仿真软件在LTCC研究中的应用.pdf

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1、第33卷第8期电子元件与材料、，01．33NO．82014年8月ELECTRONICCOMPONENTSANDMATElUALSAug．2014·资讯．仿真软件在LTCC研究中的应用文／彭天炜，李大海1．成都职业技术学院；2．四川大学电子信息学院摘要：结合仿真软件技术以及LTCC(低温共烧陶瓷)技术的发展趋势，分析了有限元仿真软件在LTCC材料研发中的应用，重点分析了在LTCC复合材料上的仿真应用。基于多个案例分析了电路仿真以及三维结构仿真软件在LTCC新型器件开发中的应用。关键词：仿真软件；LTCC；材料；器件；有限元分析；电路仿真；三维结构仿真仿真软件是一

2、类专用于仿真的计算机软件，白20世纪50年代中期兴起，与仿真应用、算法、建模以及计算机等技术的发展相互促进，已广泛应用于汽车、模具制造、航空航天等领域，是先进企业研发中必不可少的工具。LTCC具有优异的电子学、力学、热力学特性，是电子元器件集成化、模组化的重要方式，其新器件的开发、新功能的实现以及性能的提升，都需借助仿真软件的应用及软件新技术支持。1材料研制中的应用材料性能是决定LTCC产品性能好坏的关键因素之一，制备LTCC的材料主要包括基板、封装和微波器件材料等，这其中涉及材料的力学性能、共烧匹配以及复合材料设计等多个关键技术，有限元软件的使用可缩短LTC

3、C材料的仿真研发时间、降低研发成本。在LTCC基板的力学分析方面，有研究者应用ANSYS有限元软件，参照工程需要，建立了电气互联结构的实体模型，对模型进行网格划分，基于动力学理论，实现了半正弦冲击、随机振动以及模态分析等动力学仿真，并将仿真分析的计算结果与工程实际测量数据进行对比，以确定影响输出结果与失效概率的参数变量，提供了可靠性分析与实际工程应用的理论依据。工程仿真软件ANSYS在2014年已发展到最新版本15．0，在高级材料的结构分析与系统设计的功能上又有所提升，对用于复合材料的性能评估的解决方案做了进一步扩展。复合材料的准确仿真需要大规模的数学模型求解

4、，ANSYS15．0通过在前处理中采用子模型的技术，以缩短整体的计算时间，这方便了研究者使用，只需采用一个比较粗糙的整体模型就能得出一个高精度的局部结果。复合材料具有优良的特殊性能以及可设计性，在LTCC的新品研发中具有很大的潜力，比如通过将微波介质陶瓷MgTiO3与铁氧体材料NiZnCu混合烧结，可以得到保持了主要成分各自的物相，磁导率与相对介电常数均介于两主成分相应参数之间的复合材料。又如M型钡铁氧体具有性能多样性，尤其是在复合了高分子材料后，表现出更为特殊的电磁性能。要深入研究这些复合材料的应用基础，借助仿真软件是一有力途径。国内有研究者，充分利用先进的

5、计算机可视化技术以及数值计算方法，运用VisualC++语言编程开发了三维版的仿真软件，通过控制、改变、组合由计算机构建的几何实体，生成一个满足预定条件的材料微观组织结构，再运用OpenGL可视化技术将仿真所得的各种类型微观组织结构模型展示出来，这在材料微观组织结构、可视化仿真与有限元计算之间搭起了一座桥梁，是一种值得深入研究的复合材料基础性仿真工具。目前复合材料结构与性能研发趋势是采用数字化、数值化、虚拟化以及可视化技术，建立复合材料微观组织结构可视化仿真、性能预测以及性能导向型设计一体化的模拟平台。随着这些仿真模拟平台的建成与发展，LTCC用到的复合材料的

6、细观结构与性能的关系将被揭示，性能变化将更有规律可寻，材料的设计将更加精准与高效。2器件研制中的应用仿真软件在LTCC器件的设计中应用较为广泛，应用到的器件种类涉及滤波器、基板、天线、功分器和第33卷第8期理事论坛97巴伦、电感、铁电器件以及毫米波器件等多个方面，主要应用的仿真功能是电路仿真和三维结构仿真。在各类仿真软件中，ADS和HFSS进入中国较早，使用者较多。ADS是美国Agilent公司发布的电路和系统分析软件，集成了不同仿真软件的优势，可实现时域和频域、线性与非线性、数字与模拟、高频与低频以及噪声分析等多种仿真手段，仿真范围小至元器件，大到系统级分析

7、。HFSS是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件，其用户设计界面较为直观简洁，自适应的场解器较为精确，电性能分析能力与后处理器的功能较强，能完成任意形状三维无源结构的参数以及全波电磁场的计算，在业界具有较高的认知度。南京理工大学的研究者，将电路仿真与三维电磁场仿真结合起来，并辅以DOE设计法，实现了一种基于LTCC多级结构的微型带通滤波器，该滤波器尺寸小、边带陡峭、阻带抑制高、频率选择性好。所制滤波器的中心频率为2．925GHz，1dB带宽为170MHz，在1-2．703GHz以及3．147～6GHz的衰减均优于35dB，体积为4．5mmx3．4mmx1．5

8、mm，实测试结果与仿真结果吻合较好，说