Funktionale Via-Strukturen in keramischen Multilagensubstraten

Unter „Low Temperature Cofired Ceramcis“ (LTCC) wird eine Technologie verstanden, die sich im Gegensatz zu herkömmlichen Technologien von Leiterplatten, bzw. „Printed Circuit Boards“ (PCB), durch eine hohe Permittivität, niedrige dielektrische Verluste und geringe Fertigungstoleranzen auszeichnet. Die LTCC-Technologie bietet sich daher besonders für Anwendungen im Bereich der Hochfrequenztechnik an und kann hier, bedingt durch die mechanische Festigkeit und hohe thermische Leitfähigkeit, für eine hohe Integrationsdichte von HF-Bauelementen und HF-Komponenten sorgen. Zu diesem Zweck sollen funktionale Via-Strukturen (als Ersatz, bzw. Alternative zu Mikrostreifenleitungen) für den Entwurf von Filtern, Kopplern und Anpassnetzwerken verwendet werden. Dies ist bislang nur für PCBs bis 20 GHz erfolgreich umgesetzt worden und soll nun in LTCC-Multilagensubstraten auf 70 GHz erweitert werden. Hierfür müssen bestehende Modellierungsverfahren für Vias angepasst und erweitert werden. Anschließend sollen geeignete Teststrukturen sowohl entworfen als auch, mittels geeigneter Verfahren, messtechnisch erfasst werden.

Finanzierung: Freie und Hansestadt Hamburg

Kontakt: Ömer Faruk Yildiz, M.Sc.

Hochfrequenz Messspitzen und Kontaktflächen entwickelt auf einem 10 mal 10 cm Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC) Substrat (Quelle: TET, TUHH).

Seitenansicht zweier Hochfrequenz Messpitzen für W-Band Messungen bis 110 GHz von substratintegrierten Rechteckleitern auf einem Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC) Substrat (Quelle: TET, TUHH).

Entwurf passiver Mikrowellen-Komponentnen auf Multilagen-Leiterplatten mit Hilfe funktionaler Vias

Promotion Andreas Hardock. 01.01.2011 – 31.03.2015

Diese Arbeit behandelt den Entwurf von passiven Hochfrequenzkomponenten wie Filter, Koppler und Anpassnetzwerke auf Basis von funktionalen Vias (Durchkontaktierungen) in mehrlagigen Leiterplatten. Zu diesem Zweck werden die eigentlich parasitären elektrischen Eigenschaften der Vias detailliert analysiert und funktional eingesetzt. Die Entwürfe der Komponenten erfolgen auf theoretischer sowie auf simulativer Ebene und werden durch begleitende Streuparametermessungen bis zu 35 GHz validiert. Durch Vergleiche mit klassischen Hochfrequenzentwürfen auf Basis von Mikrostreifenleitungen werden die Vorteile und Nachteile in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften und Platzbedarf diskutiert.

Oberfläche der simulationssoftware Mulatilayer Structure Simulator (MLSS) entwickelt am Institut für Theoretische Elektrotechnik (Quelle: TET, TUHH).

Draufsicht eines eigens entwickelten Via-Kopplers auf einer 8-lagigen Leiterplatte (Quelle: TET, TUHH).

Relevante Publikationen:

Andreas Hardock

Design of Passive Microwave Components on Multilayered Printed Circuit Boards using Functional Vias Promotionsarbeit

2016, ISBN: 978-3-8440-4615-1.

Qi Wu, Alexander Vogt, Jan Birger Preibisch, Andreas Hardock, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Modeling of Mutual Coupling between Coaxial Probes in Flat Metallic Casings Using the Contour Integral Method Inproceedings

2015 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Turin, Italy, September 07-11, 2015.

Links

Jan Birger Preibisch, Andreas Hardock, Christian Schuster

Physics-Based Via and Waveguide Models for Efficient SIW Simulations in Multilayer Substrates Artikel

IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques , 63 (6), 2015.

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Andreas Hardock, David Dahl, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Efficient Calculation of External Fringing Capacitances for Physics-Based PCB Modeling Workshop

2015 IEEE 19th Workshop on Signal and Power Integrity (SPI), Berlin, Germany, May 10-13, 2015.

Links

Andreas Hardock, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Chebyshev Filter Design Using Vias as Quasi-Transmission Lines in Printed Circuit Boards Artikel

IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 63 (3), 2015.

Links

Miroslav Kotzev, Young H. Kwark, Sebastian Müller, Andreas Hardock, Renato Rimolo-Donadio, Christian W. Baks, Christian Schuster

High Frequency Measurement Techniques for Vias in Printed Circuit Boards Artikel

IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine, 3 (4), 2014.

Links

Andreas Hardock, Young H. Kwark, Renato Rimolo-Donadio, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Using Via Stubs in Periodic Structures for Microwave Filter Design Artikel

IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 4 (7), 2014.

Links

Andreas Hardock, Renato Rimolo-Donadio, Sebastian Müller, Young H. Kwark, Christian Schuster

Signal integrity: Efficient, physics-based via modeling: Return path, impedance, and stub effect control Artikel

IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine, 3 (1), 2014.

Links

Andreas Hardock, Renato Rimolo-Donadio, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Application of Vias as Functional Elements in Microwave Coupling Structures Artikel

IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 61 (10), 2013.

Links

Sebastian Müller, Andreas Hardock, Renato Rimolo-Donadio, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Analytical Extraction of Via Near-Field Coupling Using a Multiple Scattering Approach Workshop

EEE Workshop on Signal and Power Integrity (SPI) Paris, Frankreich, 2013.

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Andreas Hardock, Sebastian Müller, Xiaomin Duan, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Minimizing Displacement Return Currents in Multilayer Via Structures Inproceedings

IEEE Conference on Electrical Performance of Electronic Packaging and Systems (EPEPS), Tempe, USA, October 21-24, 2012.

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Andreas Hardock, Renato Rimolo-Donadio, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Double Stub Matching in Multilayered Printed Circuit Board using Vias Inproceedings

Electronic Components and Technology Conference (ECTC), San Diego, USA, May 29-June 1, 2012.

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Kontaktierungstechnik für breitbandige Multitormessungen in der digitalen Aufbau- und Verbindungstechnik

Promotion Miroslav Kotzev. 01.10.2007 – 29.02.2013

Diese Arbeit befasst sich mit der Testsignalkontaktierung und Signaleinführungstechniken für breibandige Multitor-Messungen im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik für digitale Systeme im Frequenzbereich von wenigen MHz bis 50 GHz. Drei verschiedene Signaleinführungstechniken werden im Zeit- und Frequenzbereich untersucht. Zuerst wird die Leistungsfähigkeit der Kontaktierung mit koaxialen Steckern in Messungen des Übersprechens von Backplane-Stecker analysiert. Im nächsten Schritt wird die „Recessed Probe Launche“-Technik präsentiert, wobei die Ergebnisse aus aktuellen Untersuchen in Bezug auf ihre Kalibration, ihre Anwendungen für Messungen von eingebetteten Multilagen-Strukturen und mögliche Modifizierungen für die Verbesserung der Messbandbreite im Mittelpunkt stehen. Schließlich wird das Konzept eines neuartigen Multitor-Adapters in den Messungen von dichten Via Array Strukturen reduziert und die Ergenisse mit Micorprobe-Messspitzen basierten Messungen validiert. Basierend auf 3D Vollwellen-Simulationen werden Vorschläge für die Optimierung des Layouts gemacht, die für die Anwendbarkeit dieser Technik für Datenraten bis 20 Gbit/s und darüber hinaus notwendig sind.

TUHH Universitätsbibliothek. TUBDok Link: http://doku.b.tu-harburg.de/volltexte/2013/1210/

12-Tor Vektornetzwerkanalysator von Agilent Technologies angeschlossen an einer Backplane Stecker Teststruktur (Leihgabe von IBM Deutschland Entwicklung GmbH, Böblingen, Deutschland) (Quelle: TET, TUHH).

Multitor Kontaktierungsmessaufbau für Untersuchungen in Strukturen mit dichten Durchkontaktierungen unter Benutzung von kommerziellen Micorprobe-Messspitzen und Mikromanupulatoren (Quelle: TET, TUHH).

Relevante Publikationen:

Miroslav Kotzev

Probing and Fixturing Techniques for Wideband Multiport Measurements in Digital Packaging Promotionsarbeit

2013, ISBN: 978-3-8440-1910-0.

Miroslav Kotzev, Renato Rimolo-Donadio, Young H. Kwark, Christian W. Baks, Xiaoxiong Gu, Christian Schuster

Electrical Performance of the Recessed Probe Launch Technique for Measurement of Embedded Multilayer Structures Artikel

IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 61 (12), 2012.

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Miroslav Kotzev, Young H. Kwark, Christian W. Baks, Xiaoxiong Gu, Christian Schuster

Electrical Performance of a Multiport Interposer for Measurements of Dense Via Arrays Workshop

IEEE Workshop on Signal Propagation on Interconnects (SPI), Naples, Italy, May 8-11, 2011.

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Miroslav Kotzev, Christian Schuster

Custom-Made Calibration Standards for Measurements of Multilayer Substrates Inproceedings

German Microwave Conference (GeMic), Darmstadt, Germany, March 14-16, 2011.

Miroslav Kotzev, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Effect of Via Stubs on the TRL Calibration Technique for Measurement of Embedded Multilayer Structures Inproceedings

European Microwave Conference (EuMC), Paris, France, September 28-30, 2010.

Miroslav Kotzev, Roland Frech, Hubert Harrer, Dierk Kaller, Andreas Huber, Thomas-Michael Winkel, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Crosstalk Analysis in High Density Connector Via Pin Fields for Digital Backplane Applications Using a 12-Port Vector Network Analyzer Inproceedings

IEEE Conference of Electronics System Integration Technology (ESTC), Berlin, Germany, September 13-16, 2010.

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Miroslav Kotzev, Renato Rimolo-Donadio, Heinz-Dietrich Brüns, Christian Schuster

Multiport Measurement and Deembedding Techniques for Crosstalk Study in Via Arrays Workshop

IEEE Workshop on Signal Propagation on Interconnects (SPI), Hildesheim, Germany, May 9-12, 2010.

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Miroslav Kotzev, Renato Rimolo-Donadio, Christian Schuster

Extraction of Broadband Error Boxes for Microprobes and Recessed Probe Launches for Measurement of Printed Circuit Board Structures Workshop

IEEE Workshop on Signal Propagation on Interconnects (SPI), Strasbourg, France, May 12-15, 2009.

Links

Miroslav Kotzev, Xiaoxiong Gu, Young H. Kwark, Mark B. Ritter, Renato Rimolo-Donadio, Christian Schuster

Bandwidth Study of Recessed Probe Launch Variations for Broadband Measurement of Embedded PCB Structures Inproceedings

German Microwave Conference (GeMic), Munich, Germany, March 16-18, 2009.

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