如何用DFM方法提高LTCC設計效率

多層LTCC結構通常會(huì )在低溫共燒過(guò)程中發(fā)生收縮。不過(guò)，有一些制造商提供“零收縮”材料，其收縮僅限于Z方向。這些材料會(huì )比標準LTCC磁帶材料和工藝昂貴許多。收縮對采用LTCC材料獲得高性能帶來(lái)了挑戰，并且限制了LTCC部件或者子系統產(chǎn)出。因此，它可能會(huì )妨礙LTCC在那些要求高性能和高產(chǎn)量的產(chǎn)品中的應用。盡管如此，采用制造方法設計(DFM)能幫助實(shí)現一次LTCC設計成功，連收縮都可接受。

LTCC的DFM方法包括開(kāi)發(fā)一種設計流程來(lái)為L(cháng)TCC內嵌無(wú)源部件生成寬帶模型。這些模型同一些從DFM技術(shù)發(fā)展而來(lái)的無(wú)源LTCC電路一起出現，被用來(lái)實(shí)現一次設計成功。無(wú)源電路采用先進(jìn)設計系統(ADS)和動(dòng)力(Momentum)軟件工具開(kāi)發(fā)，這些軟件工具來(lái)自安捷倫技術(shù)(www.agilent.com/find/eesof)。ADS是一種流行的電子設計自動(dòng)化軟件工具，它包括RF集成電路(RF IC)、單片微波集成電路(MMIC)、SiP、模塊和電路等的電路/系統仿真器和布線(xiàn)工具。用ADS還能進(jìn)行統計設計研究，例如蒙特卡洛分析(Momentum是一種三維(3D)平面電磁場(chǎng)(EM)仿真工具，可用于研究很寬范圍內的3D平面高頻電流和平面場(chǎng)行為)Momentum接受任意的幾何尺寸設計，如多層結構，然后它準確仿真復雜的EM效應如耦合與寄生。多層LTCC非常適合于采用像Momentum這樣的3D平面工具來(lái)仿真。

無(wú)線(xiàn)手持設備的典型前端包含帶有定向耦合器的發(fā)射級，定向耦合器用作功率控制測量，功率控制的目的是確保發(fā)射功率在給定手持設備所規定的限制范圍之內，保持發(fā)射功率在這些限制之內對規范頻譜是必要的，因為對于幅度調制(AM)信號，手持設備RF功率放大器的工作范圍必須在其線(xiàn)性范圍之內。功率控制環(huán)依賴(lài)定向耦合器來(lái)感應入射功率，任何從其它方向到達定向耦合器的的功率可能會(huì )造成錯誤讀取測量功率，因為手持設備的功率放大器能產(chǎn)生無(wú)用的諧波能量電平，一種低通濾波器被專(zhuān)門(mén)加到發(fā)射器架構中來(lái)維持發(fā)射頻譜能量在規定范圍內。

為保證手持設備功率符合規定限制，設計定向耦合器和低通濾波器需要一種健壯性設計技術(shù)。這兩種部件將被用作實(shí)例來(lái)明如何用DFM方法來(lái)研究過(guò)程變差和LTCC布線(xiàn)參數及其對某些輸出參數的影響，如插損。一些變差在設計無(wú)源LTCC電路中是可預期的，典型的變差包括介電常數改變，基底厚度改變，傳輸線(xiàn)寬度改變和層間對齊改變。希望使一些變差在制造過(guò)程中得到監控，而為了實(shí)現一次設計成功，這個(gè)問(wèn)題必須得到解決。

圖1的流圖說(shuō)明了這些參數對某些定向耦合器輸出參數間的相互影響，這些輸出參數是插損，方向性和耦合比。圖表中ε、T、W和AL分別代表介電常數、基底厚度、線(xiàn)寬和對齊度。還有“加”、“減”符號分別表示極端情況下上端和下端指標。根據LTCC材料供應商的數據，介電常數變化最小，而其它三個(gè)參數，基底厚度、線(xiàn)寬和對齊度必須被加以考慮。

這里給出的定向耦合器例子具有側面嵌入耦合線(xiàn)。耦合器有四個(gè)端口：射頻輸入，耦合端口，隔離端口以及射頻輸出端口。圖2顯示了布線(xiàn)(具有端口定義)情況。用Momentum仿真了定向耦合器性能，圖3是耦合器插損和耦合比的測量與仿真結果比較。仿真數據與測量數據接近一致。為了說(shuō)明這種方法，還采用該方法設計了低通濾波器實(shí)例(圖4)。