CN112069757B - 考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法 - Google Patents

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CN112069757B CN202010901204.8A CN202010901204A CN112069757B CN 112069757 B CN112069757 B CN 112069757B CN 202010901204 A CN202010901204 A CN 202010901204A CN 112069757 B CN112069757 B CN 112069757B
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Abstract

本发明公开了一种考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，包括：确定金带键合互联几何、物性和电磁传输参数；建立金带键合互联构形参数化表征模型；分段离散与线性等效金带键合互联区域；分段建立键合段传输线等效电路；求解金带键合互联整体转移矩阵、整体散射参量和吸收损耗；建立金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型；对带有工艺扰动的金带键合互联结构实现传输性能预测。利用该耦合模型可实现考虑工艺扰动的微波互联结构形态参数到信号传输性能的精准预测，指导高性能微波组件设计与优化，有效提升微波产品研制品质，节约成本，缩短研制周期。

Description

考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法
技术领域
本发明属于微波射频电路技术领域，具体是一种考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，可用于指导工程制造中，对微波组件内带有制造误差的互联电路的性能预测。
背景技术
受现代电子信息技术飞速发展的影响，微波组件在雷达、通信、电子对抗等高科技领域有着广泛的应用。随着电子装备性能的不断提升以及应用场景的逐步扩展，微波组件的研制趋于高集成度、小型化、高可靠性方向发展。随着信号频率逐渐增加，微波组件互联处的结构参数的扰动对信号传输性能的影响也会加剧，甚至导致电路失效。微波组件是微波电子装备的核心部件，微波电子装备的性能提升受制于高性能微波组件的研制水平，因此微波组件的研制水平对微波电子装备至关重要。
高频有源微波组件在设计制造与工作过程中，微波电路互联存在制造设备精度误差并承受着由外界环境载荷引起的互联结构变形，导致互联结构形态的结构尺寸与设计值之间存在扰动误差。随着频率升高，扰动对信号传输的影响逐渐加剧，随组件尺寸的缩小，对于扰动的控制逐渐严苛。因此，为保证微波组件的性能符合设计预期，满足电路性能的可靠性，且为了进一步实现考虑工艺扰动的互联优化设计，这就要求在设计过程中，在满足互联结构电路性能的同时，将制造过程中的工艺扰动考虑进去，保证生产制造出来的微波组件符合电子装备性能要求。现有文献中，针对考虑工艺扰动的互联结构的信号传输性能预测的相关文献较少，且工程中受设备精度的限制，对制造误差也无法精确控制，这就导致生产微波组件时，容易因组件中的电路互联构形工艺扰动，致使组件不符要求，需重复生产直至获得符合要求的组件，导致生产成本增加，工作效率低下，且受工艺扰动影响，不易明确设计方向，难以精确有效实现互联优化设计。
因此，本文针对圆弧形态的金带键合结构，深入研究考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，对金带互联结构进行参数化区间表征，建立考虑工艺扰动的互联结构-电磁分析模型，突破带有工艺扰动区间的金带互联构形与信号传输路耦合建模，实现对考虑互联构形工艺扰动的信号传输的快速预测。为工程设计制造人员在微波组件中考虑工艺与制造误差的设计优化及传输性能调控方面提供理论指导，提升高频有源微波产品研制水平。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，以便快速、准确地预测带有工艺扰动的互联信号传输性能，为微波组件性能稳定，以及制造误差下电性能的保障提供理论支持，且能进一步指导互联优化制造与生产调控。
实现本发明目的的技术解决方案是，一种考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，该方法包括下述步骤：
(1)根据高频微波组件中互联的具体要求，确定考虑工艺扰动的金带键合互联的几何参数与物性参数；
(2)根据微波组件中互联工况及性能指标，确定考虑工艺扰动的金带键合互联电磁传输参数；
(3)根据微波组件中互联构形及工程实际调研，对考虑工艺扰动的金带键合互联构形进行参数化表征建模；
(4)基于非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑工艺扰动的金带键合互联区域进行分段离散与线性等效；
(5)根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，分段建立AB段考虑工艺扰动的键合段传输线等效电路、BC段考虑工艺扰动的三导体传输线等效电路、CD段考虑工艺扰动的双层介质传输线等效电路、DE段考虑工艺扰动的空气介质传输线等效电路和HI、GH、FG、EF段考虑工艺扰动的传输线等效电路；
(6)根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联分段传输线等效电路与微波网络分析理论，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体转移矩阵；
(7)根据求解的考虑工艺扰动的金带键合互联整体转移矩阵与微波网络分析理论，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参量；
(8)根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数化表征模型、传输线损耗理论与微波网络分析理论，计算考虑工艺扰动的金带键合互联整体吸收损耗；
(9)根据计算的考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参量与吸收损耗，结合传输线理论与微波网络分析理论，建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型；
(10)根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型，对带有工艺扰动的金带键合互联结构实现传输性能预测。
进一步，确定几何参数包括，金带宽度B、金带厚度T、左端微带宽度W1、右端微带宽度W2、左端介质基板厚度h1、右端介质基板厚度h2、微带厚度h3、左端金带键合处长度l1、微带左端到基板左端距离d1，金带键合左处距微带左端距离p1，介质模块间隙g，金带键合右端距微带右端距离p2，微带右端到基板右端距离d2，右端金带键合处长度l2和金带拱高hb；
确定物性参数包括，左端介质基板相对介电常数εr1和右端介质基板相对介电常数εr2、左端介质基板介电损耗角δ1和右端介质基板介电损耗角δ2，真空磁导率μ0，真空光速cv和第n段导体电导率σn；
确定微波组件中金带键合互联电磁传输参数包括信号传输频率f，回波损耗S11和插入损耗S21。
进一步，所述步骤(3)中，对考虑工艺扰动的金带键合互联构形进行参数化表征建模按照以下步骤进行：
(3a)根据工程实际调研，采用区间分析方法，确定单一工艺扰动参数为
Figure BDA0002659828580000031
确定
Figure BDA0002659828580000032
为多个单一工艺扰动参数计算得到的波动参数；
确定金带互联结构考虑工艺扰动的8个主要参数为：左端金带键合处长度
Figure BDA0002659828580000033
微带左端到基板左端距离
Figure BDA0002659828580000034
金带键合左处距微带左端距离
Figure BDA0002659828580000035
介质模块间隙gI，金带键合右端距微带右端距离
Figure BDA0002659828580000036
微带右端到基板右端距离
Figure BDA0002659828580000037
右端金带键合处长度
Figure BDA0002659828580000038
和金带拱高
Figure BDA0002659828580000039
(3b)确定单一工艺扰动参数
Figure BDA00026598285800000310
中的扰动量为δXs，δXs服从正态分布，确定金带互联结构8个工艺扰动参数对应的扰动量分别为：左端金带键合处长度的扰动量δl1、微带左端到基板左端距离的扰动量δd1、金带键合左处距微带左端距离的扰动量δp1、介质模块间隙的扰动量δg、金带键合右端距微带右端距离的扰动量δp2、微带右端到基板右端距离的扰动量δd2、右端金带键合处长度的扰动量δl2和金带拱高的扰动量δhb；
(3c)对考虑工艺扰动的金带键合互联构形采用圆弧函数进行参数化表征；
(3d)对金带键合非键合区线上金带长度进行计算；
(3e)建立金带键合互联构形参数化表征模型。
进一步，所述步骤(4)中，对考虑工艺扰动的金带键合互联区域进行分段离散与线性等效按照以下步骤进行：
(4a)根据非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑工艺扰动的金带键合互联区域进行分段离散与线性等效，将金带键合互联区域依结构变化划分为8段，分别为：AB键合段、BC三导体段、CD双层介质段、DE空气介质段，EF空气介质段、FG双层介质段、GH三导体段、HI键合段；EF、FG、GH、HI四段分别与DE、CD、BC、AB四段结构特征类似；
(4b)将金带键合互联区域按照已划分的8段进行分段线性处理，分别为：长度为
Figure BDA0002659828580000041
的AB段键合段传输线、长度为
Figure BDA0002659828580000042
的BC段三导体传输线、长度为
Figure BDA0002659828580000043
的CD段双层介质传输线、长度为
Figure BDA0002659828580000044
的DE段空气介质传输线，EF、FG和GH、HI四段分别与DE、CD、BC和AB四段类似，对应长度表示为
Figure BDA0002659828580000045
Figure BDA0002659828580000046
和
Figure BDA0002659828580000047
传输线结构特征相似。
进一步，所述步骤(5)中，建立AB段考虑工艺扰动的键合段传输线等效电路。
根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，AB键合段可看成导带厚度为Tab＝h3+T，等效宽度为
Figure BDA0002659828580000048
的微带线，计算AB段微带传输线特性阻抗Zab(Wab,h1,εr1)；
计算键合段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA0002659828580000049
建立BC段考虑工艺扰动的三导体传输线等效电路按照以下步骤进行：
(1bc)BC段可以看成由接地板、导带(微带线)以及金带构成的三导体传输线，用一个T型集总元件电路对BC段长度为l，特性阻抗为Z0的微带线进行等效，将其等效为两个电感L先串联，再在两电感中间并联一个电容C；令T型集总元件电路与特性阻抗为Z0的微带线转移矩阵相等，求T型集总元件电路中各元件值；
(2bc)进一步考虑到BC段上金带—微带线间以空气为介质形成新的传输线的电感量
Figure BDA00026598285800000410
的影响，计算电感量
Figure BDA00026598285800000411
(3bc)考虑到电感量
Figure BDA00026598285800000412
的影响，基于电感串联理论，将电感量
Figure BDA00026598285800000413
代入等效电路当中，得到最终的等效电路；
(4bc)BC段的转移矩阵
Figure BDA0002659828580000051
可看成由三个基本电路单元级联而成，即由两个串联阻抗和一个并联导纳组成，根据BC段等效电路模型，计算转移矩阵
Figure BDA0002659828580000052
建立CD段考虑工艺扰动的双层介质传输线等效电路按照以下步骤进行：
(1cd)CD段可以看成由金带、中间空气与基板介质形成的双层介质层以及接地板形成的传输线，取CD段金带中间高度
Figure BDA0002659828580000053
作为平均高度，计算CD段空气介质平均厚度
Figure BDA0002659828580000054
(2cd)对于双层介质的微带传输线，基于微带传输线寄生电容的串并联，求解微带传输线特性阻抗；
(3cd)计算CD段等效微带线的电长度
Figure BDA0002659828580000055
(4cd)计算CD段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA0002659828580000056
建立DE段考虑工艺扰动的空气介质传输线等效电路按照以下步骤进行：
(1de)将DE段视为一段介质为空气的微带传输线，然后取DE段金带中点高度作为此段平均高度，计算DE段的等效阻抗；
(2de)计算DE段等效微带线的电长度
Figure BDA0002659828580000057
(3de)计算DE段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA0002659828580000058
建立HI、GH、FG、EF段考虑工艺扰动的传输线等效电路如下：
HI、GH、FG、EF段金带结构与AB、BC、CD、DE段结构类似，特征相同，等效电路建立步骤相；HI、GH、FG、EF段等效电路建立时，需将部分参数需要替换：将左端微带宽度Wl改为右端微带宽度Wr，将左端介质基板厚度h1改为右端介质基板厚度h2，介质基板相对介电常数εr1改为εr2，介质基板介电损耗角δ1改为δ2，AB段
Figure BDA0002659828580000059
改为HI段
Figure BDA00026598285800000510
BC段
Figure BDA00026598285800000511
改为GH段
Figure BDA00026598285800000512
CD段
Figure BDA00026598285800000513
改为FG段
Figure BDA00026598285800000514
DE段
Figure BDA00026598285800000515
改为EF段
Figure BDA00026598285800000516
进一步，所述步骤(6)中，利用微波网络转移矩阵级联，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体转移矩阵。
进一步，所述步骤(7)中，根据求解的考虑工艺扰动的金带键合互联整体转移矩阵与微波网络分析理论，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参量。
进一步，所述步骤(8)中，根据考虑工艺扰动的建立的金带键合互联构形参数化表征模型、传输线损耗理论与微波网络分析理论，计算考虑工艺扰动的金带键合互联整体吸收损耗按照以下步骤进行：
(8a)计算导体损耗αcn；
(8b)计算介质损耗αd；
(8c)计算考虑工艺扰动的金带键合互联构形整体吸收损耗。
进一步，所述步骤(9)中，根据计算的考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参数与吸收损耗，结合传输线理论与微波网络分析理论，建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型按照以下步骤进行：
(9a)求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体含吸收损耗的散射参量；
(9b)建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数与信号传输性能路耦合模型。
进一步，所述步骤(10)中，对考虑工艺扰动的金带键合互联结构实现传输性预测按照以下步骤进行：
(10a)根据初始由于加工设备的精度和服役的环境载荷问题导致的金带键合模型尺寸扰动问题，基于其尺寸扰动范围，使用考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，获取其性能扰动范围；
(10b)基于求得的性能扰动范围，形成初始金带模型的电性能包络区间。
本发明与现有技术相比，具有以下特点：
1.本发明针对微波组件中的金带键合互联，建立了面向电性能的考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数化表征模型，基于此表征模型进一步建立了考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能间路耦合预测模型，实现了对带有工艺扰动的金带键合构形的信号传输性能的预测，解决了目前制造微波组件中由于工艺误差导致的电路互联构形与信号传输性能间影响关联不清，性能调控与参数精确优化设计方向不明的难题。
2.利用考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，可实现在微波组件设计、制造与应用过程中，电路互联形态的参数化定量精确表征，基于工艺扰动和互联几何构形快速实现考虑工艺扰动的信号传输性能预测，为工程设计人员在微波组件中电路传输性能调控与互联优化设计方面提供理论指导，从而提升工作效率，降低产品研制成本，保障产品服役性能。
附图说明
图1是本发明一种考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法的流程图；
图2是金带键合互联结构组成示意图；
图3是金带键合互联参数示意图；
图4(a)是工艺扰动上界的金带键合互联参数示意图；图4(b)表明工艺扰动区间的金带键合互联参数示意图；图4(c)是工艺扰动下界的金带键合互联参数示意图；
图5是圆弧函数表征计算金带尺寸示意图；
图6是金带键合互联结构分段示意图；
图7是金带键合互联结构离散线性等效示意图；
图8(a)、(b)是金带键合互联结构AB段横截面示意图和等效微带线横截面示意图；
图9是金带键合互联结构BC段横截面示意图；
图10(a)、(b)是金带键合互联结构BC段微带线等效电路；
图11是金带键合互联结构BC段最终等效电路；
图12是金带键合互联结构CD段横截面示意图；
图13(a)-(d)是金带键合互联结构CD段4种微带线传输电容示意图；
图13(a)是高度为
Figure BDA0002659828580000071
无填充介质的微带线等效电容C1示意图；图13(b)是高度为
Figure BDA0002659828580000072
介电常数为εrl的微带线等效电容C2示意图；图13(c)是高度为
Figure BDA0002659828580000073
无填充介质的微带线等效电容C3示意图；图13(d)是高度为
Figure BDA0002659828580000074
介电常数为εrl的微带线等效电容C4示意图；
图14是金带键合互联结构DE段横截面示意图；
图15是金带键合互联结构整体等效电路拓扑结构；
图16是金带键合互联三维结构-电磁仿真模型与局部放大图；
图17是考虑工艺扰动的金带键合互联HFSS仿真与路耦合模型计算的电性能对比图；
图18是考虑工艺扰动的金带键合互联结构路耦合模型设计值及其上下界电性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
参照图1，本发明为一种考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，具体步骤如下：
步骤1，确定考虑工艺扰动的金带键合互联的几何参数与物性参数
参照图2、3所示，高频微波组件中金带键合互联包括接地板6，在接地板6上层连接有介质基片1和5，在介质基片1上连接的导体带2通过金带3和介质基片5上连接的导体带6连接；根据高频微波组件中互联的具体要求，分别确定微波组件中金带键合互联的几何参数与物性参数；
确定几何参数包括，金带宽度B、金带厚度T、左端微带宽度W1、右端微带宽度W2、左端介质基板厚度h1、右端介质基板厚度h2、微带厚度h3、金带拱高h、左端金带键合段长度l1、金带键合左处距微带左端距离p1、微带左端到基板左端距离d1、微带右端到基板右端距离d2、金带键合右处距微带右端距离p2、左端金带键合段长度l2和介质模块间隙g；
确定物性参数包括，左端介质基板相对介电常数εr1和右端介质基板相对介电常数εr2、左端介质基板介电损耗角δ1和右端介质基板介电损耗角δ2，真空磁导率μ0，真空光速cv和第n段导体电导率σn。
步骤2，确定考虑工艺扰动的金带键合互联电磁传输参数
确定微波组件中金带键合互联电磁传输参数，具体包括：信号传输频率f，回波损耗S11和插入损耗S21等。
步骤3，对考虑工艺扰动的金带键合互联构形进行参数化表征建模
根据微波组件互联形态及工程实际调研，对考虑工艺扰动的金带键合互联形态分段进行参数化表征，参照图4(a)、(b)、(c)、图5，按照以下步骤进行：
(3a)采用区间分析方法，确定单一工艺扰动参数为
Figure BDA0002659828580000081
确定
Figure BDA0002659828580000082
为多个单一工艺扰动参数计算得到的波动参数；根据工程实际调研，确定金带互联结构考虑工艺扰动的8个主要参数为：左端金带键合处长度
Figure BDA0002659828580000091
微带左端到基板左端距离
Figure BDA0002659828580000092
金带键合左处距微带左端距离
Figure BDA0002659828580000093
介质模块间隙
Figure BDA0002659828580000094
金带键合右端距微带右端距离
Figure BDA0002659828580000095
微带右端到基板右端距离
Figure BDA0002659828580000096
右端金带键合处长度
Figure BDA0002659828580000097
金带拱高
Figure BDA0002659828580000098
式中，
Figure BDA0002659828580000099
l1 、l1、δl1分别是
Figure BDA00026598285800000910
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026598285800000911
d1 、d1、δd1分别是
Figure BDA00026598285800000912
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026598285800000913
p1 、p1、δp1分别是
Figure BDA00026598285800000914
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026598285800000915
g、g、δg分别是gI的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026598285800000916
p2 、p2、δp2分别是
Figure BDA00026598285800000917
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026598285800000918
d2 、d2、δd2分别是
Figure BDA00026598285800000919
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026598285800000920
l2 、l2、δl2分别是
Figure BDA00026598285800000921
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026598285800000922
hb 、hb、δhb分别是
Figure BDA00026598285800000923
的上界、下界、设计值和扰动量；
(3b)确定单一工艺扰动参数
Figure BDA00026598285800000924
中的扰动量为δXs，δXs服从正态分布，δXs～N(μ,σ2)，μ为正态分布的期望，σ2为正态分布的方差，
Figure BDA00026598285800000925
δXs 为δXs的下界，
Figure BDA00026598285800000926
为δXs的上界，则确定金带互联结构8个工艺扰动参数对应的扰动量分别为：左端金带键合处长度的扰动量
Figure BDA00026598285800000927
δl1 为δl1的下界，
Figure BDA00026598285800000928
为δl1的上界；微带左端到基板左端距离的扰动量
Figure BDA00026598285800000929
δd1 为δd1的下界，
Figure BDA00026598285800000930
为δd1的上界；金带键合左处距微带左端距离的扰动量
Figure BDA00026598285800000931
δp1 为δp1的下界，
Figure BDA00026598285800000932
为δp1的上界；介质模块间隙的扰动量
Figure BDA00026598285800000933
δg为δg的下界，
Figure BDA00026598285800000934
为δg的上界；金带键合右端距微带右端距离的扰动量
Figure BDA00026598285800000935
δp2 为δp2的下界，
Figure BDA00026598285800000936
为δp2的上界；微带右端到基板右端距离的扰动量
Figure BDA00026598285800000937
δd2 为δd2的下界，
Figure BDA00026598285800000938
为δd2的上界；右端金带键合处长度的扰动量
Figure BDA00026598285800000939
δl2 为δl2的下界，
Figure BDA00026598285800000940
为δl2的上界；金带拱高的扰动量
Figure BDA00026598285800000941
δhb 为δhb的下界，
Figure BDA00026598285800000942
为δhb的上界；
(3c)圆弧函数如以下公式所示：
Figure BDA0002659828580000101
式中，
Figure BDA0002659828580000102
是圆弧曲率中心的横、纵坐标，
Figure BDA0002659828580000103
是圆弧的曲率半径，x是金带构形函数曲线的横坐标；
Figure BDA0002659828580000104
Figure BDA0002659828580000105
Figure BDA0002659828580000106
其中，
Figure BDA0002659828580000107
Figure BDA0002659828580000108
Figure BDA0002659828580000109
Figure BDA00026598285800001010
Figure BDA00026598285800001011
式中，
Figure BDA00026598285800001012
分别为计算的中间变量；
(3d)金带圆弧段长度
Figure BDA00026598285800001013
计算如下：
Figure BDA00026598285800001014
式中，
Figure BDA00026598285800001015
为圆弧的圆心角；
Ol为圆弧函数构建所得金带的曲率中心，坐标为
Figure BDA00026598285800001016
G为金带弯曲部分左端起始点，坐标为
Figure BDA00026598285800001017
B为金带弯曲部分右端终止点，坐标为
Figure BDA00026598285800001018
Figure BDA00026598285800001019
为曲率中心与B点连线与水平线的夹角，
Figure BDA00026598285800001020
为曲率中心与G点连线与水平线的夹角；
Figure BDA0002659828580000111
Figure BDA0002659828580000112
Figure BDA0002659828580000113
(3e)建立金带键合互联构形参数化表征模型如下：
Figure BDA0002659828580000114
步骤4，对考虑工艺扰动的金带键合互联区域进行离散分段与线性等效
根据非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑工艺扰动的金带键合互联区域进行分段离散与线性等效，参照图6与图7，按照以下步骤进行：
(4a)将金带键合互联区域依结构变化划分为8段，分别为：AB键合段、BC三导体段、CD双层介质段、DE空气介质段，EF空气介质段、FG双层介质段、GH三导体段、HI键合段；EF、FG、GH、HI四段分别与DE、CD、BC、AB四段结构特征类似；
(4b)将金带键合互联区域按照已划分的8段进行分段线性处理，分别为：长度为
Figure BDA0002659828580000115
的AB段键合段传输线、长度为
Figure BDA0002659828580000116
的BC段三导体传输线、长度为
Figure BDA0002659828580000117
的CD段双层介质传输线、长度为
Figure BDA0002659828580000118
的DE段空气介质传输线，EF、FG和GH、HI四段分别与DE、CD、BC和AB四段类似，对应长度表示为
Figure BDA0002659828580000119
Figure BDA00026598285800001110
和
Figure BDA00026598285800001111
传输线结构特征相似。
步骤5，建立AB段考虑工艺扰动的键合段传输线等效电路
根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，AB键合段可看成导带厚度为Tab＝h3+T，等效宽度为
Figure BDA00026598285800001112
的微带线，微带传输线特性阻抗计算如下Zab(Wab,h1,εr1)，参照图8(a)、(b)所示。
Figure BDA0002659828580000121
式中，η为真空波阻抗(为120π)，εreab(Wab,h1,εr1)为AB段等效相对介电常数，Wabe为AB段有效导带宽度；
有效导带宽度Wabe可以由下式计算：
Figure BDA0002659828580000122
εreab(Wab,h1,εr1)为AB段等效相对介电常数，可由下式计算：
Figure BDA0002659828580000123
式中，Δεreab(Tab)为AB段与导带厚度相关的等效相对介电常数；
Figure BDA0002659828580000124
键合段等效微带线的电长度
Figure BDA0002659828580000125
计算公式如下；
Figure BDA0002659828580000126
式中，β0为真空中的相位常数，ω为角频率；
基于传输线理论，则键合段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA0002659828580000127
计算公式如下：
Figure BDA0002659828580000131
式中，j为虚数单位。
步骤6，建立BC段考虑工艺扰动的三导体传输线等效电路
根据建立的金带键合互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，建立BC段三导体传输线等效电路，参照图9、10(a)、10(b)、11，按照以下步骤进行：
(6a)BC段可以看成由接地板、导带(微带线)以及金带构成的三导体传输线，用一个T型集总元件电路对BC段长度为l，特性阻抗为Z0的微带线进行等效，将其等效为两个电感L先串联，再在两电感中间并联一个电容C；令T型集总元件电路与特性阻抗为Z0的微带线转移矩阵相等，当BC段微带线长度很小，p1+δp1＜λg/8或
Figure BDA0002659828580000132
可求得T型集总元件电路中电感
Figure BDA0002659828580000133
和电容
Figure BDA0002659828580000134
元件值如下：
Figure BDA0002659828580000135
式中，εrebc为BC段等效相对介电常数，计算参考AB段，λg为介质中波长；
(6b)进一步考虑到BC段上金带—微带线间以空气为介质形成新的传输线的电感量
Figure BDA0002659828580000136
的影响，电感量
Figure BDA0002659828580000137
的计算公式如下：
Figure BDA0002659828580000138
式中，
Figure BDA0002659828580000139
为BC段金带—微带组成传输线的特性阻抗，参考AB段计算；εr为相对介电常数，Bbc为BC段有效金带宽度，计算公式如下：
Figure BDA0002659828580000141
式中，
Figure BDA0002659828580000142
为BC段金带导体与微带导体间空气间隙厚度，计算公式如下：
Figure BDA0002659828580000143
式中，
Figure BDA0002659828580000144
为弧BC段中点到接地板上表面的高度，计算公式如下；
Figure BDA0002659828580000145
(6c)考虑到电感量
Figure BDA0002659828580000146
的影响，基于电感串联理论，将电感量
Figure BDA0002659828580000147
代入等效电路当中，得到最终的等效电路如下：
Figure BDA0002659828580000148
式中，
Figure BDA0002659828580000149
为非对称的T型电路网络近B端等效电感参量，
Figure BDA00026598285800001410
为非对称的T型电路网络近C端等效电感参量，C1为等效电容参量；
(6d)BC段的转移矩阵
Figure BDA00026598285800001411
可看成由三个基本电路单元级联而成，即由两个串联阻抗和一个并联导纳组成，根据BC段等效电路模型，转移矩阵
Figure BDA00026598285800001412
的计算公式如下：
Figure BDA00026598285800001413
其中：
Figure BDA00026598285800001414
Y＝jwC1＝jwC
Figure BDA00026598285800001415
式中，
Figure BDA00026598285800001416
为非对称的T型电路网络左端等效电感参量
Figure BDA00026598285800001417
对应的阻抗参量，Y为等效电容参量C1对应的导纳参量，
Figure BDA00026598285800001418
为非对称的T型电路网络右端等效电感参量
Figure BDA00026598285800001419
对应的阻抗参量。
步骤7，建立CD段考虑工艺扰动的双层介质传输线等效电路
根据建立的金带键合互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，建立BC段双层介质传输线等效电路，参照图12、图13(a)-(d)按照以下步骤进行：
(7a)CD段可以看成由金带、中间空气与基板介质形成的双层介质层以及接地板形成的传输线，取CD段金带中间高度
Figure BDA0002659828580000151
作为平均高度，
Figure BDA0002659828580000152
为CD段空气介质平均厚度，计算公式如下；
Figure BDA0002659828580000153
(7b)对于双层介质的微带传输线，基于微带传输线寄生电容的串并联，求解微带传输线特性阻抗：
第m种情况下，微带传输线电容
Figure BDA0002659828580000154
可以表示如下：
Figure BDA0002659828580000155
式中，
Figure BDA0002659828580000156
为第m种情况下，微带传输线等效介电常数；hci为第i种情况下传输线介质高度；εrk为第k种情况下传输线相对介电常数，Bcd为CD段有效金带宽度，Zm(B,hci,εrj)为微带传输线特性阻抗；
第m种情况下，微带传输线特性阻抗Zm(B,hci,εrj)计算如下：
Figure BDA0002659828580000157
进一步带入可得
Figure BDA0002659828580000158
Figure BDA0002659828580000161
式中，
Figure BDA0002659828580000162
为CD段传输线特性阻抗，
Figure BDA0002659828580000163
为CD段传输线等效相对介电常数；
Figure BDA0002659828580000164
是高度为
Figure BDA0002659828580000165
无填充介质的CD段传输线特性阻抗；
Figure BDA0002659828580000166
是高度为
Figure BDA0002659828580000167
介电常数为εr1的传输线特性阻抗；
Figure BDA0002659828580000168
是高度为
Figure BDA0002659828580000169
无填充介质的传输线特性阻抗；
Figure BDA00026598285800001610
是高度为
Figure BDA00026598285800001611
相对介电常数为εr1的传输线特性阻抗；
(7c)CD段等效微带线的电长度
Figure BDA00026598285800001612
计算公式如下：
Figure BDA00026598285800001613
(7d)CD段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA00026598285800001614
表示如下
Figure BDA00026598285800001615
步骤8，建立DE段考虑工艺扰动的空气介质传输线等效电路
根据建立的金带键合互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，建立DE段空气介质传输线等效电路，参照图14，按照以下步骤进行：
(8a)对于DE段，可将其视为一段介质为空气的微带传输线，然后取DE段金带中点高度作为此段平均高度，计算DE段的等效阻抗如下式：
Figure BDA00026598285800001616
式中，
Figure BDA00026598285800001617
为弧DE段中点到接地板上表面的高度，Bde为DE段有效金带宽度，参考BC段计算；
Figure BDA00026598285800001618
可以由公式表示如下：
Figure BDA0002659828580000171
(8b)DE段等效微带线的电长度
Figure BDA0002659828580000172
计算公式如下：
Figure BDA0002659828580000173
(8c)DE段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA0002659828580000174
计算公式如下：
Figure BDA0002659828580000175
步骤9，建立HI、GH、FG、EF段考虑工艺扰动的传输线等效电路
HI、GH、FG、EF段金带结构与AB、BC、CD、DE段结构类似，特征相同，等效电路建立步骤相同；HI、GH、FG、EF段等效电路建立时，需将部分参数需要替换：将左端微带宽度W1改为右端微带宽度W2，将左端介质基板厚度h1改为右端介质基板厚度h2，介质基板相对介电常数εr1改为εr2，介质基板介电损耗角δ1改为δ2，AB段
Figure BDA0002659828580000176
改为HI段
Figure BDA0002659828580000177
BC段
Figure BDA0002659828580000178
改为GH段
Figure BDA0002659828580000179
CD段
Figure BDA00026598285800001710
改为FG段
Figure BDA00026598285800001711
DE段
Figure BDA00026598285800001712
改为EF段
Figure BDA00026598285800001713
步骤10，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体转移矩阵
根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联分段等效电路与微波网络分析理论，参照图15利用微波网络转移矩阵级联，计算考虑工艺扰动的金带键合互联构形整体转移矩阵
Figure BDA00026598285800001714
表示如下：
Figure BDA00026598285800001715
式中，
Figure BDA00026598285800001716
为EF段考虑工艺扰动的等效微带线的转移矩阵，
Figure BDA00026598285800001717
为FG段考虑工艺扰动的等效微带线的转移矩阵，
Figure BDA00026598285800001718
为GH段考虑工艺扰动的等效微带线的转移矩阵，
Figure BDA00026598285800001719
为HI段考虑工艺扰动的等效微带线的转移矩阵。
步骤11，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参量
根据求解的考虑工艺扰动的金带键合互联整体转移矩阵与微波网络分析理论，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参量如下所示：
Figure BDA0002659828580000181
Figure BDA0002659828580000182
式中，
Figure BDA0002659828580000183
和
Figure BDA0002659828580000184
分别为端口2到端口1的电压传输系数和无吸收损耗的端口2电压反射系数，Z0为微带线特性阻抗(为定值，一般取50Ω)，
Figure BDA0002659828580000185
分别为金带键合互联整体转移参量。
步骤12，计算考虑工艺扰动的金带键合互联整体吸收损耗
根据建立的金带键合互联构形参数化表征模型、传输线损耗理论与微波网络分析理论，计算金带键合互联整体吸收损耗，按照以下步骤进行：
(12a)导体损耗αcn计算如下式：
Figure BDA0002659828580000186
其中，
Wen为考虑导带厚度时的等效带宽，由下式确定：
Figure BDA0002659828580000191
式中，
Figure BDA0002659828580000192
为考虑导带厚度影响增加的导带宽度；
Rsn为导体表面趋肤电阻率，可由下式确定：
Figure BDA0002659828580000193
上式中，
Figure BDA0002659828580000194
为第n段传输线特征阻抗，Wn为第n段传输线宽度，htn为第n段传输线厚度，hdn为第n段介质厚度，σn为第n段导体电导率，e为奈培基数；n＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，令Zc1＝Z0，
Figure BDA0002659828580000195
Zc10＝Z0；W1＝Wl，W2＝W3＝W4＝W5＝W6＝W7＝W8＝W9＝B，W10＝Wr；σn＝σ；ht1＝ht10＝h3，ht2＝ht3＝ht4＝ht5＝ht6＝ht7＝ht8＝ht9＝T；hd1＝h1，
Figure BDA0002659828580000196
Figure BDA0002659828580000197
hd10＝h2，其中
Figure BDA0002659828580000198
可通过[A]ab计算得出；
(12b)介质损耗计算如下式：
Figure BDA0002659828580000199
式中，δi为介质基板介电损耗角，i＝1,2；εre为等效相对介电常数；
(12c)计算考虑工艺扰动的金带键合互联构形整体吸收损耗为：
Figure BDA00026598285800001910
式中，Qc1为左端均匀微带传输线的导体损耗；
Figure BDA00026598285800001911
为AB段金带导体损耗；Qc3为BC段金带导体损耗；Qc4为CD段金带导体损耗；Qc5为DE段金带导体损耗；Qc6为EF段金带导体损耗；Qc7为FG段金带导体损耗；Qc8为GH段金带导体损耗；Qc9为HI段金带导体损耗；Qc10为右端均匀微带传输线的导体损耗；Qd1为左端传输线介质损耗；Qd10为左端传输线介质损耗。
步骤13，建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型
根据计算的考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参数与吸收损耗，结合传输线理论与微波网络分析理论，建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型，按照以下步骤进行：
(13a)求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体含吸收损耗的回拨损耗与插入损耗，计算如下式所示：
Figure BDA0002659828580000201
Figure BDA0002659828580000202
式中，
Figure BDA0002659828580000203
和
Figure BDA0002659828580000204
为考虑工艺扰动的金带键合构形的回拨损耗和插入损耗；
(13b)建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，用函数Fi，i＝1,2，表示，简记为：
Figure BDA0002659828580000205
步骤14，对带有工艺扰动的金带键合互联结构实现传输性能预测
根据建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型，对考虑工艺扰动的金带键合互联结构实现传输性能预测，按照以下步骤进行：
(14a)初始由于加工设备的精度和服役的环境载荷问题导致的金带键合模型尺寸扰动问题，基于其尺寸扰动范围，使用考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，获取其性能扰动范围；
Figure BDA0002659828580000206
Figure BDA0002659828580000207
Figure BDA0002659828580000208
Figure BDA0002659828580000209
Figure BDA00026598285800002010
式中，
Figure BDA0002659828580000211
分别为
Figure BDA0002659828580000212
扰动范围的最小值、最大值、
Figure BDA0002659828580000213
扰动范围的最小值、最大值；
(14b)基于求得的性能扰动范围，形成初始金带模型的电性能包络区间：
Figure BDA0002659828580000214
式中，Δ1和Δ2便是由于加工设备的精度和服役的环境载荷引起的电性能误差。
本发明的优点可通过以下仿真实验进一步说明：
一、确定金带键合互联的几何参数与物性参数
本实验通过对比在三维电磁仿真软件HFSS仿真结果与基于金带键合互联路耦合模型的MATLAB计算结果，以验证金带互联路耦合模型的准确性与有效性。首先需给定金带键合互联几何参数与物性参数，金带键合互联参数化模型示意图见图2、3，金带键合互联工艺扰动参数示意图见图4(a)、(b)、(c)，金带键合互联的几何参数与物性参数见表1，工艺扰动参数及扰动范围见表2。
表1金带键合互联的几何参数与物性参数
Figure BDA0002659828580000215
Figure BDA0002659828580000221
表2工艺扰动参数及扰动区间(hb取跨距10％，其余取原值20％为扰动范围)
Figure BDA0002659828580000222
二、建立考虑工艺扰动的金带键合互联结构-电磁仿真模型
确定微波组件中金带键合互联电磁传输参数，具体包括：信号传输扫描频率f＝1～40GHz，回波损耗指标S11，插入损耗指标S21等。
根据确定的微波组件中金带键合互联几何参数、物性参数、电磁传输参数以及对考虑工艺扰动的金带键合互联构形进行的参数化表征建模，在三维电磁全波仿真分析软件HFSS中建立考虑工艺扰动的金带键合互联结构-电磁分析模型，见图16所示。所建立的模型由金带、微带导体、介质基板等部分组成。
三、金带键合互联路耦合模型验证
选取频率f＝1～40GHz，以0.5GHz为步长，分别通过HFSS软件仿真与路耦合模型计算，求得信号传输性能回波损耗S11与插入损耗S21。对比结果见图17所示，从图中可以看出首尾耦合模型误差较大，3-37GHz频段路耦合模型计算曲线与HFSS仿真曲线吻合良好。
从图中结果对比可见，在3-37GHz宽频带内，回波损耗最大绝对误差|S11|＝1.050dB，平均绝对误差|S11|＝0.618dB，最大相对误差等于12.85％，平均相对误差等于6.81％；插入损耗最大绝对误差|S21|＝0.0277dB，平均绝对误差|S21|＝0.046dB，最大相对误差等于3.18％，平均相对误差等于0.55％。上述分析表明该路耦合模型可靠有效，具有良好的信号传输性能预测能力。
四、对考虑工艺扰动的金带键合互联结构进行传输性能预测
选取频率f＝1～40GHz，以0.5GHz为步长，按表2工艺扰动参数表引入扰动量，利用考虑工艺扰动的路耦合模型计算，求得信号传输性能回波损耗S11与插入损耗S21，得出扰动上下界，形成包络区间。对比结果见图18所示，在1-40GHz宽频带内，以金带互联构形设计值计算传输性能的回波损耗从-38.85dB增大至-8.84dB，回波损耗的包络区间上界从-36.73dB增大至-7.57dB，回波损耗的包络区间下界从-41.71dB增大至-10.99dB，随着频率的增大，回波损耗包络区间由4.98dB减小为3.41dB；在1-40GHz宽频带内，以金带互联构形设计值计算传输性能的插入损耗从-0.0221dB减小至-0.7792dB，插入损耗的包络区间上界从-0.0226dB减小至-1.0075dB，插入损耗的包络区间下界从-0.0217dB减小至-0.5314dB,随着频率的增大，插入损耗的包络区间由0.0009dB增大至0.4761dB。所以，考虑工艺扰动时，信号传输性能均落在包络区间内，当设计生产金带键和电路时，可根据考虑工艺扰动的路耦合模型，对金带互联结构进行性能预测，从而更好地指导设计生产。

Claims (10)

1.一种考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)根据高频微波组件中互联的具体要求，确定考虑工艺扰动的金带键合互联的几何参数与物性参数；
(2)根据微波组件中互联工况及性能指标，确定考虑工艺扰动的金带键合互联电磁传输参数；
(3)根据微波组件中互联构形及工程实际调研，对考虑工艺扰动的金带键合互联构形进行参数化表征建模；
(4)基于非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑工艺扰动的金带键合互联区域进行分段离散与线性等效；
(5)根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，分段建立AB段考虑工艺扰动的键合段传输线等效电路、BC段考虑工艺扰动的三导体传输线等效电路、CD段考虑工艺扰动的双层介质传输线等效电路、DE段考虑工艺扰动的空气介质传输线等效电路和HI、GH、FG、EF段考虑工艺扰动的传输线等效电路；
(6)根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联分段传输线等效电路与微波网络分析理论，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体转移矩阵；
(7)根据求解的考虑工艺扰动的金带键合互联整体转移矩阵与微波网络分析理论，求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参量；
(8)根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数化表征模型、传输线损耗理论与微波网络分析理论，计算考虑工艺扰动的金带键合互联整体吸收损耗；
(9)根据计算的考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参量与吸收损耗，结合传输线理论与微波网络分析理论，建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型；
(10)根据建立的考虑工艺扰动的金带键合互联构形与信号传输性能路耦合模型，对带有工艺扰动的金带键合互联结构实现传输性能预测。
2.根据权利要求1所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，所述确定几何参数包括，金带宽度B、金带厚度T、左端微带宽度W1、右端微带宽度W2、左端介质基板厚度h1、右端介质基板厚度h2、微带厚度h3、左端金带键合处长度l1、微带左端到基板左端距离d1，金带键合左处距微带左端距离p1，介质模块间隙g，金带键合右端距微带右端距离p2，微带右端到基板右端距离d2，右端金带键合处长度l2和金带拱高hb；
确定物性参数包括，左端介质基板相对介电常数εr1和右端介质基板相对介电常数εr2、左端介质基板介电损耗角δ1和右端介质基板介电损耗角δ2，真空磁导率μ0，真空光速cv和第n段导体电导率σn；
确定微波组件中金带键合互联电磁传输参数包括信号传输频率f，回波损耗S11和插入损耗S21。
3.根据权利要求2所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(3)按如下过程进行：
(3a)采用区间分析方法，确定单一工艺扰动参数为
Figure FDA0002659828570000021
确定
Figure FDA0002659828570000022
为多个单一工艺扰动参数计算得到的波动参数；
确定金带互联结构考虑工艺扰动的8个主要参数为：左端金带键合处长度l1 I、微带左端到基板左端距离
Figure FDA0002659828570000023
金带键合左处距微带左端距离
Figure FDA0002659828570000024
介质模块间隙gI、金带键合右端距微带右端距离
Figure FDA0002659828570000025
微带右端到基板右端距离
Figure FDA0002659828570000026
右端金带键合处长度
Figure FDA0002659828570000027
和金带拱高
Figure FDA0002659828570000028
(3b)确定单一工艺扰动参数
Figure FDA0002659828570000029
中的扰动量为δXs，δXs服从正态分布，确定金带互联结构8个工艺扰动参数对应的扰动量分别为：左端金带键合处长度的扰动量δl1、微带左端到基板左端距离的扰动量δd1、金带键合左处距微带左端距离的扰动量δp1、介质模块间隙的扰动量δg、金带键合右端距微带右端距离的扰动量δp2、微带右端到基板右端距离的扰动量δd2、右端金带键合处长度的扰动量δl2和金带拱高的扰动量δhb；
(3c)对考虑工艺扰动的金带键合互联构形采用圆弧函数进行参数化表征，圆弧函数如以下公式所示：
Figure FDA00026598285700000210
式中，
Figure FDA00026598285700000211
是圆弧曲率中心的横、纵坐标，
Figure FDA00026598285700000212
是圆弧的曲率半径，x是金带构形函数曲线的横坐标；
(3d)对金带键合互联构形采用圆弧函数进行参数化表征，金带圆弧段长度
Figure FDA00026598285700000213
计算如下：
Figure FDA0002659828570000031
式中，
Figure FDA0002659828570000032
为圆弧的圆心角；
(3e)建立金带键合互联构形参数化表征模型如下：
Figure FDA0002659828570000033
4.根据权利要求2所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(4)按如下过程进行：
(4a)根据非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑工艺扰动的金带键合互联区域进行分段离散与线性等效，将金带键合互联区域依结构变化划分为8段，分别为：AB键合段、BC三导体段、CD双层介质段、DE空气介质段，EF空气介质段、FG双层介质段、GH三导体段、HI键合段；EF、FG、GH、HI四段分别与DE、CD、BC、AB四段结构特征类似；
(4b)将金带键合互联区域按照已划分的8段进行分段线性处理，分别为：长度为
Figure FDA0002659828570000034
的AB段键合段传输线、长度为
Figure FDA0002659828570000035
的BC段三导体传输线、长度为
Figure FDA0002659828570000036
的CD段双层介质传输线、长度为
Figure FDA0002659828570000037
的DE段空气介质传输线，EF、FG和GH、HI四段分别与DE、CD、BC和AB四段类似，对应长度表示为
Figure FDA0002659828570000038
Figure FDA0002659828570000039
和
Figure FDA00026598285700000310
传输线结构特征相似。
5.根据权利要求2所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(5)建立AB段考虑工艺扰动的键合段传输线等效电路如下：
AB键合段可看成导带厚度为Tab＝h3+T，等效宽度为
Figure FDA00026598285700000311
的微带线，微带传输线特性阻抗Zab(Wab,h1,εr1)计算如下：
Figure FDA00026598285700000312
式中，η为真空波阻抗，Wabe为AB段有效导带宽度；
键合段等效微带线的电长度
Figure FDA00026598285700000313
计算公式如下：
Figure FDA0002659828570000041
式中，β0为真空中的相位常数，ω为角频率；
基于传输线理论，则键合段等效微带线的转移矩阵
Figure FDA0002659828570000042
计算公式如下：
Figure FDA0002659828570000043
式中，j为虚数单位；
步骤(5)建立BC段考虑工艺扰动的三导体传输线等效电路如下：
(1bc)将BC段视为由接地板、导带微带线以及金带构成的三导体传输线，用一个T型集总元件电路对BC段长度为l，特性阻抗为Z0的微带线进行等效，将其等效为两个电感L先串联，再在两电感中间并联一个电容C，令T型集总元件电路与特性阻抗为Z0的微带线转移矩阵相等，当BC段微带线长度很小，p1+δp1＜λg/8或
Figure FDA0002659828570000044
可求得T型集总元件电路中电感
Figure FDA0002659828570000045
和电容
Figure FDA0002659828570000046
元件值如下：
Figure FDA0002659828570000047
式中，εrebc为BC段等效相对介电常数，λg为介质中波长；
(2bc)进一步考虑到BC段上金带—微带线间以空气为介质形成新的传输线的电感量
Figure FDA0002659828570000048
的影响，电感量
Figure FDA0002659828570000049
的计算公式如下：
Figure FDA00026598285700000410
式中，εr为相对介电常数，
Figure FDA00026598285700000411
为BC段金带—微带组成传输线的特性阻抗，Bbc为BC段有效金带宽度，
Figure FDA00026598285700000412
为BC段空气间隙的平均厚度；
(3bc)考虑到电感量
Figure FDA00026598285700000413
的影响，基于电感串联理论，将电感量
Figure FDA00026598285700000414
代入等效电路当中，得到最终的等效电路如下：
Figure FDA0002659828570000051
式中，
Figure FDA0002659828570000052
为非对称的T型电路网络近B端等效电感参量，
Figure FDA0002659828570000053
为非对称的T型电路网络近C端等效电感参量，C1为等效电容参量；
(4bc)将BC段的转移矩阵
Figure FDA0002659828570000054
视为由两个串联阻抗和一个并联导纳组成，根据BC段等效电路模型，转移矩阵
Figure FDA0002659828570000055
的计算公式如下：
Figure FDA0002659828570000056
式中，
Figure FDA0002659828570000057
为非对称的T型电路网络等效电感参量
Figure FDA0002659828570000058
对应的阻抗参量，Y为等效电容参量C1对应的导纳参量，
Figure FDA0002659828570000059
为非对称的T型电路网络等效电感参量
Figure FDA00026598285700000510
对应的阻抗参量；
步骤(5)建立CD段考虑工艺扰动的双层介质传输线等效电路如下：
(1cd)将CD段视为由金带、中间空气与基板介质形成的双层介质层以及接地板形成的传输线，取CD段金带中间高度
Figure FDA00026598285700000511
作为平均高度，
Figure FDA00026598285700000512
为CD段空气介质平均厚度，计算公式如下：
Figure FDA00026598285700000513
(2cd)对于双层介质的微带传输线，基于微带传输线寄生电容的串并联，求解微带传输线特性阻抗：
第m种情况下，微带传输线电容
Figure FDA00026598285700000514
可以表示如下：
Figure FDA00026598285700000515
式中，
Figure FDA00026598285700000516
为第m种情况下，微带传输线等效介电常数；hci为第i种情况下传输线介质高度；εrk为第k种情况下传输线相对介电常数，Bcd为CD段有效金带宽度，Zm(B,hci,εrj)为微带传输线特性阻抗；
第m种情况下，微带传输线特性阻抗Zm(B,hci,εrj)计算如下：
Figure FDA0002659828570000061
进一步带入可得
Figure FDA0002659828570000062
Figure FDA0002659828570000063
式中，
Figure FDA0002659828570000064
为CD段传输线特性阻抗，
Figure FDA0002659828570000065
为CD段传输线等效相对介电常数；
Figure FDA0002659828570000066
是高度为
Figure FDA0002659828570000067
无填充介质的CD段传输线特性阻抗；
Figure FDA0002659828570000068
是高度为
Figure FDA0002659828570000069
介电常数为εr1的传输线特性阻抗；
Figure FDA00026598285700000610
是高度为
Figure FDA00026598285700000611
无填充介质的传输线特性阻抗；
Figure FDA00026598285700000612
是高度为
Figure FDA00026598285700000613
相对介电常数为εr1的传输线特性阻抗；
(3cd)CD段等效微带线的电长度
Figure FDA00026598285700000614
计算公式如下：
Figure FDA00026598285700000615
(4cd)CD段等效微带线的转移矩阵
Figure FDA00026598285700000616
表示如下：
Figure FDA00026598285700000617
步骤(5)建立DE段考虑工艺扰动的空气介质传输线等效电路如下：
(1de)将DE段视为一段介质为空气的微带传输线，然后取DE段金带中点高度
Figure FDA00026598285700000618
作为此段平均高度，计算DE段的等效阻抗如下式：
Figure FDA0002659828570000071
式中，Bde为DE段有效金带宽度；
(2de)DE段等效微带线的电长度
Figure FDA0002659828570000072
计算公式如下：
Figure FDA0002659828570000073
(3de)DE段等效微带线的转移矩阵
Figure FDA0002659828570000074
计算公式如下：
Figure FDA0002659828570000075
步骤(5)建立HI、GH、FG、EF段考虑工艺扰动的传输线等效电路如下：
按照与AB、BC、CD、DE段等效电路建立步骤建立HI、GH、FG、EF段等效电路，将部分参数替换：将左端微带宽度Wl改为右端微带宽度Wr，将左端介质基板厚度h1改为右端介质基板厚度h2，介质基板相对介电常数εr1改为εr2，介质基板介电损耗角δ1改为δ2，AB段
Figure FDA0002659828570000076
改为HI段
Figure FDA0002659828570000077
BC段
Figure FDA0002659828570000078
改为GH段
Figure FDA0002659828570000079
CD段
Figure FDA00026598285700000710
改为FG段
Figure FDA00026598285700000711
DE段
Figure FDA00026598285700000712
改为EF段
Figure FDA00026598285700000713
6.根据权利要求1所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(6)利用微波网络转移矩阵级联，计算考虑工艺扰动的金带键合互联构形整体转移矩阵
Figure FDA00026598285700000714
表示如下：
Figure FDA00026598285700000715
式中，
Figure FDA00026598285700000716
为EF段考虑工艺扰动的等效微带线的转移矩阵，
Figure FDA00026598285700000717
为FG段考虑工艺扰动的等效微带线的转移矩阵，
Figure FDA00026598285700000718
为GH段考虑工艺扰动的等效微带线的转移矩阵，
Figure FDA00026598285700000719
为HI段考虑工艺扰动的等效微带线的转移矩阵。
7.根据权利要求1所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(7)求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体散射参量如下所示：
Figure FDA0002659828570000081
Figure FDA0002659828570000082
式中，
Figure FDA0002659828570000083
和
Figure FDA0002659828570000084
分别为端口2到端口1的电压传输系数和无吸收损耗的端口2电压反射系数，Z0为微带线特性阻抗，
Figure FDA0002659828570000085
分别为金带键合互联整体转移参量。
8.根据权利要求2所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(8)按如下过程进行：
(8a)导体损耗αcn计算如下式：
Figure FDA0002659828570000086
式中，Rsn为导体表面趋肤电阻率，
Figure FDA0002659828570000087
为第n段传输线特征阻抗，hdn为第n段介质厚度，Wen为考虑导带厚度时的等效带宽，Wn为第n段传输线宽度，htn为第n段传输线厚度，e为奈培基数；
(8b)介质损耗αd计算如下式：
Figure FDA0002659828570000088
式中，δi为介质基板介电损耗角，i＝1,2，εre为等效相对介电常数；
(8c)计算考虑工艺扰动的金带键合互联构形整体吸收损耗为：
Figure FDA0002659828570000091
式中，Qc1为左端均匀微带传输线的导体损耗；
Figure FDA0002659828570000092
为AB段金带导体损耗；Qc3为BC段金带导体损耗；Qc4为CD段金带导体损耗；Qc5为DE段金带导体损耗；Qc6为EF段金带导体损耗；Qc7为FG段金带导体损耗；Qc8为GH段金带导体损耗；Qc9为HI段金带导体损耗；Qc10为右端均匀微带传输线的导体损耗；Qd1为左端传输线介质损耗；Qd10为左端传输线介质损耗。
9.根据权利要求1所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(9)按如下过程进行：
(9a)求解考虑工艺扰动的金带键合互联整体含吸收损耗的回拨损耗与插入损耗，计算如下式所示：
Figure FDA0002659828570000093
Figure FDA0002659828570000094
式中，
Figure FDA0002659828570000095
和
Figure FDA0002659828570000096
为考虑工艺扰动的金带键合构形的回拨损耗和插入损耗；
(9b)建立考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，用函数Fi，i＝1,2表示，简记为：
Figure FDA0002659828570000097
10.根据权利要求2所述的考虑工艺扰动的金带键合路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(10)按如下过程进行：
(10a)基于其尺寸扰动范围，使用考虑工艺扰动的金带键合互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，获取其性能扰动范围：
Figure FDA0002659828570000098
Figure FDA0002659828570000099
式中，
Figure FDA0002659828570000101
分别为
Figure FDA0002659828570000102
扰动范围的最小值、最大值、
Figure FDA0002659828570000103
扰动范围的最小值、最大值；
(10b)基于求得的性能扰动范围，形成初始金带模型的电性能包络区间：
Figure FDA0002659828570000104
式中，Δ1和Δ2便是由于加工设备的精度和服役的环境载荷引起的电性能误差。
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