第一章简介.doc

第一章 簡 介 1-1 研究動機 近年來無線通訊產品等須求成長快速，無線通訊產品的發展講求輕薄短小，功能日益增強，成為未來產品設計與應用的重點。產品功能的增強意謂著電路設計將愈趨複雜化且包含的元件也愈多，但產品體積卻要求也愈來愈小，整合將成為未來零組件發展的趨勢[1]。因此平面的PCB電路設計已不能符合體積變小之原則，是故必須採用垂直整合的低溫共燒陶瓷(LTCC)的製程或多層印刷電路板(multi-layer PCB)來滿足電路設計的需求。但此時具有垂直轉接的多層板或LTCC中，在垂直轉接的via，將產生寄生電容或寄生電感的效應。為了消除寄生效應本研究之目的主要是將多層結構之層與層間所產生的寄生效應以各種補償的方式來消除其效應，以其達行最好的垂直轉接效果。如圖1.1所示[2]為垂直整合的電路。在層與層間傳輸線的轉換，CPW轉CPW 、 微帶線轉微帶線之內層與表層轉接補償，將是本論文研究的重點所在。 圖1.1 LTCC多層結構示意圖[2] 1-2製程簡述 本論文中如有LTCC多層設計，則製程是以杜邦的951 [3]為主。其主要重要的參數如下：介質常數εr = 7.8，各層為44μm，金屬厚度為8(5)μm ，tanδ在30GHz大約為0.03。 表1.1 杜邦951製程特性表 Property 951 Dielectric Thickness (without conductor) C2: 39um(+/-3um) AT,PT:90um(+/-4um) AX: 200um(+/-7um) Dielectric Constant @ 10MHz 7.8 Dissipation Factor @ 10 MHz 0.15% Insulation Resistance @ 100 V DC ＞ 10E12 Ohms per layers Breakdown Voltage ＞ 1000 Volts per mil Thermal Expansion (25~300℃) 5.8 PPM/C Density 3.16 gm/cc Surface Roughness 0.34 microns Thermal Conductivity 3.3 W/mK Flexural Strength 320 Mpa 第二種製作方式採用的FR4的多層板結構，採用為εr = 4.4，各層厚度約為0.6~0.8mm。而有關實際製作的說明，在4-4節中會再次提到。 1-3相關研究歷程與現況 本文將會針對多篇的垂直轉接的現況作一簡單敘述，基本上不外乎為微帶線 (ML)轉帶線(SL)、微帶線轉微帶線、共平面波導(CPW)轉CPW、CPW轉微帶線等的型式。 第一種為寬頻的覆晶轉接(lip-chip)的介紹[5]，此技術為上下對稱的CPW-CPW，然而由於上下垂直轉接的，在低頻時並不會有太大的S11(反射損失)，但隨著頻率的增加時，其的的寄生效應將造成其S參數的特性變差。故此利用所謂的本地匹配(ocal matching)的補償技術，讓其寄生電容的效應降低，甚至轉變成為部份的電感效應，使其達到阻抗匹配的效果，進而改善其反射損失。 第二種為開槽(lot)或空腔(avity)耦合的微帶線轉接[6]，兩者的特色在於直接將拿掉，以避免寄生效應的產生。在接地層開槽中，開槽使得產生電感效應，使得其阻抗匹配。而空腔耦合的方式為開槽的改良，將兩個薄round層中間所夾的介質，一樣改為與Ground層相同的金屬材質，但仍保留其狹縫的地方。如此，形成波導(ave guide)的方式，進行耦合。在[7]中，說明微帶線長度，導波的長寬高對於轉接頻寬的影響。 第三種為微帶線轉帶線(SL)：在[8]中，利用一高阻抗補償技術來改善其頻寬性性，利用一段額外電感性的高阻抗來補償轉接時產生的電容效應。在理想的狀態下，可達到10GHz~70GHz的頻段中S11在-17dB以下。其高阻抗的阻值決定於傳輸線的長寬參數。不同的寬，將會產生不同的阻抗值，當寬度愈小，則阻抗愈大，趨向電感性，在[9]中，轉接的地方採用所謂的轉低的帶線接地層之方式來達到補償的效果，而此設計目標可達到在22GHz之前皆有-20dB以下的效果。在[10]中則是轉接附近的圓孔周圍打上vias，產生遮蔽效應，以期達到較高的轉接特性。 最後則為CPW轉微帶線的垂直轉接，在[11]中，可以看見為90度的水平與垂直的轉接，雖然也有較佳的轉接特性，然而在多層結構，無法形成垂直的round層，在此則不考慮。在[12]中，雖然也有三種不同的轉接帶線-CPW，CPW-CPW，CPW-微帶線等多種轉接電路，但在[12]中，卻無沒有說明其轉接的補償，僅簡單的陳述在LTCC的基板