动设计软件都不能够的。所以，ADS已被广大电子工程技术人员接受，应用也愈加广泛。图2-23中给出了采用HFSS和ADS软件设计LTCC电感流程图。2.5本章小结通过本章我们可以掌握：ØLTCC技术基本工艺流程及每一流程中的关键问题；Ø对LTCC技术电路设计部分原则有一系统地了解；Ø了解LTCC技术应用软件：AnsoftHFSS、AgilentADS。87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析3.1简介随着信息技术的不断发展，便携式无线电子产品已经在各个领域起到了举足轻重的作用，其发展趋势是将数字和射频电路组成小型的混合信号组件。特别在射频/微波无线系统前端中，无源器件占了系统总器件数的绝大多数，也占了绝大部分组件的面积。例如在移动电话、无线局域网(WLAN)和卫星全球定位(GPS)系统中，无源器件与有源器件的比例为20：1。通常采用的表贴无源器件会引入寄生参量影响系统的性能，而且面积大、可靠性和一致都不太好。为了减小系统体积、增强系统性能、降低系统成本，提高封装效率，在射频微波无线系统中常采用无源器件集成技术。LTCC技术最突出的优点之一就是能够把无源元件埋置在LTCC多层布线基板中实现无源器件的集成[16-17]。电感、电容在射频/微波电路设计中占有重要的地位，它可以在电路中作匹配网络、构成LC振荡回路、作RF扼流块（RFchockes）、滤波器、集中参数耦合器等[18-21]。电路中电感性能的好坏常常是决定整个电路系统性能的关键。高Q的电感对于在振荡器振荡回路和低损耗的无源滤波和匹配电路中达到必要的低相位噪声是极为重要的。通过使用LTCC技术能制造出结构很紧凑的，具有高Q和高固有谐振频率的电感、电容元件，使得它们在尺寸，成本和性能等方面能与SMT使用的分立元件相抗衡。而常用的CMOS由于工艺和Si材料特性的限制很难实现高Q电感（Q值一般在10～30之间），并且所占面积大、成本高。传统的电感占据的面积非常大，成为系统小型化发展的一个障碍。因此，如何提高电感的Q值、减小其面积、降低成本是无源器件集成中的一个重点。LTCC技术可以制作单层和多层螺旋线电感、电容元件，采用低损耗介质材料和高导电率金属材料，通过埋置及多层结构形式能有效的减小电感所占面积和提高电感Q值。本章主要内容安排：采用AnsoftHFSS电磁场仿真软件对电感、电容三维模型进行仿真及优化，并对其影响因素进行讨论分析，以便对基于LTCC技术的电感、电容设计有一全面把握；此外借助三维仿真得到的S参数，在AgilentADS电路设计软件中拟和得到电感、电容三维模型的等效电路，然后把三维仿真与等效电路模型得到的结果进行比较分析。87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析3.2LTCC内埋置电感设计与分析3.2.1目前LTCC内埋置电感基本类型LTCC内埋置电感种类繁多，一般按电感是否在同一平面内来分类，可以分为单层LTCC埋置平面电感(如图3-1所示)和多层LTCC埋置电感[22-23](如图3-2所示)。由相关知识可知：在图3-1中，(a)传输线式电感的电感量小，且每段之间没有正的互感，一般用在电感量小于或等于3nH的电路中；(b)折线形电感由很多小折线段组成，相邻导体之间产生互感，但互感为负，从而影响电感性能；在面积相同的情况下，(d)方形螺旋电感的Q值比(e)圆螺旋电感稍小，但其单位面积的电感量比圆形螺旋电感大。（a）LTCC内埋传输线式电感俯视图（左）及三维图（右）（b）LTCC平面内埋折线式电感俯视图（左）及三维图（右）（c）LTCC平面内埋式矩形螺旋式电感俯视图（左）及三维图（右）87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析（d）LTCC平面内埋式圆螺旋式电感俯视图（左）及三维图（右）图3-1常见LTCC内埋置单层平面电感类型（a）LTCC内埋位移式电感俯视图（左）及三维图（右）（b）LTCC内埋螺旋helical电感俯视图（左）及三维图（右）（c）LTCC内埋叠层式电感俯视图（左）及三维图（右）图3-2常见多层LTCC埋置电感类型87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析表3-1不同结构之内埋式电感特性比较（有效电感值相同情况下）类型结构所占面积自谐振频率Q值层数单层平面式(planar)最大最低最低最少多层位移式(offset)中中中多叠层式(stacked)小高高多螺旋式(helical)最小最高最高最多从表3-1中可发现在相同的有效电感值情况下，在所占面积、谐振频率、品质因数方面，多层电感优于单层电感，在多层电感中螺旋式（helical）电感式最佳的，究其原因是由于此结构中线圈与线圈间的耦合效应容易控制便于达到最佳的原因，然而由于此结构元件层数较多，增加了元件设计与工程制作的难度。3.2.2LTCC埋置电感的性能指标表征电感性能的指标主要有三个：品质因数(Q值)、有效电感量(Leff)、自谐振频率(SRF)。品质因数Q值主要是表征电感的储能和耗能情况。常用的Q值定义有三种，一是从相对带宽来定义Q值，二是从阻抗来定义，三是从相位来定义。在设计LTCC埋置电感主要是从阻抗来定义，Q值可由单端口网络输入阻抗的虚部与实部之比得到。电感的Q值跟电感的长度、匝数、形状、寄生电容、金属厚度和导电率、基板的介电常数和导电率等有直接关系。有效电感量Leff是从电感的输入端口看进去总的电感量，可由输入阻抗的虚部与角频率之比得到。自谐振频率SRF是由于寄生参量导致电感的输入阻抗从感性变化到容性的转折频率点。它决定电感的可用频率范围。自谐振频率受到电感每匝之间的分布寄生电容耦合和电感与接地面之间的寄生电容影响。电感每匝之间的分布寄生电容耦合主要是跟每匝之间的距离和基板的介电常数有关。电感与接地面之间形成的寄生电容主要与电感的导体线宽、匝数和基板的介电常数有关。这些我们将在后面的章节中进行讨论分析。LTCC内埋置电感一般都是以一端口网络的输入阻抗为基础来计算。而实际中测试时，都是把电感等效为二端口网络来测其S参数。下面介绍一般二端口网络中Q值的计算。品质因数的一般定义为：87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(3-1)(3-2)其中、、分别表示电感所储磁场、电场能量和电感上的损耗功率时均值(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)(3-9)另外，我们可以把LTCC内埋置电感模型用带状线模型去求解，下面给出一种LTCC内埋置电感模型的经验公式，这种模型电感公式考虑了趋肤效应。电感量：(3-10)其中为带状线的特性阻抗，为模型中导体线的长度，为带状线中的波速：(3-11)87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析其中、分别为真空介电常数和相对介电常数(3-12)式中：(3-13)(3-14)为真空磁导率：(H/m)(3-15)(3-16)(3-17)(3-18)(3-19)(3-20)其中、、分别为电感中导体的线宽、金属线宽及导体层离地面的高度。通过该公式可以为后面的LTCC内埋置电感设计提供一个参考范围，便于三维电感模型的建立。3.2.3LTCC埋置电感设计流程针对不同用途的LTCC埋置电感，在设计过程中的侧重点不同，其设计方法有很多种。本文设计LTCC埋置电感的基本思路如下：首先，根据所需电感的有效电感量、品质因数、自谐振频率和电感所占面积要求等指标来确定LTCC埋置电感类型。例如:有效电感量比较小的可以选择单层平面式电感，对自谐振频率要求比较高的电感可以选择多层螺旋式电感等。87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析其次，在三维电磁仿真软件AnsoftHFSS仿真软件中建立电感仿真模型，提取电感三维模型的S参数。根据设计要求和所选电感类型确定电感的等效电路。例如:如果只需要对电感的窄带特性进行研究可以选用简单的单模型，可以减少设计时间。如果需要对电感的宽带特性进行研究，则需要选取双模型或者改进型T模型[24-27]。最后，根据三维电磁仿真软件中提取的S参数，在电路仿真软件AgilentADS中对等效电路模型进行拟合，得出等效电路中RLC参数。通过所得到的RLC的参数计算出所设计的LTCC埋置电感的Q值、Leff、SRF等值，跟设计目标对比看是否满足要求，如果不满足目标要求就需要对三维电感模型进行修正和调整，使其满足设计要求。LTCC埋置电感设计流程图如图2-23所示。3.2.4三种LTCC电感建模及分析比较为了便于掌握LTCC内埋置电感的性能，本节将对LTCC内埋螺旋矩形单层电感、位移式和螺旋多层三种类型电感进行三维建模，并对它们进行电磁场仿真分析。按照下面标准对这三种类型电感进行三维健模，三维模型如图3-3所示。匝数：n=2；元件面积：80mil×90mil；采用材料：DUPONT951C2,其厚度为1.8mil、介电常数为7.8、正切损耗为0.002、烧结收缩率为12.7±0.3%(X、Y轴)，15±0.5%(Z轴)；导体层：采用银浆，导体线宽为w=8mil，厚为t=0.24mil,电感距地面高度为h=7.2mil，相邻导体层的线间距为3.6mil，线边距8mil；(a)平面螺旋电感俯视及侧视图(b)三维位移螺旋电感俯视及侧视图87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(c)三维helical电感俯视及侧视图图3-3（a）平面LTCC埋置电感（b）位移式多层埋置电感（c）螺旋式多层埋置电感利用HFSS电磁仿真软件对这三种类型电感进行电磁场仿真分析，仿真结果如图3-4所示。图3-4给出了这三种类型电感的相位、散射参数、Q值以及Leff的比较结果，从图3-4(c)、(d)中可以看出在相同的设计面积情况下，三维helical电感可以很轻松的得到较高的自谐振频率Leff和Q值及其令人相当满意的自谐振频率SRF。但较大的电感值会使电感的频率稳定性不好，即在较宽的频带内Leff变化较大，不太适合宽频带的应用。总体来说在较窄的频带应用中三维helical电感是最先考虑方案。(a)相位比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(b)S21参数比较(c)有效电感Leff值比较(d)品质因数Q值比较图3-4三种类型电感仿真结果比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析图3-4给出了这三种类型电感的相位、散射参数、Q值以及Leff得比较结果，从图3-5(c)、(d)中可以得到在相同的设计面积情况下，三维helical电感可以很轻松的得到较高的自谐振频率Leff和Q值及其令人相当满意的自谐振频率SRF。但较大的电感值会使电感的频率稳定性不好，即在较宽的频带内Leff变化较大，不太适合宽频带的应用。总体来说在较窄的频带应用中三维helical电感是最先考虑方案。3.2.5LTCChelical三维电感影响因素分析下面本文将针对helical电感进行三维结构模型电磁场仿真分析，然后对这些等效电路模型进行比较分析，图3-5给出了helical单端口、双端口三维模型图，表3-2则给出了影响电感性能的几种因素。（a）(b)（c）（d）图3-5helical电感（a）单端口电感侧视图（b）双端口电感侧视图（c）俯视图（d）双端口电感三维图87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析表3-2对影响helical三维电感个因素分组比较组匝数n距地面h(mil)层间距d(mil)线宽w(mil)通孔半径r(mil)覆盖盘半径R(mil)A27.2；14.421.63.6834B27.23.6；7.214.4834C27.23.66；81034D2；2.537.23.6834E27.23.682；344F27.23.6833；45针对表3-2所列举电感影响因素分别给出三维模型及电磁场仿真分析结果。3.2.5.1导体层到地面距离的影响分析图3-6给出了A组中对导体层到地面距离h=7.2mil，14.4mil，21.6mil的电磁场仿真结果。87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(a)相位比较(b)S21参数比较(c)有效电感量比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(d)品质因数（Q值）比较图3-6A组中对h=7.2mil，14.4mil，21.6mil的分析结果从图3-6可以看出随着导体层距地面距离的增加，有效电感量、品质因数均相应的增加，该现象可以用图3-7解释：Cs为电感与地面间的寄生电容，该寄生电容对电感的有效值有着很大的影响，我们可以通过调节Cs来实现有效电感值Leff的大小。将地面移近电感电路使得寄生电容Cs增加，从而抵消了部分电感值；反之Leff增加。因此随着h=7.2mil，14.4mil，21.6mil，Leff、Q值均增加，如图3-6(c)，(d)所示。另外从电磁场方面考虑，当地面和电感印制层距离很近的时候，地面上的电流方向跟电感结构的电流方向相反，形成负互偶，从而减小有效电感值，有效电感值的减小使得品质因数Q和自谐振频率SRF也随之减小，从图3-6(a)，(b)散射参数曲线图可以看出这一趋势。(a)(b)图3-7多层地概念构造的两个平面电感横截面图3.2.5.2导体层间距的影响分析87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(a)相位比较(b)S21参数比较(c)有效电感量比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(d)品质因数（Q值）比较图3-8B组中对d=3.6mil，7.2mil，14.4mil的分析结果图3-8给出了B组中内埋置电感内部导体层间距d=3.6mil，7.2mil，14.4mil的helical电感三维模型电磁场仿真结果。从图3-8(c)得到d=3.6mil有效电感量最大，这是由于较小的内部导体层间隔会增加内部的互感耦合，而这种耦合会使电感值得到显著的增加。而d=7.2mil时的电感量小于d=14.4mil的电感量，造成这个原因由于此时的内部互感耦合不占主导地位，另外可以从图3-7得到解释；图3-8(d)给出了d为不同值时的品质因数Q值的比较，较大的内部间隔(d)可以减小内部的容性耦合，但却增加了内部连接的通孔长度从而使损耗增加，这样会使SRF有所提高但却是以牺牲Q值为代价的。3.2.5.3导体线宽的影响分析(a)相位比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(b)S21参数比较(c)有效电感量Leff比较(d)品质因数（Q值）比较图3-9C组中对w=6mil，8mil，10mil的分析结果87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析图3-9给出了C组中内埋置电感内部导体线宽w=6mil，8mil，10mil的helical电感三维模型电磁场仿真结果。从图3-9可看出导体线宽越宽，有效电感量Leff越小。根据微带线平面波导模型，线宽会使传输线特性阻抗值降低，同时也降低了传输线单位长度电感值，因而使得电感器的有效电感值降低。若从磁通量的观点来解释，则为在固定的电流条件下，线宽加宽会使得线圈的有效回路面积减小，因而降低了磁通量造成电感器的有效感值降低。3.2.5.4电感匝数的影响分析针对不同电感匝数n=2，2.5，3三维helical电感进行电磁场仿真分析，给出了其在散射参数、有效电感量Leff、品质因数Q值的比较结果，如图3-10所示。(a)相位比较(b)S21参数比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(c)有效电感量Leff比较(d)品质因数（Q值）比较图3-10D组中对电感匝数n=2，2.5，3的分析结果从图3-10(c)，(d)中可以看出匝数越多有效电感量越大，而自谐振频率越小。在其他条件不变的情况下，电感匝数的增加直接会导致电介质设计层数的增加，而电介质层数的增加会导致品质因数Q值的减少。同时我们可以发现，电感匝数越大，由于寄生参数的存在，内部电磁场分布越复杂，工程上实现起来越困难。3.2.5.5通孔半径的影响分析针对不同通孔半径r=2mil，3mil，4mil及不同通孔覆盖盘半径R=4mil，5mil，6mil的三维helical电感进行电磁场仿真分析，并给出了其在散射参数、有效电感量Leff、品质因数Q值的分析比较结果，如图3-11，3-12所示。87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(a)相位比较(b)S21参数比较(c)有效电感量Leff比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(d)品质因数（Q值）比较图3-11E组对通孔半径r=2mil，3mil，4mil的分析结果(a)相位比较(b)S21参数比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(c)有效电感量Leff比较(d)品质因数（Q值）比较图3-12F组对通孔覆盖盘半径R=4mil，5mil，6mil的分析结果从图3-11(c)，3-12(c)中可以看出通孔、通孔覆盖盘半径的变化对helical有效电感量Leff影响不太大，受通孔、通孔覆盖盘半径变化影响变化较大是电感的品质因数Q值。分析其原因，应从电磁场中信号的传输来分析，通孔的半径应该与连接导体线相匹配，而覆盖盘应与通孔相匹配。3.2.6电感等效电路模型理论准确的内埋置式无源元件模型可以加速电路设计的程序，缩短设计周期，减少设计成本。另外无论是采用全波电磁仿真软件还是通过测试得到LTCC埋置电感的散射参量（S参量）都需要建立等效电路模型来判别LTCC87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析埋置电感的性能好坏，并且又便于电路设计。一般LTCC内埋置电感的等效电路模型均采用集中参数RLC网络来等效，其中R主要与电路中的损耗有关，L主要与磁场在电路中的变化有关，C主要与电场在电路中的变化有关。图3-13给出常见的两类LTCC埋置电感等效电路模型：PI模型和T模型。图3-13（a）PI形等效电路模型（b）T形等效电路模型其中PI模型为LTCC内埋置电感模型化最为常用的等效电路模型，此模型电路结构简单，各元件物理含义清楚，但受到模型频率宽限制，其原则上可准确至元件第一个谐振频率。图3-14传统PI等效电路模型图3-15修正T等效电路模型实际的应用中需要每个元件的宽带特性，从而要求元件的模型覆盖所需的谐波频率范围。除常见的T模型外，还有一种以传输线理论为基础从传输线的导纳87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析矩阵推导出的改进型T模型。该种改进型T模型的适用带宽很宽，模型中的元件值可以从实测的S参数中直接提取，这种修正的T模型有别于传统的PI模型或T模型，此模型除了准确性远超过第一谐振频率外，还能准确得到更高的谐振点。下面就以同一LTCC内埋置电感为设计目标，进行传统PI型及修正T型等效电路模型的分析比较，并提取各等效电路模型的参数。现取表3-2B组中d=7.2mil的三维helical电感为设计目标。(a)S11参数比较(b)S21参数比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(c)相位比较图3-16传统PI等效电路模型与仿真值的比较(a)S11参数比较(b)S21参数比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(c)相位比较图3-17修正T等效电路模型与仿真值的比较图3-14，3-15分别给出了传统的PI型及修正T型等效电路模型。图3-16，3-17分别给出，采用AiglentADS软件进行对传统PI型及修正T型等效电路拟和得到的拟合结果与仿真结果的比较。从图3-17中可以看出修正T等效电路模型的频率范围更宽，结果更接近于仿真结果。3.3电容设计与分析电容是在无源元件中除电感外另一个非常重要的元件[28-31]，在目前LTCC内埋电容元件设计上，主要有金属-绝缘体-金属（MIM，Mental-Insulator-Mental）和垂直集成电容（VIC，Vertically-Interdigitated-Capacitor）两种结构，如图3-18、3-19所示。从表3-3中可以看出VIC在谐振频率、品质因数都略胜于MIM，且占据的面积较小。然而同样由于需要的层数较多，增加了设计和工程制作中的困难。图3-18内埋式MIM电容器图3-19内埋式VIC电容器表3-3不同结构LTCC内埋式电容器特性比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析结构类型MIMVIC所占面积大小SRF低高Q值低高层数少多类似于LTCC内埋置电感的设计与分析，本节首先对LTCC内埋置电容的性能指标、及其影响因素进行分析，然后给出LTCC内埋置电容的等效电路模型与三维仿真比较结果。3.3.1LTCC内埋置电容性能指标及其计算类似于LTCC内埋置电感，LTCC内埋置电容的主要参数有等效电容Ceff，品质因数Q值和自谐振频率SRF。等效电路模型如图3-20所示，其中Cs代表主要的串联电容，大小主要取决于平板的面积及层数；Cp1，Cp2表示端口的寄生电容，图3-20常见LTCC内埋置电容的等效电路模型它们的值取决于端口平板的面积，层间距；Rs代表金属和介质的损耗，它决定了电容的品质因数的大小；Ls1，Ls2代表端口电感，它的值表示输入输出电感及内部电容结构寄生的电感。等效电容也是基于电路的。假设电容输入的输入阻抗为。，而等效电容的阻抗值为l/jw，对于没有损耗的电路，这两者应该相等，但实际上这是不可能的，也就是说有代表损耗的实部存在，因此我们只能将的虚部跟等效电容阻抗相等，即:(3-21)(3-22)87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(3-23)(3-24)下面对平行板电容和多层交错式电容做一个简单的对比，都取相同面积的金属板，即图3-18内埋式MIM电容器单层导体层面积为S，则图3-19内埋式VIC电容器单层导体面积为S/3。我们选择S=40mil×60mil,则S/3=40mil×20mil仿真结果如图3-21所示。(a)相位比较(b)S21参数比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(c)有效电容量Ceff值比较(d)品质因数Q11值比较图3-21MIM和VIC仿真结果比较通过对两组电容仿真比较，图3-21给出了其散射参数、等效值Ceff及品质因子随频率变化的曲线。从图3-21中可以发现VIC多层电容的Q值和SRF都要比MIM双层电容略小一些，这是由其本身的结构特点决定的，在VIC多层电容内部，增加的平板要用几段通孔相连，由于此通孔的引入导致寄生电感增加，从而使得自谐振频率减小。此外该通孔还会引入一定的导体损耗而增加了总损耗，直接导致Q值降低。87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析(a)S11参数比较(b)S21参数比较(c)相位比较图3-22等效电路模型与HFSS仿真结果的比较87 第三章基于LTCC技术内埋电感电容的设计与分析虽然VIC多层电容在Q值和SRF上比MIM双层电容稍逊一些，但如果实现相同的电容值，与MIM双层电容相比，VIC多层结构的水平面积大大的减小，从而可进一步减小设计元件的尺寸。因此，在LTCC内埋置电容的设计中，VIC电容为最佳电容形式。图3-22给出了常用等效电路模型ADS拟合的结果与HFSS软件仿真的结果比较，从图3-22可看出在低频段等效电路模型的拟合值与三维模型仿真比较符合。有些文献给出的等效电路修正模型的频段更宽。3.4本章结论本章主要内容：Ø对LTCC内埋置电感、电容进行三维建模；Ø对LTCC内埋置电感、电容三维模型进行电磁场仿真，并对电感、电容的影响因素进行分析；Ø给出LTCC内埋置电感、电容的等效电路模型，并对其进行了分析；87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计4.1引言现在随着无线通信、移动通信、卫星通信、相控阵雷达以及星载电子等方面的迅猛发展，对微波集成电路提出了更高的要求。设备的高可靠性、微型化、低价格及良好的温度特性，要求微波集成电路在满足电气性能指标的同时，应尽可能减小电路占用面积。在无线通信特别是在无线通信设备的射频前端，基于LTCC技术的滤波器占有重要的地位[32-34]，如图4.1所示。基于LTCC技术的滤波器相对于传统的分离元器件构成的滤波器主要有以下两个优点：减小滤波器的占用面积，从而减小了射频前端的尺寸；避免了分离期间的大量使用，减少了装配时间，从而降低了成本。图4-1一种类型的移动电话射频电路方块图我们在前面除介绍了LTCC技术的工艺、部分设计原则外还对基于LTCC技术内埋置电感、电容做了大量的设计分析研究，这些均是基于LTCC技术滤波器设计的基础。因此，基于前面的工作，这一章我们将重点介绍基于LTCC技术无源滤波器的原理、性能及设计方法。4.2滤波器设计基础87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计本节我们将简单的介绍滤波器的设计基础，如滤波器分类、归一化低通原型滤波器等。4.2.1滤波器技术指标在综合分析滤波器的各种情况时，下了参数是至关重要的：a)RF插入损耗：在理想情况下，插入到射频电路中的理想滤波器，不应在其通带内引入任何功率损耗。不过，在现实中，滤波器存在一些无法消除固有的、某种程度的功率损耗。插入损耗定量的描述了功率响应幅度与0Db基准的差值，其数学表达式为：(4-1)其中，PL是滤波器向负载输出的功率，Pin是滤波器从信号源得到的输入功率，是从信号源向滤波器看去的反射系数[35]。b)波纹：通带内信号响应的平坦度可以采用以下方法定量，定义波纹系数；采用Db或奈贝(Neper)为单位表示响应幅度的最大值与最小值之差。c)带宽：对于带通滤波器，带宽的定义是通带内对应于3dB衰减量的上边频和下边频的频率差：(4-2)d)矩形系数：矩形系数是60dB带宽与3dB带宽的比值，他描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度：(4-3)e)阻带抑制：在理想情况下，我们希望滤波器在阻带频段内具有无穷大的衰减量。但是，实际上我们只能得到与滤波器元件数目相关的优先衰减量。通常情况下，在没有特别说明的情况下，以60dB作为阻带抑制的设计值。f)品质因数Q值:品质因数Q值是作为描述滤波器的频率选择性，通常定义为在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均耗能之比：87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计(4-4)其中功率损耗等于单位时间内的耗能。另外必须特别注意区别有载滤波器和无载滤波器的品质因数。4.2.2滤波器分类滤波器特性可用其频率响应来描述，按其特性的不同，可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器，如图4-2所示。按照滤波器传输函数逼近函数类型的不同，滤波器又可分为最平坦型、切比雪夫型、椭圆型等滤波器，如图4-3所示。图4-2四种基本滤波器图4-3低通原型的各种响应理想的低通滤波器的衰减特性如图4-3(a)所示，即在w=0到w187 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计的频率范围内，衰减为零，称为通带，在w>w1，的范围内衰减为∞，称为阻带。w表示角频率，w1称为截止频率。显然，这种理想的滤波特性，用有限个元件的电抗网络是无法实现的，因为有限元件数的电抗网络的衰减特性一定是连续函数，不可能在某一频率上突跳。实际的滤波器只能逼近理想滤波器的衰减特性，因此，在综合设计滤波器时，首先要确定一个逼近理想衰减特性的衰减函数LA(w)，然后再根据这个逼近函数综合具体的电路结构来。由于在后面LTCC滤波器设计中多采用最平坦型逼近响应、切比雪夫型逼近响应、椭圆函数型逼近响应，因此下面我们将对这几种响应作一简单的介绍。4.2.2.1最平坦低通原型滤波器最平坦响应的数学表达式为：(分贝)(4-5)其中(4-6)(4-7)由于(4-5)式中括号内的量，在时，具有最大可能数目的零导数，故有“最平坦”之称。通常情况下取常数=1，则在=1时，即截止频率点上的插入损耗为3dB。图4-4给出了滤波器几种阶数的插入损耗。图4-4最平坦低通滤波器设计4.2.2.2切比雪夫低通原型滤波器图4-3(c)给出了切比雪夫低通原型滤波器的衰减特性，其数学表达式为：(4-8)(4-9)87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计其中(4-10)(4-11)式中是通带内衰减最大值。查阅相关文献可知，切比雪夫响应的选择性好，因此一般都选用它作为低通原型。但同时，若滤波器的电抗元件有较大的损耗，任何一种滤波器的通带响应形状，都会与无损耗时大不一样，而切比雪夫滤波器的这种响应特别明显。图4-5给出了切比雪夫低通滤波器损耗因数、插入损耗与频率的关系。(a)(b)图4-5切比雪夫低通滤波器损耗因数、插入损耗与频率的关系4.2.2.3椭圆函数低通原型滤波器Butterworth响应特性在通带和阻带中部是最平坦形式的，而Chebyshev87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计响应特性在通带呈现等波纹形式，在阻带为最平坦形式。而另有一种通带和阻带都具有等波纹型特性的滤波器，因为这种滤波器是用椭圆函数来实现，故称为椭圆函数型滤波器，也称为“考尔(Cauer)滤波器”。图4-3(d)给出这种滤被器的频率响应。由图可见，由于这种滤波器的阻带衰减极点不全在无限远处，因而用这种滤波器可得到很陡的截止频率。是通带最大衰减，是阻带最小衰减，是通带带边频率，是阻带带边频率，椭圆函数低通滤波器的阻带最小衰减，可近似表示为：(分贝)(4-12)(4-13)式中：(4-14)(4-15)4.2.3频率变换我们可以根据不同的滤波器特性和其他滤波器要求的相应的低通滤波器原型，高通、带通、带阻滤波器的设计可以从低通滤波器原型中转换过来，表4-1给出相应的推导结果，推导过程可以参考相关的文献[36]。另外，对于椭圆函数低通原型滤波器来说还需要注意的是它的响应中除了通带带边频率外，还有阻带带边频率，因此，必须对上述各变换式的符号意义作新的阐述，才能进一步满足这一新的情况。对于有低通到高通的变换式，(4-16)(4-17)式中w是搞通滤波器的频率变量，是高通滤波器的通带带边频率，是高通滤波器的阻带带边频率。87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计是低通原型的阻带带边频率的归一化值，也是高通滤波器的选择性因数，越大，选择性陡度越小。表4-1频率变换及元件换算表滤波器类型变换变换式元件变换元件值的换算关系低通到高通=低通带边频率=高通带边频率低通到带通=上带边频带=下带边频带低通到带阻对于由低通道带通的变换式：(4-18)(4-19)(4-20)(4-21)是带通滤波器的相对带宽，是通带中心频率，是通带上带边频率，87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计是通带下带边频率，是上阻带带边频率，是下阻带带边频率，是带通滤波器的选择性因数。对于由低通到带阻的变换式：(4-22)(4-23)(4-24)(4-25)其中是带阻滤波器的相对带宽，是通带中心频率，、是通带带边频率，、是阻带带边频率，是带阻滤波器的选择性因数。4.3阶跃阻抗谐振器(SIR)SIR(Stepped-ImpedanceResonator)在不减小无载Q的情况下可缩短谐振器长度的能力,因此SIR在滤波器设计中占有重要的地位，后面章节将给出有关利用SIR滤波器设计的例子。在此我们将介绍一下SIR的基本结构和性能[37]。4.3.1SIR的基本结构图4-6SIR的基本结构(a)1/4波长型；(b)半波长型；(c)全波长型87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计SIR是由两个以上具有不同特性阻抗的传输线组合而成的横向电磁场或准横向电磁场模式的谐振器。图4-6给出采用带状线结构的典型例子，图中(a)、(b)、(c)分别是/4、/2和谐振器。虽然以带状线结构作为例子说明，但同样的，横向电磁场和准横向电磁场模式的谐振器也可采用同轴或共平面线结构。同样，图(b)中半波长SIR采用的是开放端点结构，短路结构也是可用的。在图4-6中，在传输线开路端和短路端之间的特性阻抗和等效电学长度分别为、和、(见图4-6)。所有以上三种类型的SIR基本结构的共同单元是都包括开路端、短路端和它们之间的阻抗阶跃结合面。在定义了这样的共同单元下，/4、/2和SIR能被看成是由1个、2个、4个基本结构单元组成。表征SIR的电学参数的是两段传输线阻抗和的比值，定义如下:阻抗比：(4-26)4.3.2SIR谐振条件和谐振器的电学长度图4-7包含开路面、短路面、阻抗阶跃面的SIR的基本单元。输入端的阻抗和导纳分别定义为和(=)。如果忽视阶跃非连续性和开路端的边缘电容，的表达式如下：(4-27)图4-7单元SIR的电学参数设，那么平行谐振条件为:(4-28)87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计则(4-29)从上面的公式，我们能理解SIR的谐振条件取决于、和阻抗比。一般的均匀阻抗谐振器(UIRuniform-impedanceresonator)的谐振条件唯一的取决于传输线的长度，而对SIR则同时要计入长度和阻抗比。因此SIR比UIR多了一个设计的自由度。SIR两端之间的总电学长度气，可表示为:(4-30)相对于对应的UIR电学长度，归一化谐振器长度由以下等式定义:(4-31)图4-8是以作为变量的电学长度与归一化长度之间的关系图4-8SIR的谐振条件半波长和全波长SIR的总电学长度分别定义为和，表示如下:(4-32)(4-33)把它们分别对长度为和的UIR进行归一化得:(4-34)(4-35)由上面的公式可知，三类SIR的谐振条件可用一个表达式表示。从图4-887 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计可知，谐振器长度归一化在时有极大值，时有极小值。下面我们看一下得到上述极大和极小值的条件。以代入式(4-29):(4-36)当和时，(4-37)当时取等号，这等效于:(4-38)这样，当(4-39)时为极小值:(4-40)同样，当和时我们得到如下的等式:(4-41)由于当时，得极大值为:(4-42)上述计算表明为一特殊条件，它给出.SIR的极大或极小长度。下面的讨论主要基于这一条件。图4-9是时，阻抗比和谐振器归一化长度的关系。这里可表示为:(4-43)87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计由图4-9可知，可通过采用较小的值来无限地缩短SIR谐振器的长度，但最大SIR长度被限定于对应UIR长度的两倍。图4-9阻抗比和归一化谐振器长度的关系4.4LTCC滤波器设计实例在基于LTCC技术滤波器设计中，电路图设计相对比较简单，而三维模型设计则比较复杂，本文的设计思路是首先采用目前比较成熟的三维结构图进行设计[38-39]，然后在此基础上对三维结构图进行修改，以便更好的满足目标要求。4.4.1实例设计目标指标中心频率：2.7GHz；带宽：250MHz；带内衰减：≤2.5dB；回波损耗：≥20dB；带外抑制：f0-300MHz，f0+700MHz时≥20dB；封装尺寸：0805；采用材料：DUPONTC2厚度1.8mil；内埋置导体层：银导体层，线高0.24mil，线宽8mil；4.4.2LTCC滤波器设计流程图4-10给出了LTCC滤波器设计流程87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计分析滤波器技术指标采用ADS软件优化仿真滤波器电路原理图设计结果是否满足技术指标采用HFSS软件实现三维模型三维仿真设计结果是否满足技术指标是否否是工程制作图4-10基于LTCC技术滤波器设计流程4.4.3实例设计方案及实施采用图4-10所给出的基于LTCC技术滤波器设计流程，首先采用ADS软件针对所给滤波器技术指标进行优化仿真得到滤波器的电路拓扑图。从前面第三章对电感、电容的分析中可以看出高频段空心电感的感值不能太大一般都在nH量级，电容的容值一般为pf87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计量值，否则会造成设计尺寸很大及所设计电感感值、电容容量在所需频段内的变化率太大，从而影响滤波器性能。所以在设计电路拓扑图时选择电容耦合电路，而非电感耦合电路。本文采用了图4-11所示的电路拓扑图结构。图4-11电路图拓扑图结构图4-11拓扑图中的端口电容、为阻抗匹配电容，电感L1与L2之间存在互感M，互感M其实际上是通过PI形的电感网络等效而来的，如图4-12所示。图4-12互感等效网络互感等效电路可以通过Y-Delta变换公式得到：(4-44)(4-45)(4-46)87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计从而图4-11转换成图4-13的等效电路图：图4-13等效电路拓扑图我们从图4-13中可以看到串联支路中电感L和电容Cs形成了一个并联谐振器。根据谐振器原理在谐振时：(4-47)并联谐振的导纳：(4-48)图4-14ADS优化仿真界面87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计则呈开路状态，因此串联在双端口网络中的并联谐振会在谐振时将能量全反射回去，形成一个传输两点，从而有助于滤波器带外的抑制，在后面的设计中将会得到体现。另外镜像滤波器由于自身的特点，在其设计中经常要设计传输零点。针对图4-13所示电路拓扑图结构，我们采用ADS设计仿真软件进行滤波器技术指标要求优化设计。图4-14给出了ADS的仿真优化界面，并给出电路拓扑图中各个元件值。并给出了滤波器的优化仿真响应曲线，如图4-15所示。图4-15电路图优化仿真结果从图4-15优化仿真结果中我们可以看到在滤波器低频端存在一个传输零点，由于传输零点的存在，从而使得滤波器低频端的带外抑制特别大。利用前面第三章的分析结论，采用HFSS软件把各个元件在三维结构中一一实现，然后把他们组成一个整体在进行仿真优化。在这个过程中要严格按照LTCC技术设计原则进行滤波器三维建模。图4-16给出了此滤波器的三维结构模型。图4-17则给出了该滤波器三维结构模型的电磁场仿真响应曲线。图4-16在HFSS中实现的滤波器三维结构图87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计图4-17滤波器三维模型电磁场仿真结果图4-18电路仿真与电磁场仿真结果比较图4-18给出了滤波器电路仿真与三维结构模型电磁场仿真响应曲线比较结果，从图中可看出其响应曲线较接近，带内衰减相比电路图结构仿真结果要大，这是由于介质损耗、金属导体损耗引起的，不过仍能基本达到设计目标的技术指标，虽然此滤波器三维建模及电磁场仿真结果达到了预期的效果，但高频端带外抑制不好。不过由于银浆导体存在收缩率的问题，在烧结前后有一定的尺寸变化，银导体的变化务必会影响到滤波器设计的成与败，因此我们在设计中必须把这方面的87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计(a)(b)图4-19导体线宽变化对LTCC滤波器性能的影响影响考虑进去。图4-19给出了导体宽度变化对滤波器整体性能的影响。从图中可看出导体线宽在7.5～8.5mil变化时，虽然滤波器的响应相应的在变化，但变化不太大，均能满足设计目标的要求。图4-20给出了此滤波器三维结构的机械图。87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计图4-20单零点滤波器三维模型模板图为了解决滤波器高频端得带外抑制，还需要87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计更进一步的讨论，我们从图4-18中可以发现，无论是电路仿真还是电磁场仿真，在滤波器低频端的带外抑制远远大于高频端的带外抑制，高频段的带外抑制很不理想，我们前面已经提到，这是由于传输零点所造成的。我们按照相同的设计思想，我们可以在高频端带外引入一个传输零点，根据传输零点形成原理，可以在电路的串联支路加入一并联的谐振腔或在并联支路加入一串联的谐振腔。图4-21给出了一种双零点的滤波器电路拓扑图结构。采用ADS软件对此地那路结构进行优化仿真，得到各元件相应的值，如图4-22所示。图4-21双零点滤波器电路拓扑结构图对于高频端，根据谐振器原理在谐振时即：(4-47)图4-22ADS优化仿真界面87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计串联谐振的阻抗(4-48)由公式(4-48)可得在并联支路加入一串联谐振电路，引进了一零点。可以通过控制的大小来控制此零点的落点位置。图4-23给出了改进后的双零点电路的优化仿真响应图，从图中可以看出在滤波器低频端和低频端带外均存在零点。图4-23改进双零点电路仿真结果图4-24给出了改进前后电路仿真结果的比较，从图中我们可以看出改进后的电路响应在高频端的带外抑制远远好于改进前的。图4-24改进前后电路仿真结果比较87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计下面的设计步骤类似上面的设计，利用第三章的设计分析，用HFSS软件将ADS软件优化仿真完的各元件在三维模型中实现，图4-25给出此滤波器的三维结构模型。图4-25改进后的三维结构模型在本章前面，我们已经介绍了阶跃阻抗谐振器(SIR)，SIR结构简单，易于实现。此步骤中的零点就是利用SIR谐振器引进的，如图4-26所示。图4-26中的尺寸可以通过ADS和HFSS软件优化仿真得到。(a)(b)图4-26一种(a)SIR结构及其(b)等效电路双零点滤波器三维结构模型在HFSS软件进行电磁场仿真可得到其响应结果，如图4-27所示。图4-28给出了电路仿真与电磁场仿真响应曲线的比较。图4-29则给出了单零点及双零点滤波器电磁场仿真响应曲线的比较，从图4-29可出双零点结构的带外抑制远远好于单零点结构。87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计图4-27改进双零点滤波器三维模型电磁场仿真图4-28改进双零点滤波器电路和电磁场仿真比较图4-29单零点及双零点滤波器的电磁场仿真结果比较图4-30给出了双零点滤波器三维结构模型模版图87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计图4-30双零点滤波器三维模型模版图4.5本章结论87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计本章首先对滤波器的基本知识加以简单的介绍，然后对一LTCC滤波器设计实例进行了设计分析，参照LTCC滤波器目标技术指标，采用了两种模型结构：一种为单零点结构；另一种是在第一种结构的基础上加以改进，形成双零点结构。本章后面就是针对这两种结构进行ADS电路优化仿真和HFSS三维结构模型电磁场仿真，把相关的结果加以比较，虽然两种结构均能满足目标技术指标，但改进双零点结构优于单零点结构。87 第四章基于LTCC技术的无源滤波器设计第五章结论通过正文的叙述，我们对LTCC技术工艺及设计有了一个系统地认识。通过本论文我们可以得到以下结论：Ø相对于传统的平面结构，LTCC多层结构的电感、电容等无源器件在电性能上有很大的优势，可以比较容易的获得较高的Q值，而且面积大大减小，便于电路的集成和小型化。特别是LTCChelical型电感和LTCCVIC型电容是我们在设计最先考虑的电感、电容类型。Ø在高频存在LTCC介质损耗，电感、电容的值不能做的太大，一般电感在10nH以下，电容在10pF以下。Ø通过对LTCC电感、电容建立等效电路模型，我们可以更好的对电感、电容进行设计；给出了两种不同的等效电路模型，并加以比较，得出修正T模型应用频段高于传统PI模型的应用频段。Ø针对同一设计目标技术指标给出了两种不同的LTCC滤波器的电路拓扑图以及三维模型结构，并对这些加以比较。另外，LTCC滤波器的尺寸只有80mil×50mil,远远小于其他结构滤波器。87 致谢致谢本文是在导师石玉教授的悉心指导下完成的。石玉教授渊博的知识、严谨求实的治学态度、丰富的实践经验和宽以待人的高尚品德为我将来的学习、工作和生活中树立了榜样。在此，谨向这几年来一直关怀和指导我的石老师致以衷心的感谢和崇高的敬意。在硕士期间，得到了本教研室张怀武、钟智勇、刘颖力、贾利军、杨青慧、苏桦等老师的关照和帮助，在此表示衷心的感谢。同时也非常感谢钟慧、蒋向东等博士师姐师兄的帮助和支持。最后要感谢同级师兄妹赵世明、宋小沛、文雯、戴煜辉、杨宗宝、吕利明、任利、胡宇等在学习和生活上对我的帮助，感谢我的父母、兄长以及所有帮助过我的老师、同学和朋友们。87 参考文献参考文献[1]A.Sutono,A.Pham,J.Laskar,.Investigationsofmultilayerceramic-basedMCMtechnology.inProc.Elect.Perf.Electron.Packag,1998,83–86[2]AlbertSutono,Anh-VuH.Pham,WilliamR.Smith.RF/MicrowaveCharacterizationofMultilayerCeramic-BasedMCMTechnology.IEEEtransactionsonadvancedpackaging.1999,326-331[3]SarmadAl-Taei,DavidHaigh,GeorgePassiopoulos.MultilayerCeramicIntegratedCircuits(MCICs)TechnologyandPassiveCircuitDesign.IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,2001,43-46[4]C.Q.ScrantomandJ.C.Lawson.LTCCtechnology:Whereweareandwherewe’regoingII.inIEEEInt.MicrowaveSymp.Dig.,1998,193–200.[5]R.L.BrownandP.W.Polinski.TheintegrationofpassivecomponentsintoMCM’susingadvancedlow-temperaturecofiredceramics.Int.J.Microcirc.Electron.Packag,1993328–338[6]A.Fathyetal.Designofembeddedpassivecomponentsinlowtemperaturecofiredceramiconmetal(LTCC-M)technology.inProc.IEEEInt.MicrowaveSymp.,1998,1281–1284.[7]JohannHeyen,AndriyGordiyenko,PatricHeide.VerticalFeedthroughsforMillimeter-WaveLTCCModules33rdEuropeanMicrowaveConferenceMunich2003,411-414[8]C.-H.Lee,A.Sutono,S.Han,andJ.Laskar.AcompactLTCCKu-bandtransmittermodulewithintegratedfilterforsatellitecommunicationapplications.inProc.IEEEInt.MicrowaveSymp.2001,945-948.[9]KyutaeLim,StephanePinel,MekitaDavis.RF-System-On-Package(SOP)forWirelessCommunications.IEEEmagazine,2002,88-99[10]AlbertSutono,DeukhyounHeo,Yi-JanEmeryChen.High-QLTCC-BasedPassiveLibraryforWirelesssystem-on-Package(SOP)ModuleDevelopment.IEEEtransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,2001,1715-1723[11]C.T.Chiu,T.S.Horng,H.L.Ma,S.M.Wu,andC.P.Hung.SuperBroadbandLumpedModelsforEmbeddedPassives.ElectronicComponentsandTechnologyConference,2004,1104-1107[12]K.Lim,A.Obatoyinbo,M.F.Davis,J.Laskar,andR.Tummala.Developmentofplanarantennasinmulti-layerpackageforRF-systemon-a-packageapplications.inProc.IEEEEPEP87 参考文献TopicalMeeting,Boston,2001,pp.101-104.[13]Y.Hirachi,Y.Aoki,T.Yamamoto,J.Ishibashi,andA.Kato.Acost-effectiveRF-moduleformillimeter-wavesystems.inProc.Asia-PacificMicrowaveConf,1998,53-56.[14]KLZhang1,SKChou1andSSAng.Developmentofalow-temperatureco-firedceramicsolidpropellantmicrothruster.journalofmicromechanicsandmicroengineering,2005,944-952[15]杨邦朝，张经国.多芯片组件(MCM)技术及其应用.成都：电子科技大学出版社，2001.221-225[16]M.Rytivaara,F.L.Oy.BuriedpassiveelementsmanufacturedinLTCC.IEEPackagingandInterconnectsatMicrowaveandMillimeter-WaveFrequenciesSeminar,2000,61–65[17]M.F.Davis,A.Sutono,K.Lim.Tummala.RF-microwavemulti-layerintegratedpassivesusingfullyorganicsystemonpackage(SOP)technology.inProc.IEEEInt.MicrowaveSymp2001,1731-1734[18]A.Sutono,A.Pham,J.Laskar.Developmentofthree-dimensionalceramic-basedMCMinductorsforhybridRF/microwaveapplications.inProc.RFICSymp.Anaheim,CA,1999[19]J.P.Mondal.ExperimentalverificationofasimpledistributedmodelofMIMcapacitorsforMMICapplications.IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,1987,403–408[20]A.Sutono,A.Pham,J.Laskar,W.R.Smith.DevelopmentofThreeDimensionalCeramicBasedMCMInductorsforHybridRFMicrowaveApplications.IEEERadioFrequencyIntegratedCircuitsSymposium,1999,175-178[21]R.L.RemkeandG.A.Burdick.Spiralinductorsforhybridandmicrowaveapplications.in24thElectron.Comp.Conf.Dig,1974,152–161[22]SeogooLee,JongseongChoi,GaryS.ModelingandAnalysisof3-DSolenoidEmbeddedInductors.IEEEtransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,2002,34-41[23]K.C.Eun,Y.C,B.G.Choi,D.J.Kim.L-BandRFCharacteristicsofLTCCEmbeddedSpiralInductors.Internationalconferenceonmicrowaveandmillimeterwavetechnologyproceedings,2002,23-26[24]杨立群.低温高烧陶瓷嵌入式电感与电容元件之设计与模型化：[硕士学位论文].台湾：国立中山大学电机工程学系2001[25]邱基综.多层有机封装基板上螺旋电感器之可比例伸缩宽频模型：[硕士学位论文].台湾：国立中山大学电机工程学系2003[26]Tzyy-ShengHorng,Jian-MingWu,eds.ANovelModified-TEquivalentCircuitforModelingLTCCEmbeddedInductorswithaLargeBandwidth.IEEEtransactionsonmicrowavetheory87 参考文献andtechniques,2003,2327-2333[27]T.S.Horng,J.M.Wu,L.Q.Yang,andS.T.Fang.Anovelmodified-TequivalentcircuitformodelingLTCCembeddedinductorswithalargebandwidth.IEEEMTT-SInt.MicrowaveSymp,2003,1015–1018[28]J.L.Hobdell.Optimizationofinterdigitalcapacitors.IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,1979,788–791[29]WilliamBlood,FengLing,ThomasMyers.LibraryDevelopmentProcessforEmbeddedCapacitorsinLTCC.IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,2000,147–250[30]W.Blood,FengLing,T.Myers.LibraryDevelopmentProcessforEmbeddedCapacitorsinLTCC.IEEEConf,EPEP2000,147-150[31]WilliamBlood,FengLing.Simulation,Modeling,andTestingEmbeddedRFCapacitorsinLowTemperatureCofiredCeramicElectronicComponentsandTechnologyConference,2001[32]A.Sutono,J.LaskarDevelopmentofthreedimensionalintegratedBluetoothimagerejectfilter.IEEEMTT-SInt.MicrowaveSymp.Dig.,vol.1,Boston,MA,2000,339–342[33]I.Awai,A.C.Kundu,andT.Yamashita.Equivalent-circuitrepresentationandexplanationofattenuationpolesofadual-modedielectric-resonatorbandpassfilter.IEEETransMicrowaveTheoryTech,1998,2159–2163[34]J.W.Sheen.Acompactsemi-lumpedlow-passfilterforharmonicsandspurioussuppression.IEEEMicrowaveGuidedWaveLett.2000,92–93[35]ReinholdLudwig,PavelBretchko著.王子宇，张肇仪等译.射频电路设计—理论与应用.北京：电子工业出版社.[36]清华大学<<微带电路>>编写组.微带电路.北京：清华大学出版社，[37]MITSUO.BandpassFiltersUsingParallelCoupledStriplineSteppedImpedanceResonators.IEEEtransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,1980,1413-1417[38]AlbertSutono,JoyLaskar.DesignofMiniatureMultilayerOn-PackageIntegratedImagerejectFilters.IEEEtransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,2003,156-162[39]LapKunYoung,Ke-LiWu.ACompactSecond-OrderLTCCBandpassFilterwithTwoFiniteTransmissionzeros.IEEEtransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,2003,337-34187 个人简历个人简历本人于2003年于山东省烟台师范学院物理专业获得理学学士学位，2003年9月考入成都电子科技大学微电子与固体电子学院攻读硕士，专业方向为LTCC技术及其应用的研究。获奖情况：2004～2005年度人民奖学金三等论文发表情况：1．尉旭波，石玉等.磁性微电子机械系统(MMEMS)中的关键问题.磁性材料与器件，2005.2．戴煜辉，尉旭波等.P2O5掺杂对高磁导率MnZn铁氧体性能的影响.磁性材料与器件，2005.87'