利用LTCC的DFM方法來實現(xiàn)一次設計成功

本文中低通濾波器實例采用一個三階橢圓濾波器設計，使用了一個電感來使插損最小。實際上，濾波器損耗的根本原因來自電感響應或品質因素(Q)。濾波器的全部元件實現(xiàn)為具有內嵌式無源元件的LTCC層。

任何設計始于確定性能要求，接下來是可行性研究，這一時期可能設計出電路拓撲結構。對于濾波器，設計人員常常依賴濾波器綜合工具來試驗不同的結構。這個階段之后，要確定出基線電路模型及其合適的理想集總元件參數(shù)值。由于設計人員必須為LTCC制作一個內嵌式無源部件來代替理想集總元件部件，這就需要進行EM仿真來準確建模和仿真這些內嵌的無源部件。

利用仿真產生的S參數(shù)可以抽取出包含寄生電路元件的寬帶集總無源模型。抽取過程使用數(shù)值優(yōu)化程序，用解析表達式計算電路模型的各初值。寬帶集總無源模型有助于進行統(tǒng)計分析，包括比直接用EM仿真器更為快速實的優(yōu)化實現(xiàn)。

提取的寬帶模型用來代替簡單的集總元件模型。然后，用電路仿真器通過對每個元件尋找給定一組性能條件下的最優(yōu)元件參數(shù)值使新的基線電路得到優(yōu)化。這個過程要反復進行直到所有先前的理想部件被內嵌物理部件所代替。一旦設計滿足其性能要求，就該進行蒙特卡洛分析以了解性能作為制造過程的函數(shù)的統(tǒng)計特性。

在抽取出寬帶模型，獲得內嵌電容和電感后，低通濾波器例子的最終布局示于圖4。圖6針對濾波器插損將EM仿真跟提取的集總部件模型結果進行了比較，集總元件模型與EM模型之間一致性很好。圖7把EM仿真響應與測量數(shù)據(jù)作了對比，結果又一次接近一致。

統(tǒng)計分析(基于蒙特卡洛分析)是采用規(guī)定的概率分布，在設計范圍內改變一組參數(shù)的過程，用來確定性能如何隨參數(shù)變化而發(fā)生改變。這種分析通常用于項目產出，其定義為滿足或超過性能期望(指標)項的數(shù)量與在統(tǒng)計分析期間分析項總數(shù)之比。產出還是給定設計樣本達到性能指標的概率。因為將要制造的設計總數(shù)會很大或者未知，產出通常是用更小的樣本數(shù)量或試驗次數(shù)估計得到，試驗數(shù)被稱作產出估計函數(shù)。隨著試驗次數(shù)增加，產出估計就接近真實的設計產出。產出優(yōu)化使設計性能對于部件變差的敏感度最小化。產出優(yōu)化估計產出和產出敏感度，并且改變電路統(tǒng)計參數(shù)標稱值，這是為了同時使統(tǒng)計敏感度最小和電路產出最大。

統(tǒng)計設計流程的第一個步驟是收集廠商的過程變差數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)，就能得到用于抽取出的電路模型的統(tǒng)計參數(shù)。然后，用這些相關聯(lián)的統(tǒng)計參數(shù)對設計進行統(tǒng)計分析。如果設計滿足產出指標，就結束分析過程開始制造過程，否則，就要對抽取的電路模型進行產出優(yōu)化來修正設計以達到給定的產出指標。用于抽取模型的優(yōu)化后部件參數(shù)值必須被實現(xiàn)成內嵌的無源物理部件。其后，從重設計的內嵌無源物理部件再次抽取出寬帶電路模型，并再次進行統(tǒng)計分析直到滿足產出指標。LTCC設計過程可以用圖8所示的流程圖來描述。