LTCC低通濾波器的設(shè)計(jì)及研究報(bào)告

-.z.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生：____________學(xué)號(hào)：__________________________學(xué)院：____科技大學(xué)____________________專業(yè)：____通信工程___________________題目：____LTCC低通濾波器的設(shè)計(jì)與研究指導(dǎo)教師：___王靜_________________評(píng)閱教師：________________________2015年5月畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中文摘要隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛使用，研制高性能、小型化和輕量化的微波濾波器逐漸成為了一項(xiàng)緊迫的技術(shù)課題和市場(chǎng)需求，這使得以PCB板技術(shù)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)射頻濾波器結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了減小濾波器的體積尺寸，適應(yīng)現(xiàn)今的射頻集成電路及系統(tǒng)封裝方面的要求，基于低溫共燒瓷(LTCC)技術(shù)的濾波器設(shè)計(jì)技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。LTCC技術(shù)在微波濾波器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，加速了濾波器由平面電路向多層電路方向發(fā)展，這一技術(shù)的應(yīng)用極減小了器件體積。絲網(wǎng)印刷工藝主要參數(shù)的研究分析對(duì)提高絲網(wǎng)印刷品的精度和質(zhì)量有著非常重要的作用，對(duì)實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印刷工藝參數(shù)的規(guī)化和數(shù)據(jù)化管理有著重要意義。影響絲網(wǎng)印刷精度的因素比較多，本文主要就影響精細(xì)絲網(wǎng)印刷的因素進(jìn)行了分析。絲網(wǎng)印刷在電子工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在印制電路板上的應(yīng)用尤為突出，從印制電路板的位置精度和尺寸精度兩方面深入探討精細(xì)絲網(wǎng)印刷工藝主要參數(shù)間相互的在聯(lián)系，把流體力學(xué)中的潤(rùn)滑理論引入印刷過(guò)程，建立了一個(gè)綜合印刷過(guò)程中各因素動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，為實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的規(guī)化和數(shù)據(jù)化，提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞低溫共燒瓷LTCC微波濾波器低通濾波器目錄1緒論12LTCC技術(shù)22.1LTCC技術(shù)簡(jiǎn)介22.2LTCC的獨(dú)特性32.3LTCC技術(shù)的應(yīng)用42.4LTCC的發(fā)展前景52.5LTCC工藝流程63微波濾波器原理93.1濾波器簡(jiǎn)介93.2濾波器分類93.3LTCC微波濾波器發(fā)展現(xiàn)狀103.4微波濾波器設(shè)計(jì)104LTCC微波低通濾波器的設(shè)計(jì)134.1LTCC低通濾波器設(shè)計(jì)步驟134.2電路設(shè)計(jì)與仿真154.3濾波器各單元尺寸的確定和模型的建立164.4濾波器的測(cè)試結(jié)果18結(jié)論19致20參考文獻(xiàn)21-.z.1緒論隨著無(wú)線通信技術(shù)的加速發(fā)展,無(wú)線產(chǎn)品在體積日益變小的同時(shí)，且成本日益降低，而其所具有的性能卻越來(lái)越高，這是通過(guò)產(chǎn)品高集成度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)摩爾定律：IC上可容納的晶體管的數(shù)量,約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍,性能也將會(huì)提升一倍之多[l]。但有源器件/芯片由于受到半導(dǎo)體自身物理?xiàng)l件極限的約束，很大程度上不能真正滿足摩爾定律，所以無(wú)源集成技術(shù)當(dāng)之無(wú)愧的成為作為電子行業(yè)目前關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。其發(fā)展趨勢(shì)由傳統(tǒng)的分立式、表面貼裝式轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在的集成式模塊化。隨著電子產(chǎn)品的小型化和高性能要求越來(lái)越高,對(duì)微波器件的集成度和性能提出了更高的要求,作為微波系統(tǒng)的重要組成部分的濾波器的小型化也是迫在眉睫。微波濾波器作為常用濾波器的一種其性能的好壞關(guān)系到整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量，作為微波射頻電路中的重要元件在無(wú)線通信領(lǐng)域有著重要的作用。這就意味著研制出具有體積小、可靠性高、高性能、延時(shí)小、低成本等微波濾波器具有重要的意義。新型的低溫共燒瓷LTCC(LowTemperatureCo-firedCeramic)技術(shù)是無(wú)源器件的三維集成有源器件和無(wú)源混合集成技術(shù)組裝，它的出現(xiàn)無(wú)疑是給無(wú)源器件發(fā)展中遇到的瓶頸問(wèn)題帶來(lái)了解決方案。這一技術(shù)最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)的80年代，于90年代在歐美國(guó)家得到迅猛發(fā)展。這其中，由數(shù)美國(guó)和日本在該方面的投入較大切取得了一定的成就，它誕生于二十世紀(jì)80年代，并于90年代在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到迅猛發(fā)展,尤其是美國(guó)和日本在該技術(shù)方面進(jìn)行了大量的投入,當(dāng)前已取得很大發(fā)展，這一技術(shù)在無(wú)源元件埋置方面作用巨大，在提高電路的組裝密度和系統(tǒng)的可靠性方面有著重要的作用，非常有利于小型化系統(tǒng)的建立[3]。隨著近代通信技術(shù)的快速發(fā)展，頻譜應(yīng)用資源日益緊，日益緊的頻譜資源和其所具有的不可再生性使得濾波器在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中的角色顯得日益關(guān)鍵。因此，LTCC濾波器的研究是極具必要性和迫切性的。LTCC濾波器是微波濾波器和LTCC工藝技術(shù)完美結(jié)合的一種新型濾波器。LTCC低通濾波器主要是起到對(duì)高頻信號(hào)的濾除而保留低頻信號(hào)。低通濾波器已被廣泛應(yīng)用到各種類型的通信系統(tǒng)，諸如個(gè)人無(wú)線通信，汽車電子，衛(wèi)星導(dǎo)航，彈道指導(dǎo)等，它是現(xiàn)代射頻系統(tǒng)中不可缺少的元器件，其性能的好壞對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量有著重要的影響。2LTCC技術(shù)2.1LTCC技術(shù)簡(jiǎn)介L(zhǎng)TCC（LowTemperatureCo-firedCeramics，低溫共燒瓷）技術(shù)是由美國(guó)休斯公司于1982年研發(fā)的新型無(wú)線電組裝技術(shù)[4]，包含著電路設(shè)計(jì)、材料科學(xué)、微波技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。是一種多層瓷工藝,是國(guó)外廣泛用于制造射頻無(wú)源元件的三維立體集成技術(shù)，除此之外其還是在進(jìn)一步整合與精簡(jiǎn)射頻電路和系統(tǒng)達(dá)到縮小體積的目的時(shí)所采用的一種封裝技術(shù)，這種封裝技術(shù)可提供一個(gè)三維的立體集成平臺(tái)為無(wú)源和有緣器件。LTCC厚膜材料，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的圖形布局和堆疊順序，將金屬電極材料和瓷基板材料一次性共燒結(jié)，得到無(wú)源元件和模塊組裝，需要高度集成無(wú)源元件，減少的數(shù)量表面安裝元件，提高布線密度，降低了引線用焊料連接的數(shù)量，提高了電路的可靠性。LTCC技術(shù)在元件小型化、高性能和高品質(zhì)生產(chǎn)上具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。LTCC低溫共燒瓷技術(shù)是將配已制好的低溫?zé)Y(jié)瓷粉通過(guò)流延工藝制成厚度精確且質(zhì)地致密的生瓷帶,然后以填充孔，孔平，精密印刷線，實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程的關(guān)鍵線，需精密電路圖案的系統(tǒng)，以及多個(gè)嵌在其中的無(wú)源元件，層疊在一起并燒結(jié)在約850℃，制成三維無(wú)源集成電路網(wǎng)絡(luò)組件，或者它可以被制作成置到在其表面上的三維電路板的無(wú)源元件和有源器件從而制成無(wú)源/有源集成功能模塊。圖1是一個(gè)典型的LTCC模塊的示意圖：圖2.1LTCC模塊示意圖2.2LTCC的獨(dú)特性LTCC技術(shù)結(jié)合了厚膜技術(shù)和共燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將印刷有金屬導(dǎo)線的多層生瓷片疊片層壓后共燒，所有電路一次性共燒結(jié)，在重復(fù)燒結(jié)過(guò)程中，既節(jié)省了各工序工作時(shí)間，又降低了制作成本，而且即使發(fā)現(xiàn)*層損壞或不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)也可在燒結(jié)前替換，操作方便靈活[2-4]。厚膜多層（ThickFilmMultilayer）技術(shù)需求單層布線、分層燒結(jié)，因此該過(guò)程操作復(fù)雜、費(fèi)用昂貴。LTCC具有最大限度的密度增加和互連布線長(zhǎng)度盡可能短的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了小型化，高密度電路理想基片布線，它提供了比傳統(tǒng)厚膜、薄膜混合集成技術(shù)更靈活的設(shè)計(jì)方式[5]。在使用帶狀線的LTCC多層電路結(jié)構(gòu)，接地屏蔽和等效腔體結(jié)構(gòu)改善系統(tǒng)中接收和發(fā)射通道之間的隔離狀況以及各器件之間的電磁影響，并提高整體系統(tǒng)的性能之間的電磁效應(yīng)。LTCC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)每層電路的單獨(dú)設(shè)計(jì)以減少修復(fù)過(guò)程從而避免高成本，常用的管腳陣列、球陣列和鑲嵌式扁平集成電路借助LTCC技術(shù)能很方便的得以實(shí)現(xiàn)，而且可以將空腔、階梯、厚膜印刷電阻、電容、電感等都集成到多層基板中。LTCC技術(shù)集成了數(shù)字、模擬、射頻、微波及埋置無(wú)源元件等多種電路技術(shù)，其可將多種電路封裝在統(tǒng)一結(jié)構(gòu)中。在裝配過(guò)程大降低了復(fù)雜程度，減少了接入損耗的同時(shí)大大縮減了封裝后的重量，所有的這些特性使得LTCC材料在軍用和民用中的電子制造系統(tǒng)中最理想的材料。此外，LTCC技術(shù)在很多方面與傳統(tǒng)的集成電路技術(shù)相比較有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可歸納總結(jié)如下[5,6]：(1)不同的材料配比,可混合出多種介電常數(shù)的LTCC材料,使得電路設(shè)計(jì)具有一定的靈活性。(2)可以生產(chǎn)多層基板，并可以嵌入無(wú)源元件在多層基板，有利于提高該電路的填充密度，可以是表面貼裝芯片模塊活性多功能的。(3)用優(yōu)秀的高頻技術(shù)LTCC基板的瓷材料具有高Q特性將可能實(shí)現(xiàn)高達(dá)幾十GHz頻段的設(shè)備。(4)LTCC技術(shù)具有良好的熱導(dǎo)率和溫度特性，有較小的共振頻率溫度系和數(shù)較小的熱膨脹系數(shù)。LTCC基板材料的熱導(dǎo)率是20倍之多有機(jī)層疊體，從而簡(jiǎn)化散熱設(shè)計(jì)，將顯著提高電路的壽命和可靠性。(5)LTCC技術(shù)與傳統(tǒng)的PCB電路相比能滿足更大的電流需求，其抗電流能力更強(qiáng)。(6)高導(dǎo)電性的金屬材料作為導(dǎo)體的這一應(yīng)用，有利于提高電路系統(tǒng)，它有一個(gè)良好的，響應(yīng)速度快的高頻率特性，適合于高頻通信。(7)在制作層數(shù)很多的電路基板的過(guò)程中，容易形成多種結(jié)構(gòu)的空腔，起重可以埋置元器件，從而降低了封裝組件消耗的成本，減少了導(dǎo)體的長(zhǎng)度連接的芯片和接觸點(diǎn)。LTCC技術(shù)可以整合組件類型之多、參數(shù)圍之大，從電感、電容、電阻，對(duì)敏感元件、電磁干擾抑制器件、電路保護(hù)元件等集成在一起，制作完成之后可以直接作為VLSI、LSI、IC等的封裝基板。(8)非連續(xù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，便于基板燒結(jié)完成前對(duì)每一層布線和互連通孔進(jìn)行質(zhì)量檢查，只需一次燒結(jié)即可，這有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。2.3LTCC技術(shù)的應(yīng)用LTCC技術(shù)由于良好的性能，已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如航空，軍事，無(wú)線通信，全球定位系統(tǒng)，無(wú)線局域網(wǎng)，汽車電子，醫(yī)療等。射頻和微波的無(wú)線通信領(lǐng)域是LTCC組件的應(yīng)用，包括以下幾個(gè)方面[6]：(1)LTCC基本元器件：如LTCC電感、電阻、電容等，可實(shí)現(xiàn)在不同場(chǎng)合的單獨(dú)使用和作為L(zhǎng)TCC技術(shù)應(yīng)用于電路基本元件。(2)LTCC功能器件：正如廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信領(lǐng)域的各種LTCC微波濾波器，定向耦合器，平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，雙工器，芯片天線。(3)LTCC模塊：LTCC技術(shù)的特點(diǎn)將是利用集成到每個(gè)模塊具有功能和獨(dú)立的，有源和無(wú)源組件，例如，藍(lán)牙模塊，手機(jī)前端模塊，天線開(kāi)關(guān)模塊，功率放大器模塊，圖像識(shí)別模塊?，F(xiàn)今低溫共燒瓷技術(shù)(LTCC)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,目前來(lái)自美國(guó)、日本等著名的DuPont、CTS、NS、Murata、EPCOS、TDK、AV*等大公司開(kāi)發(fā)的。LTCC產(chǎn)品已進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段，目前其主要的產(chǎn)品包括無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)、地面數(shù)字廣播、全球定位系統(tǒng)接收器組件以及數(shù)字信號(hào)處理器等。目前中國(guó)大陸的LTCC射頻元器件生產(chǎn)企業(yè)主要有順絡(luò)電子、磊德科片式、麥捷科技和佳利等四家企業(yè)。圖1.4所示的是日本京瓷公司所推出的被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信設(shè)備的射頻模塊和EMI濾波器，他們的共同點(diǎn)是都采用了LTCC技術(shù)[7]。圖2.2日本京瓷公司所推出的射頻模塊和EMI濾波器2.4LTCC的發(fā)展前景LTCC技術(shù)具有成本低，易于集成、布線線寬和線間距設(shè)計(jì)靈活的高頻特性等特點(diǎn)，其在最近幾年更是有著顯著的優(yōu)點(diǎn)。LTCC技術(shù)不僅是新的EMI/EMC（電磁干擾）組件的主流制造技術(shù)。同時(shí)也是電子元件復(fù)合化、集成化和模塊化的首選技術(shù)，還是設(shè)計(jì)與制造射頻微波集成元件、模塊及實(shí)現(xiàn)SIP高密度集成系統(tǒng)之關(guān)鍵技術(shù)，并且已經(jīng)成為無(wú)源元件領(lǐng)域的重要發(fā)展方向和元器件產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。LTCC技術(shù)的研究，因?yàn)榇箨戄^晚介入，雖然在相關(guān)領(lǐng)域LTCC技術(shù)已取得了一定的成績(jī)，與國(guó)外和國(guó)的技術(shù)有很大的差距，因此，現(xiàn)對(duì)LTCC相關(guān)技術(shù)展開(kāi)廣泛而深入的研究對(duì)國(guó)防和民用高科技領(lǐng)域來(lái)說(shuō)有著非常重要現(xiàn)實(shí)意義。2.5LTCC工藝流程LTCC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的工藝流程較為復(fù)雜，其制造工藝的趨勢(shì)是小孔、細(xì)線和高密度。圖1.1為L(zhǎng)TCC主要的工藝流程[8]。圖2.3LTCC工藝流程(1)流延流延工藝包括配料、真空除氣和流延三個(gè)過(guò)程。對(duì)流延出的生瓷膜片的要：致密，均勻的厚度（0.1?0.2mm左右），也有一定的強(qiáng)度，以確保其具有不小于11厘米且具有足夠的強(qiáng)度寬度，關(guān)鍵鑄造過(guò)程是在控制的機(jī)械設(shè)備，材料的配方和工藝參數(shù)。流延漿料的制備必須具有兩個(gè)條件，一個(gè)是制備流延粘合劑時(shí)，及時(shí)添加潤(rùn)濕劑，以改善粉末的分散性和漿料的流動(dòng)性；另一個(gè)是在該混合漿料中添加除泡劑，攪拌以除去氣泡。這樣就能獲得致密、均勻且韌性十足的流延膜帶。目前大部分流延設(shè)備都是與MLC配套引進(jìn)國(guó)的，流延的厚度一般都保持在0.1mm以下。(2)切片瓷生帶大多數(shù)是以卷軸形式供給，將整卷的生瓷帶按固定尺寸進(jìn)行切割并做好記錄標(biāo)識(shí)。切片時(shí)應(yīng)該將其展開(kāi)于潔凈的不銹鋼工作臺(tái)面之上，可采用切割機(jī)、激光或沖床進(jìn)行切割，如果采用激光切割，應(yīng)注意控制激光的功率以免引起瓷生帶的燃燒。(3)打孔主要用于打兩個(gè)孔：一個(gè)是定位孔，所述定位孔合格與否直接影響了部圖案在印刷時(shí)的位置精度；另一類是連接孔，連接孔是在每單層瓷片上根據(jù)要求形成微孔，其目的是為了連接不同層之間的電路的形式，其質(zhì)量直接影響填充孔的質(zhì)量，孔過(guò)大或太小可能會(huì)影響最終產(chǎn)品的電性能。通孔質(zhì)量的好壞直接影響布線的密度和通孔金屬化的質(zhì)量，通孔過(guò)大或過(guò)小都不易形成盲孔。瓷生帶的打孔主要有3鐘方法：鉆孔、沖孔和激光打孔。鉆孔的打孔速度為每秒3～5孔，精確為±50um，最小的孔直徑一般高于0.25mm，在鉆更小通孔時(shí)，鉆頭極易折損，鉆孔成本昂貴；沖孔的速度大于鉆孔的速度，可根據(jù)沖床的不同和所沖孔的復(fù)雜程度而有所變化，所沖出的孔徑小于鉆孔孔徑并且精度很高，可謂是很好的打孔方法；激光法打孔精度和孔徑都介于鉆孔和沖孔之間，但其打孔速度為最高，且所打孔易于形成盲孔，故是最理想的打孔方法。對(duì)于LTCC工藝而言，最好的通孔直徑為0.15～0.25mm。這都有利于提高布線密度和改善通孔金屬化。假如通孔直徑大于等于0.3mm或小于等于0.15mm，金屬化時(shí)會(huì)很難形成盲孔，從而在很大程度上降低了基板的成品率和可靠性。(4)填孔填孔是利用復(fù)合鋼網(wǎng)通過(guò)刮刀擠壓的方式將符合生瓷片材料特性的導(dǎo)體裝料填充到連接微孔中,以達(dá)到連接上下層電路的目的。填孔是制造LTCC基板中的關(guān)鍵工藝之一，其方法有三種：厚膜印刷、絲網(wǎng)印刷（ScreenPrinting）和導(dǎo)體生片填充法。印刷機(jī)是專門(mén)為L(zhǎng)TCC生產(chǎn)而設(shè)計(jì)出產(chǎn)的，其工作臺(tái)的材質(zhì)是多孔瓷或金屬板，四角上各有一個(gè)與生瓷片上定位孔一致的金屬定位柱，直徑多為1.5～1.6mm；工作時(shí)，工作臺(tái)下面用真空機(jī)抽成負(fù)壓，使用適中壓力，一般為665～864.5Pa（500～650mmHg）。厚膜印刷和絲網(wǎng)印刷時(shí)，要在工作臺(tái)和生瓷帶之間放一濾紙（或用硅酮浸過(guò)的擦鏡紙），以防止金屬漿料從通孔漏到工作臺(tái)上，印刷后把生瓷片和濾紙一起取走，在70～100℃下烘烤5～10min，然后再取下濾紙。導(dǎo)體生片填充法是將厚度略大于瓷生帶的導(dǎo)體生片沖成通孔以達(dá)到金屬化的目的。導(dǎo)體生片采用流延工藝生成，此法可提高多層基板的可靠性，但工藝不夠成熟。填充通孔的漿料應(yīng)該具有適當(dāng)?shù)酿ざ群土鲃?dòng)性。選擇填充漿料不當(dāng)，印刷時(shí)不易形成盲孔，通孔填充后要進(jìn)行烘干、盲孔檢查和修補(bǔ)。(5)印刷版圖印刷版圖時(shí)，必須根據(jù)對(duì)位精度及通孔大小來(lái)設(shè)計(jì)線寬、線間距及其它參數(shù)才能保證基板的成品率。采用LTCC基板技術(shù)雖然可以把線和線間距做到很細(xì)，但成本會(huì)增加，所以要加以考慮。LTCC基板部圖形印刷有兩種方法：絲網(wǎng)印刷和計(jì)算機(jī)直接描繪法，表面圖案的印刷有四種方法，絲網(wǎng)印刷，電腦直接寫(xiě)入方法，淤漿方法光刻和薄膜沉積。計(jì)算機(jī)直接繪圖技術(shù)因其在印刷過(guò)程不需要制作印刷模版和印刷過(guò)程中的對(duì)位，是印刷導(dǎo)體中常用的一個(gè)方法，但不足之處是，設(shè)備投資大，操作復(fù)雜，而且生產(chǎn)效率低。絲網(wǎng)印刷圖形和打印孔，生瓷帶通過(guò)多孔石的真空吸氣達(dá)到固定目的，可以采用影像或機(jī)械方式對(duì)其進(jìn)行對(duì)位。印刷過(guò)程中對(duì)定位基準(zhǔn)的要求更為嚴(yán)格，定位精度不好時(shí)，基板配線網(wǎng)絡(luò)會(huì)出現(xiàn)開(kāi)放或短路，不一樣的布線密度（線寬度間距、通孔直徑，通孔的覆蓋圍、孔行距等），對(duì)定位精度有著不同的要求。影響定位精度的主要因素是：打孔精度誤差、照相制版精度誤差和印刷機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)位視覺(jué)誤差。目前Ferro公司采用的AM19156型自動(dòng)可視對(duì)位印刷機(jī)能達(dá)到較為理想的對(duì)位效果。(6)疊層與熱壓將完成通孔填充和已經(jīng)金屬化后的生瓷片放入疊片模具中，疊片模具上設(shè)計(jì)有與生瓷片對(duì)位孔相一致的對(duì)位柱，以確保對(duì)位精度。模具是最好用硬質(zhì)材料加工，以防止在經(jīng)過(guò)多次使用后發(fā)生變形。而層壓過(guò)程中，最關(guān)鍵的是壓力大小的適中和壓力施展的均勻。當(dāng)壓力過(guò)大的時(shí)候，在排膠的過(guò)程中易發(fā)生氣泡層；而在壓力過(guò)小時(shí)則會(huì)產(chǎn)生分層，從而導(dǎo)致基板的收縮率變大，收縮一致性較差。(7)切割切割是指將燒結(jié)前，在考慮收縮率的問(wèn)題下將經(jīng)過(guò)熱壓后的疊層瓷片按事先設(shè)計(jì)好的切割尺寸依次切割成單個(gè)元器件的過(guò)程。(8)排膠與燒結(jié)排膠過(guò)程一般都發(fā)生在馬福爐中，而基板的厚度確定了排腳速度，在正常情況下的升溫速度為0.2?0.5℃/分鐘，升到450℃時(shí)，保溫3?5小時(shí)。而燒結(jié)卻既可以在馬福爐中發(fā)生也可以在鏈?zhǔn)綘t進(jìn)行，其升溫速度一般在為8℃/min，燒結(jié)曲線和爐膛溫度的均勻性是燒結(jié)過(guò)程的關(guān)鍵，對(duì)燒結(jié)結(jié)束后基板的平整度和收縮率有著極大的影響。爐溫均勻性會(huì)影響燒結(jié)收縮率的問(wèn)題導(dǎo)致基板收縮不一致，在燒結(jié)過(guò)程中，溫度上升過(guò)快也會(huì)造成燒結(jié)平整度差的問(wèn)題。(9)檢查測(cè)試燒結(jié)完成后，首先需要對(duì)基板外觀進(jìn)行目測(cè)，可能會(huì)出現(xiàn)的物理缺陷包括：分層、裂紋和翅曲；其次就是需要進(jìn)行幾項(xiàng)檢查來(lái)評(píng)估可靠性：a、檢查收縮系數(shù)，主要是檢查尺寸的變化來(lái)判斷基板是否有超差。b、檢查基板的電氣性能如電性能、電阻、特性阻抗等，以驗(yàn)證基板布線的連接性。LTCC多層布線基板包含了與焊區(qū)上相連的若干電氣網(wǎng)絡(luò)。這些基板上的焊區(qū)有兩個(gè)作用，一是起著信號(hào)出入基板的作用，二是電氣的連接作用。為了保證基板上布線正確，必須對(duì)基板上每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有焊區(qū)進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試和對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離測(cè)試。另外，還要測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)通電阻或信號(hào)延遲、串音等。主要是用探針測(cè)試儀、美國(guó)微組裝系統(tǒng)(MMS)公司的自動(dòng)晶片探針儀兩種測(cè)量器進(jìn)行測(cè)量。LTCC的檢測(cè)一般放在基板制造完成后進(jìn)行，在一些特殊情況下，為了方便監(jiān)測(cè)各工序的成品率也可采取加工過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)或階段性檢測(cè)。3微波濾波器原理3.1濾波器簡(jiǎn)介在電子通信技術(shù)，以產(chǎn)生早期和檢查出如何提取有用信號(hào)的問(wèn)題，并且該過(guò)濾器是在這方面的需求已經(jīng)發(fā)明了。過(guò)濾器具有廣泛的在電路中，它允許信號(hào)到一個(gè)或多個(gè)頻率和平穩(wěn)運(yùn)輸通過(guò)，也可以是一個(gè)或多個(gè)有效衰減的信號(hào)的頻率，簡(jiǎn)單地說(shuō)應(yīng)用，是一種過(guò)濾器的頻率選擇性設(shè)備。過(guò)濾器可以在輻射規(guī)定的頻段定義大功率發(fā)射機(jī)，并能防止接收器的工作頻帶之外的干擾。在實(shí)踐中，在軍事通信，衛(wèi)星通信，和個(gè)人移動(dòng)通信的其他方面的過(guò)濾器發(fā)揮的應(yīng)用需求，這些領(lǐng)域的發(fā)展中起重要作用也提出了過(guò)濾器更高的要求，如具有更高的頻率選擇性的插入損失，更合理。電子通信技術(shù)和過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展發(fā)展是相互依存和發(fā)展過(guò)濾技術(shù)，以促進(jìn)電子通信技術(shù)，電子通訊技術(shù)和過(guò)濾技術(shù)提出了更高的發(fā)展要求。3.2濾波器分類根據(jù)不同的分類方法，濾波器的類型一般有以下幾種：1）按頻率通帶圍來(lái)分類，濾波器一般可以分成四類：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。圖2.4給出了它們的頻響特性,其中縱軸都是取了絕對(duì)值,所以數(shù)值都是正的。圖3.1各種濾波器的頻響特性2）分類通過(guò)處理信號(hào)的類型，則該過(guò)濾器可以分為兩大類：模擬濾波器和離散濾波器。其中所述模擬濾波器可分為被動(dòng)型，異構(gòu)三種類型。

3）其它類別包括：分類根據(jù)工作（例如反射，吸收等等），根據(jù)負(fù)荷類型（如單端雙終端等），根據(jù)帶尺寸類別（如寬帶，窄帶等）。3.3LTCC微波濾波器發(fā)展現(xiàn)狀在設(shè)計(jì)LTCC濾波器前輩方面已經(jīng)做了很多工作。已經(jīng)出現(xiàn)了各種結(jié)構(gòu)的多層介質(zhì)濾波器用于不同的目的，越來(lái)越小，性能越來(lái)越好。盈-休伊鉦，盛FUHR.暢，蕭曠林設(shè)計(jì)2.45GHz的中心頻率，并具有帶通濾波器四種傳輸零點(diǎn)[9]。KC，HT和WSH黃低通濾波器和一個(gè)高通濾波器級(jí)聯(lián)的方法設(shè)計(jì)了一個(gè)中心頻率2.94GHz寬帶帶通濾波器，66％[10]的相對(duì)帶寬。Prasath，SDRThenmozhi和A.Raju.S.Abhaikumar.V。設(shè)計(jì)了一個(gè)小的，截止頻率是適合于期IEEE802.16a在的1.35GHz低通濾波器[11]。3.4微波濾波器設(shè)計(jì)在1915初，名為K.WWagner的德國(guó)科學(xué)家首次創(chuàng)建一個(gè)過(guò)濾器的設(shè)計(jì)方法，在這之后很多研究者開(kāi)始濾波器設(shè)計(jì)理論集總元件電感器和電容器系統(tǒng)的研究，更全面的濾波器設(shè)計(jì)方法，在1940年形成，這兩個(gè)設(shè)計(jì)步驟尤為重要：第一是確定與合規(guī)傳遞函數(shù)特性的要求;其次是預(yù)先合成傳遞函數(shù)電路。因?yàn)槲⒉V波器逐漸被應(yīng)用到更高的頻率，這是從一個(gè)新的領(lǐng)域，分布參數(shù)元件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的原始集總元件LC諧振器的設(shè)計(jì)階段相應(yīng)地設(shè)計(jì)。分布參數(shù)的方法是基于在插入衰減和插入相移函數(shù)，直接應(yīng)用理論來(lái)確定傳輸線或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)微波濾波器元件。同時(shí)，在微波過(guò)濾材料領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)步，也極推動(dòng)了濾波器設(shè)計(jì)方法的出現(xiàn)和發(fā)展更多的濾波器結(jié)構(gòu)。使用網(wǎng)絡(luò)的合成方法已知為傳統(tǒng)過(guò)濾器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，網(wǎng)絡(luò)的合成方法是先來(lái)先再一個(gè)過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)元件的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它分為三個(gè)步驟：首先，建議的目標(biāo)，即提供了理想的響應(yīng);其次，可能的功能選擇，以近似理想響應(yīng);再次，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)近似的功能特性。由于使用了不同的逼近函數(shù)，一般集成巴特沃斯，Chehyshev全面，橢圓函數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)和集成方法。之所以比雪夫函數(shù)通常用于不僅相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，并具有良好的衰減特性和急劇轉(zhuǎn)變。原型濾波器的設(shè)計(jì)方法是微波濾波器的設(shè)計(jì)方法現(xiàn)在廣泛應(yīng)用，所謂原型濾波器的設(shè)計(jì)方法是一個(gè)低通濾波器作為原型，以獲得所需的濾波器由頻率轉(zhuǎn)換值的電抗元件，然后通過(guò)相應(yīng)的集總的或分布式實(shí)現(xiàn)元素。采用原型濾波器的設(shè)計(jì)好處是你可以檢查巴特沃斯，直接獲得Chehyshev低通濾波器元數(shù)值表中的值，從而克服復(fù)雜的缺陷的理論分析。常見(jiàn)的兩種低通原型濾波器電路拓?fù)淙鐖D3.2所示,圖中(a)和(b)所示兩個(gè)電路互為對(duì)偶電路,它們具有相同的響應(yīng)特性。圖3.2低通原型電路原理圖在微波電路設(shè)計(jì)中，一般用下述三種方法去實(shí)現(xiàn)微波濾波器：(1)用集總元件去構(gòu)成微波濾波器，它的突出優(yōu)點(diǎn)是顯著地減小了電路的尺寸，特別是在S波段以下的頻段，設(shè)計(jì)方法也相對(duì)較為靈活，其缺點(diǎn)是對(duì)制作工藝的要求較高。(2)用半集總元件去構(gòu)成微波濾波器，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，而且設(shè)計(jì)計(jì)算也不很復(fù)雜，因而此法被廣泛應(yīng)用。(3)用電長(zhǎng)度相等的傳輸線段去實(shí)現(xiàn)分布的相應(yīng)原型濾波器，再進(jìn)行Richard轉(zhuǎn)換，及利用Kuroda四種單元變換，從而獲得易于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)形式。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，所需數(shù)據(jù)有現(xiàn)成公式表格可查，美中不足是在微波低端體積大。在第二和第三個(gè)方法中，低通原型在微波集成電路中的可實(shí)現(xiàn)性要受到電路能夠?qū)崿F(xiàn)的高、低阻抗數(shù)值的嚴(yán)格限制。LTCC微波濾波器的設(shè)計(jì)包括諸多方面，電磁性能設(shè)計(jì)、應(yīng)力設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)等都在考慮圍之，其中最為關(guān)鍵的便是電磁性能設(shè)計(jì)。由于疊層LTCC濾波器中包括多個(gè)等效的分立元件，不僅存在同一層的電磁耦合，還存在垂直方向上的層與層之間電磁耦合，從而形成多種寄生耦合電感、電容和諧振器。對(duì)于LTCC濾波器的設(shè)計(jì)而言，除了采用原型濾波器設(shè)計(jì)法綜合設(shè)計(jì)之外，還需要將LTCC濾波器結(jié)構(gòu)中多個(gè)參數(shù)利用微波CAD軟件進(jìn)行調(diào)諧和優(yōu)化，即采用綜合加優(yōu)化的方法。疊層LTCC微波濾波器主要設(shè)計(jì)步驟有；(1)確定符合指標(biāo)、特性要求的傳遞函數(shù)；(2)構(gòu)建滿足傳遞函數(shù)要求的傳輸線或無(wú)源元件L、C的電路結(jié)構(gòu)；(3)選定具有合適特性參數(shù)的LTCC材料；(4)從實(shí)際需要出發(fā)，不僅要利用或避免多層結(jié)構(gòu)間的各種電磁交叉耦合，還要選擇濾波器各元件的基本結(jié)構(gòu)和布局，將其轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)TCC三維結(jié)構(gòu)模型的版圖結(jié)構(gòu)和具體物理尺寸，建立起濾波器多層結(jié)構(gòu)模型；(5)利用三維全波電磁場(chǎng)分析軟件如HFSS、CST等，對(duì)層疊LTCC濾波器模型進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)其中主要變量進(jìn)行不斷調(diào)諧、優(yōu)化，使其滿足設(shè)計(jì)要求。4LTCC微波低通濾波器的設(shè)計(jì)4.1LTCC低通濾波器設(shè)計(jì)步驟LTCC濾波器設(shè)計(jì)的一般步驟：(1)確定滿足指標(biāo)和特性需要的傳輸函數(shù)；(2)搭建滿足傳輸函數(shù)要求的電路；(3)選擇適合的LTCC材料；(4)根據(jù)實(shí)際需要，利用或者避免多層介質(zhì)間的交叉耦合，選擇濾波器各元件的基本結(jié)構(gòu)和布局，在將其轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)TCC三維結(jié)構(gòu)模型的版圖結(jié)構(gòu)和具體物理尺寸之后才能建立起濾波器多層結(jié)構(gòu)模型。(5)利用電磁場(chǎng)仿真軟件(HFSS\CST等)對(duì)LTCC濾波器模型進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)其中主要變量進(jìn)行不斷的調(diào)諧\優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)既定設(shè)計(jì)目標(biāo)[35-37]。圖4.1LTCC濾波器的設(shè)計(jì)流程4.2電路設(shè)計(jì)與仿真濾波器的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：截止頻率：1-3.8GHz；；帶插損：小于2dB；回波損耗：小于-13dB；帶外抑制：-30dB（4.35GHz）；下圖4.2是本文中根據(jù)上述指標(biāo)設(shè)計(jì)的一款低通濾波器的電路圖，在構(gòu)建了電路圖之后，要用相關(guān)的電路仿真軟(ADS)件對(duì)其進(jìn)行仿真，并查看相關(guān)的參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求。圖4.2電路仿真圖通過(guò)ADS仿真得到如圖4.3所示的幅度頻率特性圖。圖4.3低通濾波器幅頻特性由上圖可以看出此款低通濾波器的截止頻率在1GHZ附近，通帶的插入損耗小于0.1dB，回波損耗大于20dB，阻帶信號(hào)大幅衰減分別在1.1GHz和2.3GHZ附近出現(xiàn)一個(gè)衰減極點(diǎn)，在1.1GHz-2.3GHZ頻段插損大于22dB。4.3濾波器各單元尺寸的確定和模型的建立在電路仿真結(jié)果良好的情況下，利用場(chǎng)仿真軟件(CST/HFSS)，實(shí)現(xiàn)濾波器模型的構(gòu)建。本文在構(gòu)建模型時(shí)，采用自底向上的設(shè)計(jì)方法，即從底端向頂端來(lái)對(duì)整個(gè)濾波器模型進(jìn)行布置，從而得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)模式。從圖中可以看到，濾波器的介質(zhì)層總共有9層，金屬層共有11層，電容分布上3層，電感分部在下9層，電感采用的是三維矩形Helical式的螺旋電感，從前面的分析可以知道，在實(shí)現(xiàn)相同電感值的情況下，這種螺旋電感所占的面積最小，品質(zhì)因數(shù)最高，但是它所需的層數(shù)也最多。總體而言，整個(gè)模型大致遵循了左右對(duì)稱，自底向上，上下分離三個(gè)原則。在大體布局確定的情況下，還要根據(jù)電感電容值的大小，利用已有的公式對(duì)具體的電感電容的尺寸進(jìn)行計(jì)算。之后就可以根據(jù)計(jì)算的尺寸建立大致的模型，并設(shè)計(jì)一些變量，便于再進(jìn)行反復(fù)微調(diào)，以獲得比較精準(zhǔn)的結(jié)果。圖4.4濾波器多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合LTCC生產(chǎn)工藝，該帶通濾波器多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.4所示，圖中所有工藝參數(shù)都是按照中國(guó)電子科技集團(tuán)第54所微組裝中心設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)的，其中介質(zhì)材料采用Dupont951，相對(duì)介電常數(shù)為9.8，損耗角正切為0.006，金屬為銀，線寬為0.35mm，通孔直徑為0.075mm，金屬厚度為0.012mm，介質(zhì)的厚度為0.1mm，總的設(shè)計(jì)尺寸為3.5mm*1.5mm*0.9mm。圖中的電容的長(zhǎng)度和寬度以及電感的長(zhǎng)度都設(shè)為變量，以方便調(diào)整，最后得出最優(yōu)的結(jié)果。具體的場(chǎng)的仿真結(jié)果如下圖4.7所示：圖4.5場(chǎng)仿真圖由上述的場(chǎng)仿真圖，可以看到整個(gè)電路的搭建以及場(chǎng)的仿真模型的建立是符合設(shè)計(jì)預(yù)期的，截止頻率大約在1GHz，通帶的插入損耗小于0.1dB,回波損耗大于16dB,阻帶的插損呈快速衰減的趨勢(shì)。4.4濾波器的測(cè)試結(jié)果最后將上述濾波器加工成了成品，具體實(shí)物圖如下圖4.6所示：圖4.6LTCC低通濾波器實(shí)物圖圖4.7LTCC低通濾波器測(cè)試曲線由圖4.6和圖4.7可以看到，加工出的實(shí)物圖的效果和之前的仿真結(jié)果比較吻合，符合預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)，驗(yàn)證了在LTCC工藝中保證了設(shè)計(jì)精度，特別是印刷工藝，保證了線條精度。整個(gè)濾波器的尺寸很小，可以用于醫(yī)療檢測(cè)和無(wú)線通信等模塊，具備一定的實(shí)用意義。-.z.結(jié)論移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)通信終端的普及，使得適用于通信終端的小型微波、射頻元器件的小型化元器件的需求成為當(dāng)務(wù)之急。LTCC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)使得微波器件的體積和重量得到有效的控制，且向小型化、低成本、高頻化等方向靠攏。本文正是基于這樣的一個(gè)背景下，開(kāi)始本次LTCC濾波器的設(shè)計(jì)工作。在分析研究了國(guó)外現(xiàn)有的大量期刊文獻(xiàn)后，根據(jù)經(jīng)典濾波器設(shè)計(jì)方法得出低通濾波器的原型，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)中的指標(biāo)得到基本電路模型后進(jìn)行電路仿真，在電路仿真效果良好的情況下結(jié)合LTCC工藝參數(shù)利用場(chǎng)仿真軟件進(jìn)行建模仿真，在場(chǎng)仿真結(jié)果達(dá)標(biāo)的情況下進(jìn)行了LTCC工藝加工，實(shí)物測(cè)試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)預(yù)期，說(shuō)明整個(gè)LTCC濾波器的設(shè)計(jì)是成功的。-.z.致本論文是在王靜導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、框架的設(shè)計(jì)，到最后的修改定稿，無(wú)一不