基于FDTD垂直通孔微波电路的分析研究

论文摘要

随着微电子技术的迅速发展,电子系统小型化与高密度封装已经成为一种趋势。而半个多世纪以来,微波电路也经历了从低频到高频、从单层到多层的过程,并最终导致了微波多芯片组件（MMCM）的出现。然而,现在系统信号速度越来越高,微波多芯片组件中的互连与封装所引起的寄生效应变得也越来越严重,它已经成为制约系统整体性能的瓶颈。在微波多芯片组件多层电路中,传输线-通孔-传输线结构是一种十分典型的互连模型,而垂直通孔互连是这类模型中用于不同层间微波传输线互连的基础,所以开展这种互连结构的分析对于电子系统的设计有着重要的实际意义。随着计算速度和集成度的不断提高,精确的解析方法对于微波电路尤其是具有不规则边界的微波电路显得越来越无力。而随着计算机性能的不断提高,数值方法逐渐成为了分析设计微波电路的一种主要方法。在此背景下时域有限差分法（FDTD）以其适用性强、占有的存储空间少、能进行宽频计算等优点得到了越来越多的重视和应用。本文首先介绍了时域有限差分法的基本理论,基于吸收边界条件的重要性和受重视程度,相对较详细的介绍了设置比较简单,应用比较广泛的完全匹配层（PML）理论,并且提出了一种改进型的PML,该PML直接从麦克斯韦方程导出,无需分裂电磁场。简化了PML的处理过程。然后介绍采用FDTD分析垂直互连结构的过程和主要注意事项,并且通过与试验结果相比较验证了本方法的正确性,然后简要分析了改变介电常数和过孔大小对垂直通孔结构的散射特性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 FDTD 的发展与应用及其优点
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 时域有限差分的基本原理
• 2.1 时域有限差分法的基本概念
• 2.2 Yee 氏网格及环路积分解释
• 2.3 数值收敛和稳定性问题
• 2.4 介质分界面电磁参数的选取
• 2.5 对局部细微结构的处理
• 2.6 高斯标准化后的差分方程
• 2.7 吸收边界条件
• 第三章 常见垂直通孔结构及模型选择
• 3.1 几种典型的通孔结构
• 3.2 微带接地过孔
• 3.3 微带线—通孔—微带线
• 3.4 微带线—通孔—带状线
• 3.5 模型选择
• 第四章 垂直通孔结构的FDTD 分析
• 4.1 垂直互连结构的时域有限差分法分析步骤总述
• 4.2 模型简介
• 4.3 网格划分及其差分公式
• 4.4 介质分界面及吸收边界条件处理
• 4.5 激励源的选择
• 4.6 具体计算中的注意事项
• 4.7 电磁参数的求取
• 4.8 不同介质对散射参数的影响
• 4.9 过孔半径对散射参数的影响
• 第五章 总结与展望
• 5.1 当前研究情况的总结
• 5.2 未来研究方向及内容的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果