CN102721708B - 一种低温共烧结陶瓷的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低温共烧结陶瓷的测量装置，包括LTCC基板以及设置在LTCC基板上的微波电路；其中，所述微波电路包括两个结构相同、尺寸不同的微波谐振电路，所述每个微波谐振电路包括一个圆环形槽线谐振器及与其相配合的两组共面波导传输线。微波谐振电路的共面波导形传输线的一端闭合作为所对应的微波谐振电路的输入输出端口，该共面波导形传输线的另一端开路，与所配合的圆环形槽线谐振器不接触而产生电磁耦合。本发明还提供一种测量方法：在测量与仿真所得的谐振频率相同时，仿真时使用的介电常数和电路尺寸参数就等于实际LTCC基板材料的介电常数和电路尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温共烧结陶瓷的测量装置，尤其是一种测量LTCC收缩率和介电常数的装置。
背景技术
LTCC（Low Temperature Co-Fired Ceramic，低温共烧结陶瓷）在烧结过程中，会产生收缩现象。当把LTCC作为微波基板使用时，为了保证电气性能，必须要知道LTCC的收缩率，以便在设计过程中加以修正。另外设计基于LTCC基板的微波电路时，也需要知道LTCC的介电常数。通常测量LTCC收缩率的方法是使用X射线装置透视测量，这种方法需要专门设备，设备昂贵且有防护要求，而且效果也不是很好；测量材料介电常数方法有传输线法，驻波法等等，这些方法对材料样品的形态有一些要求，不一定适合实际使用的LTCC微波基板。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是提供一种测量LTCC收缩率和介电常数的装置，可以同时测量LTCC的收缩率和介电常数，也特别适合于测量LTCC微波基板的收缩率和介电常数。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：
一种低温共烧结陶瓷的测量装置，包括LTCC基板以及设置在LTCC基板上的单面微波电路；其中，所述单面微波电路包括两个结构相同、尺寸不同的微波谐振电路，所述每个微波谐振电路包括一个圆环形槽线谐振器及与其相配合的两组共面波导传输线。
进一步的，本发明的低温共烧结陶瓷的测量装置中，微波谐振电路的共面波导形传输线的一端作为所对应的微波谐振电路的输入输出端口，该共面波导形传输线的另一端开路、与所配合的圆环形槽线谐振器不接触而产生电磁耦合。
进一步的，本发明的低温共烧结陶瓷的测量装置中，微波电路中两个微波谐振电路的谐振频率不同。为了避免出现介电常数和收缩率的多解情况。
本发明采用上述技术方案具有如下有益效果：
可以同时测量LTCC基板材料的收缩率和介电常数，尤其是只需要单面电路板即可实现测量。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。
图中标号：1-LTCC基板，2、3-谐振电路，4、5-谐振电路的共面波导传输线，6、7-谐振电路的圆环形槽线，8、9-共面波导传输线的槽。
具体实施方案:
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：
LTCC基板收缩率和介电常数测量装置包括LTCC基板和LTCC基板上的微波电路，其中：LTCC基板的一面是金属接地面，LTCC基板的另一面蚀刻着微波电路；微波电路包括两个结构形式相似的微波谐振电路， 这两个谐振电路各部分结构尺寸不同，两者的谐振频率也不同；每个微波谐振电路由一个圆环形槽线和两个共面波导传输线组成；输入输出共面波导传输线是根据特定谢振频率而设计，每个共面波导输入输出传输线的一端作为谐振电路的输入输出端口，另一端则开路，与圆形槽线谐振器通过缝隙进行电磁能量耦合。
本发明装置的测量方法依据微波谐振电路的谐振频率由电路结构尺寸和基板材料介电常数及基板厚度所决定的原理。LTCC基板上的微波谐振电路的谐振频率与圆形微带环谐振器和输入输出微带传输线的结构尺寸和LTCC基板厚度及基板材料的介电常数有关，有了这些参数，就可以使用电磁仿真软件计算得到该微波谐振电路的谐振频率；另一方面也可以用测量烧结后的实际LTCC基板微波谐振电路的方法直接得到该谐振电路的谐振频率。如果仿真软件计算得到的谐振频率与测量得到的谐振频率一样，那么仿真计算谐振频率时所使用的介电常数就是烧结后实际LTCC基板材料的介电常数，同样仿真计算谐振频率时所使用的谐振电路各部分结构的尺寸参数就是烧结后实际LTCC基板上微波谐振电路对应的各部分结构的尺寸参数。由于烧结前实际LTCC基板上的微波谐振电路各部分的尺寸是制版时设定的尺寸，这些尺寸都是已知的，这样我们就有了实际LTCC基板上微波谐振电路烧结前和烧结后的各部分的尺寸参数，LTCC基板上微波谐振电路某结构部分在烧结前的尺寸数值减去烧结后相应位置的尺寸数值就得到这部分结构的尺寸差值，该尺寸差值除以烧结前该部分结构的尺寸数值就得到该部分结构的收缩率。
在结构上，本发明的测量LTCC收缩率和介电常数的装置包括LTCC基板和LTCC基板上的微波电路，其中：LTCC基板的一面是金属接地面，微波电路蚀刻在LTCC基板的另一面。微波电路包括两个结构形式相似的微波谐振电路。每个微波谐振电路由一个圆环形槽线和两个共面波导传输线组成；其中一个谐振电路的圆形微带环谐振器尺寸小于另一个谐振电路的圆形微带环谐振器尺寸。输入输出共面波导传输线是根据特定谐振频率而设计，每个共面波导输入输出传输线的一端作为谐振电路的输入输出端口，该端口的微带线的阻抗设为50欧姆，另一端则开路，与圆形槽线谐振器通过缝隙进行电磁能量耦合。
在制造上，两个微波谐振电路都制作在同一块基板上，基板材料是LTCC；可以采用通常的LTCC电路板工艺制作基板上的金属图形；为减小损耗，在LTCC基板的金属上可以镀金；可根据所需要的工作频率，分别确定两个圆环形槽线谐振器环形槽线的总周长，使一个谐振电路的谐振频率高于工作频率，而另一个谐振电路的谐振频率低于工作频率。
在测量时，首先使用矢量网络分析仪分别测量烧结后的LTCC基板上两个微波谐振电路的谐振频率；然后使用电磁仿真软件，如Ansoft的HFSS，以烧结前制版时设定的LTCC基板微波谐振电路的结构尺寸参数和LTCC基板厚度及基板材料估计的介电常数等参数为初值，分别计算两个微波谐振电路的谐振频率，接着调整介电常数和用收缩率调整这些结构尺寸参数，使得仿真计算得到的这两个微波谐振电路的谐振频率等于这两个微波谐振电路谐振频率的测量值；这时候仿真计算使用的收缩率就是LTCC烧结的收缩率，仿真计算使用的介电常数就是LTCC基板材料的介电常数，仿真计算使用的微波谐振电路各部分结构尺寸参数就是烧结后的LTCC基板微波谐振电路各部分结构尺寸参数。
根据以上所述，便可实现本发明。
Claims (1)
1.一种低温共烧结陶瓷的测量装置，其特征在于：包括LTCC基板以及设置在LTCC基板上的单面微波电路；其中，所述单面微波电路包括两个结构相同、尺寸不同的微波谐振电路，所述每个微波谐振电路包括一个圆环形槽线谐振器及与其相配合的两组共面波导传输线；所述微波谐振电路的共面波导形传输线的一端作为所对应的微波谐振电路的输入输出端口，该共面波导形传输线的另一端开路、与所配合的圆环形槽线谐振器不接触而产生电磁耦合；所述单面微波电路中两个微波谐振电路的谐振频率不同。
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