【導(dǎo)讀】開，對LTCC技術(shù)相關(guān)內(nèi)容加以分析和討論。模提供了設(shè)計依據(jù)和設(shè)計手段。第二部分的另外一個主要內(nèi)容是LTCC濾波器優(yōu)化設(shè)計，針對同一。濾波器技術(shù)指標(biāo)給出了兩種結(jié)構(gòu)：單零點和雙零點。后者是在前者的基礎(chǔ)上改進(jìn)。兩種結(jié)構(gòu)均可以滿足給定的技術(shù)指標(biāo)要求，后者在高頻帶外抑制要優(yōu)于前者。

　　

【正文】 導(dǎo)體為金、銀、鈀銀等貴金屬材料，只需在空氣中進(jìn)行排膠。排膠是有機(jī)粘合劑汽化和燒除的過程，升溫過程中生坯內(nèi)的溶劑首先揮發(fā)，溫度升到200℃ 以上，樹脂開始氧化分解，排膠結(jié)束時分解量應(yīng)為 (60～ 65％ )。基板坯體的排膠溫度曲線與生坯中粘合劑成分有關(guān)。對于溶劑型粘合劑，升溫速度為每小時(20～ 50)℃ ,升到 250℃ 后 ,保溫 (3～ 5)小時；對于水溶型粘合劑，升溫速度為每小時 (20～ 30)℃ ,升到 285℃ 后，保溫 (4～ 6)小時。然后自然冷卻。排膠的升溫速度取決于生坯在 該溫度下失重率的高低。在失重率高的溫度區(qū)間，升溫速度應(yīng)盡可能放慢，使坯體中樹脂氧化分解產(chǎn)生的大量氣體得以充分排出。保溫時間長短視基板厚度而定，對于層數(shù)多、尺寸大、形狀復(fù)雜的基板，排膠速度要相應(yīng)放慢。排膠工藝對共燒多層陶瓷基板的質(zhì)量有著嚴(yán)重影響。排膠不充分，燒結(jié)后基板會起泡、變形或分層；排膠過量，又可能使金屬化圖形脫落或基板碎裂。 燒結(jié) 燒結(jié)在燒結(jié)爐中進(jìn)行，升溫速度為 8℃ /min，升至 900℃后，保溫 3 小時 ，降溫速度為 8℃ /min。燒結(jié)工藝的關(guān)鍵是燒結(jié)曲線和爐膛溫度的一致性，它決定了燒結(jié)后基板的平 整度和收縮率。爐膛溫度不均勻，基板燒結(jié)收縮率的一致性就差。這是因為在燒結(jié)過程中，導(dǎo)體與基板的燒結(jié)溫度總是有一定差距的。如果升溫過快，會因致密化程度不同而產(chǎn)生的應(yīng)力來不及消除，使基板發(fā)生翹曲。 燒結(jié)時升溫速度過快，會導(dǎo)致基板的平整度差和收縮率大。 另外， 使用金或鈀銀導(dǎo)體的低溫共燒陶瓷多層基板可在空氣中進(jìn)行燒結(jié) 。 測試 必須對燒結(jié)好的低溫共燒陶瓷多層基板進(jìn)行檢測，以驗證多層布線的連接性。主要使用探針測試儀進(jìn)行檢測。美國 BSL 公司生產(chǎn)的雙向探針測試儀可對基板兩面進(jìn)行開路、短路和高阻失效測試。 LTCC 技術(shù) 部分設(shè)計原則探討 LTCC 技術(shù) 設(shè)計原則在整個 LTCC 技術(shù)中占有重要的地位， LTCC 技術(shù) 設(shè)計原則的是否合理將影響到整個 LTCC 組件、元器件性能。圖 22 給出了三維 LTCC第二章 LTCC 技術(shù) 17 模塊橫截面結(jié)構(gòu)圖，其中有內(nèi)埋置電感、電容、電阻、表面電阻、內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體以及通孔。本節(jié)主要參照國內(nèi)中電 43 所 及本校 LTCC 生產(chǎn)線 工藝制定 部分設(shè)計原則，就 LTCC 技術(shù)中的一些主要及關(guān)鍵設(shè)計內(nèi)容的設(shè)計規(guī)范加以探討分析，對這些關(guān)鍵因素的具體研究對比將在第三章給出詳細(xì)的討論 。 圖 22 三維 LTCC 模塊橫截面 LTCC 中導(dǎo)體設(shè) 計 標(biāo)準(zhǔn)表面導(dǎo)體 所有標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體的邊界到基板邊界的尺寸 應(yīng) 大于 15mil。 靠近邊界技術(shù) (CTTE, close to the edge technology) 某些情況下，表面導(dǎo)體的放置與正常標(biāo)準(zhǔn)需更接近基板邊界，設(shè)計者可以按照 CTTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得表面導(dǎo)體到基板邊界的尺寸小到 4mil。 內(nèi)埋置導(dǎo)體到基板邊界的距離 按照設(shè)計需要，設(shè)計者可以根據(jù) CTTE 技術(shù)，使得內(nèi)埋置導(dǎo)體線到基板邊界的尺寸達(dá)到 6mil。 導(dǎo)體走線 導(dǎo)體走線的最佳方式是平行或垂直 于基板邊界。 典型的導(dǎo)體拐角 圖 23 給出了幾種典型的導(dǎo)體線拐角。 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 18 圖 23 幾種典型得到體現(xiàn)拐角 導(dǎo)體線的連結(jié) 在 LTCC 元件設(shè)計中，導(dǎo)體線之間連結(jié)的好壞直接影響到所設(shè)計元件的 性能 。圖 23 給出了 通常 容易出現(xiàn)的兩種形式，許多文獻(xiàn)建議設(shè)計 者 采用兩導(dǎo)體線兩連結(jié)端口能夠具有一定的重疊 部分 ， 以便防止出現(xiàn)兩導(dǎo) 線連結(jié)端相脫離 的現(xiàn)象 。兩端口交疊部分一般為 2mil。 圖 23 導(dǎo)體線連結(jié)形式 導(dǎo)體線寬、線間距 圖 2 表 24 分別 給出了導(dǎo)體線寬、線間距示意圖 及相應(yīng)的 尺 寸。 表 24 給出了與圖 223 相對應(yīng)的尺寸 描述對象 標(biāo)準(zhǔn) (mil) 高密度 (mil) A 導(dǎo)體線寬 (MIN) 6 4 B 線間距 (MIN) 6 4 C 線到基板邊界距離 8 6 D 線線中心距離 (MIN) 12 6 第二章 LTCC 技術(shù) 19 圖 24 導(dǎo)體線寬、線間距示意圖 通孔 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體設(shè)計 原則 與通孔覆蓋盤相關(guān)聯(lián)，考慮到通孔的縱橫比，通孔的尺寸受限于生瓷帶的厚度，設(shè)計通孔時需要注意： 1) 保持通孔直徑在整個設(shè)計中的唯一性。 2) 保持通孔、生瓷帶縱橫比為一個最優(yōu)定值。 堆積孔 圖 25 導(dǎo)熱、信號、射頻屏蔽通孔的側(cè)視圖 從用途上分，通孔有很多種，如導(dǎo)熱通孔、信號通孔、射頻屏蔽通孔，圖25 給出了這幾種通孔的側(cè)視圖。導(dǎo)熱孔是典型的堆積通孔，它的通孔直徑較大，電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 20 一般為 8mil、 12mil，通孔覆蓋盤直徑大于 8mil。信號通孔 是 經(jīng)由連結(jié)中間層和底層的堆積孔，它的通孔覆蓋盤遵從標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體設(shè)計 原則 。射頻屏蔽通孔是在每層與導(dǎo)體間電氣連結(jié)的堆積孔，它的覆蓋盤也是遵從標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體設(shè)計 原則 。 通孔 圖 2 表 25 分別 給出了電氣通孔及通孔覆蓋盤截面圖 及相應(yīng)的 尺寸 。 圖 26 電氣通孔及通孔覆 蓋盤的截面圖 表 25 通孔及覆蓋盤尺寸 描 述 標(biāo)準(zhǔn) (mil) 通孔 (直徑 ) 4 6 8 10 12 覆蓋盤 (直徑 ) 10 12 14 通孔間距 最小通孔間距 (中心距 )，同一層內(nèi)應(yīng)為 179。通孔直徑，兩層間交錯通孔錯位為 2179。通孔直徑，最小通孔中心距基板邊沿距離應(yīng)為 3179。通孔直徑，如圖 27 所示。 圖 27 通孔間距 第二章 LTCC 技術(shù) 21 射頻通孔 對涉及到 高頻線 及 受約束阻抗線 的 設(shè)計 ， 需要 考慮 埋置同軸型屏蔽， 可以 通過 經(jīng)由受約束線兩邊平行放置、穿越外面的通孔來實現(xiàn)。射頻通 孔間距可以小到50μ m(在不同層上平行放置 )。射頻通孔也可以 為 堆積 形式 ，如圖 28 所示。 圖 28 射頻通孔頂視圖及側(cè)視圖 電源及接地 地和電源應(yīng)盡可能的采用網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體覆蓋面積應(yīng)小于 50%。 局部 地方可以使用塊狀地電源，來提高電路的射頻性能。網(wǎng)格平面中的線軸應(yīng)平行于基板邊界或與基板邊界成 45℃的角度。 饋通 假如一個通孔 需 通過電源、地面 或其他網(wǎng)格層，則該 電源或地面導(dǎo)體 應(yīng)盡量遠(yuǎn)離 該 通孔，如圖 29 所示。 圖 29 網(wǎng)格化中的饋通 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 22 網(wǎng)格化地面 圖 2 表 26 分別給出了網(wǎng)格化地面中各 種設(shè)計 及相應(yīng)的 尺寸。 圖 210 網(wǎng)格化地面 表 26 網(wǎng)格化地面設(shè)計尺寸 標(biāo)準(zhǔn) (mil) 高密度 (mil) A 網(wǎng)格間距 8 4 B 網(wǎng)格線 8 4 C 通孔覆蓋盤距地面 6 4 D 線平面 /總線 6 4 E 平面 /總線平面 /總線 6 4 空腔 空腔 是 于燒結(jié)前對未疊層的生瓷帶片上沖孔形成的。可以利用空腔埋置有源元件和無源元件，從而實現(xiàn)高密度封裝。圖 211 給出了 LTCC 技術(shù)中的空腔，腔壁厚不應(yīng)太小，需滿足 B≥ ；通孔邊界到腔壁距離 C 不能小于通孔直徑的 倍；空腔底面導(dǎo)體距腔壁 D 應(yīng)大于 200μ m； 埋置或外漏導(dǎo)體到腔壁的距離 E最小為 250μ m； 連結(jié)端寬度 F 不小于 。 第二章 LTCC 技術(shù) 23 圖 211 LTCC 技術(shù)中的空腔 LTCC 技術(shù)仿真及設(shè)計軟件介紹 嵌入式的無源元件，如：電感、電容、濾波器等，都無法簡單的像傳統(tǒng)的射頻元件以矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及量測校正技術(shù)就可以輕易的特性化，若涉及到復(fù)雜的互連線結(jié)構(gòu)，勢必要以一個可以估計的方法去實現(xiàn)。我們可以通過電磁場仿真軟件，即可以預(yù)測無源元件的性能。目前市面上的電磁場仿真軟件有： Ansoft HFSS、Ensemble、 Son 及 IE3D 等，這些軟件可以使得設(shè)計者在不需要實際試驗量測前，便可以預(yù)知所設(shè)計元件的一些性能，如散射參數(shù)及低頻段電感、電容值等，這樣便可以減少元件的設(shè)計及制作周期。不過由于這些模擬軟件畢竟無法完全模擬真實的測量環(huán)境，因而限制了模擬結(jié)果的真實性和準(zhǔn)確性，模擬結(jié)果具有參考性。各公司的電磁場模擬仿真軟件所采用的數(shù)值方法并不完全一致，因而熟悉各個軟件所依賴的數(shù)值方法，對于掌握模擬與實際測量結(jié)果的誤差來源具有非常重要的作用。 目前電磁場軟件主要有 3D 及 兩種， 前者為三維結(jié)構(gòu)全波電磁場分析軟件，例如 Ansoft HFSS, Ansoft HFSS 軟件具有模擬仿真結(jié)果準(zhǔn)確性高的優(yōu)點，但Ansoft HFSS 運算時間較長，對工作機(jī)要求較高。后者例如 Ensemble、 Son、 IE3D等，具有運算時間快的優(yōu)點，但其需要設(shè)定無窮大的介質(zhì)。除了以電磁場軟件來模擬、設(shè)計 LTCC 元件之外，微波電路軟件，如 Agilent ADS,在整個 LTCC 元件設(shè)計中能夠編寫現(xiàn)有理論數(shù)學(xué)方程式，進(jìn)一步提取電路參數(shù)的功能。下面將主要介紹一下 Ansoft HFSS 和 Agilent ADS 軟件。 Ansoft HFSS軟件是適用于射頻、無線通信、封裝及光電子設(shè)計的任意形狀三維電磁場仿真的軟件。 ANSOFT HFSS是業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場標(biāo)準(zhǔn)仿真軟件包，它必將為射頻、無線通信、封裝及光電子產(chǎn)品新功能的開發(fā)提供嶄新高效的研究手段。本軟件徹底擺脫了傳統(tǒng)的設(shè)計模式，大大減少了研制費用和時間，加快產(chǎn)品電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 24 進(jìn)入市場的步伐。 HFSS提供了一簡潔直觀的用戶設(shè)計界面、精確自適應(yīng)的場求解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的 S參數(shù)和全波電磁。 圖 212 Ansoft HFSS設(shè)計流程圖 Ansoft HFSS的自適應(yīng)網(wǎng)格加密技術(shù)使 FEM方法得以實用化。初始網(wǎng)格（將幾何子分為四面體單元）的產(chǎn)生是以幾何結(jié)構(gòu)形狀為基礎(chǔ)的，利用初始網(wǎng)格可以快速解算并提供場解信息，以區(qū)分出高場強(qiáng)或大梯度的場分布區(qū)域。然后只在需要的區(qū)域?qū)⒕W(wǎng)格加密細(xì)化，其迭代法求解技術(shù)節(jié)省計算資源并獲得最大精確度。必要時還可方便地使用人工網(wǎng)格化來引導(dǎo)優(yōu)化加速網(wǎng)格細(xì)化匹配的解決方案。 HFSS采用高階基函數(shù)、對稱性和周期邊界等方法，從而節(jié)省計算時間和內(nèi)存，進(jìn)一步加大求解問題的規(guī)模并加速求解的速度。 第二章 LTCC 技術(shù) 25 Ansoft有 自己的獨特優(yōu)勢：由 Ansoft Designer和 Ansoft HFSS構(gòu)成的 Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計解決方案，它以 Ansoft公司居于領(lǐng)先地位的電磁場仿真工具為基礎(chǔ)，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級的快速而精確的設(shè)計手段，覆蓋了高頻設(shè)計的所有環(huán)節(jié)。其集成化的設(shè)計環(huán)境和獨有的 ―按需求解 技術(shù)使設(shè)計工程師們在設(shè)計的各個階段都能充分考慮結(jié)構(gòu)的電磁效應(yīng)對性能的影響，實現(xiàn)對整個設(shè)計流程的完全控制，從而進(jìn)一步提高了仿真精度，完成整個高頻系統(tǒng)的端對端設(shè)計， 圖 212給出了 HFSS模擬的 完整流程圖。 圖 223 采用 HFSS 和 ADS 軟件設(shè)計 LTCC 電感流程圖 Agilent ADS 是 Agilent 公司推出的一套電路自動設(shè)計軟件。 Agilent 公司把已有產(chǎn)品 HP MDS(Microwave Design System)和 HP EEsofIV (Electronic Engineering 設(shè)計目標(biāo) （ Leff 、 Q 、 SRF 、面積） LTCC 埋置電感類型 三維全波電磁場仿真 （ HFSS） 提取 S 參數(shù) 等效電路模型 電路拓?fù)鋱D仿真（ ADS） 等效電路模型中元件值 Leff 、 Q 、 SRF 等 滿 足 要 求 是 否 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 26 Software)兩者的精華有機(jī)的結(jié)合起來，并增加了許多新的功能，構(gòu)成了功能強(qiáng)大的 ADS 軟件。 ADS 軟件范圍涵蓋了小至元器件 ,大到系統(tǒng)級的設(shè)計和分析 ，主要包括 RFIC 設(shè)計軟件、 RF 電路板設(shè)計軟件、 DSP 專業(yè)設(shè)計軟件、通訊系統(tǒng)設(shè)計軟件以及微波電路設(shè)計軟件。 ADS 軟件仿真手段豐富多樣，可實現(xiàn)包括時域和頻域、數(shù)字與模擬、線性與非線性、噪聲等多種仿真分析手段，并可對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行成品率分析與優(yōu)化，從而大大提高了復(fù)雜電路的設(shè)計效率，是非常優(yōu)秀的微波電路、系統(tǒng)信號鏈路的設(shè)計工具。不但其仿真性能優(yōu)越 ,而且提供了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)后處理能力。該軟件切實考慮到工程實際中各種參數(shù)對系統(tǒng)的影響，對要求分析手段多樣，運算量大的仿真分析，尤其適用。 ADS 軟件可應(yīng)用于整個現(xiàn)代通信系統(tǒng)及其子系統(tǒng)，能對通信系統(tǒng)進(jìn)行快速、便捷、有效的設(shè)計和仿真。這是以往任何自動設(shè)計軟件都不能夠的。所以， ADS 已被廣大電子工程技術(shù)人員接受，應(yīng)用也愈加廣泛。圖 223 中給出了采用 HFSS 和 ADS 軟件設(shè)計 LTCC 電感流程圖。 本章小結(jié) 通過本章我們可以掌握： ? LTCC 技術(shù) 基本工藝 流程及每一流程中 的 關(guān)鍵 問題； ? 對 LTCC 技術(shù)電路設(shè)計部分原則有 一 系統(tǒng)地了解； ? 了解 LTCC 技術(shù)應(yīng)用軟件： Ansoft