使用超材料的傳輸線的設計方法

2023-04-25 12:13:41

專利名稱：使用超材料的傳輸線的設計方法
技術領域：
本發明涉及微波傳輸線，特別涉及位於基板上且添加超材料的傳輸線的設計。
背景技術：
電子產業持續地依賴於半導體技術的發展而在更狹小的面積上實現更高性能的 元件。許多應用為了實現更高性能的元件，必須將大量的電子元件整合在單一半導體晶片 內。隨著晶片給定面積的電子元件數量的增加，製造工藝也變的更加困難。針對眾多領域(discipline)的多種應用，已製造出多種半導體元件。這些半導 體元件通常包括金屬氧化物半導體場效應電晶體(M0SFET)，所述金屬氧化物半導體場效 應電晶體例如為P溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體(PM0S)、N溝道金屬氧化物半導 體場效應電晶體(NM0S)、互補式金屬氧化物半導體場效應電晶體(CMOS)、以及雙載流子 (bipolar)金屬氧化物半導體場效應電晶體(BiCMOS)。隨著功能整合需求的日益增加，在針對數字元件來改善半導體元件的速度(時鐘 脈衝)時，以及在針對諸如無線和射頻技術領域內的模擬元件來改善噪聲、靈敏度、功率和 運行頻率時，也有類似的需求。在現今許多消費性電子產品的例子中，這些數字元件、無線 與射頻技術元件被同時設置在一個便攜及手持式單元中。因此，目前以半導體為基礎的器 件通常包括基於矽、矽鍺、砷化鎵材料體系的半導體。然而，當上述典型材料體系無法滿足 電子器件的功率、效率和運行頻率的需求時，也可以購置其它諸如氮化鎵和磷化銦之類的 材料。目前多數微處理器的速度(時鐘脈衝)為2GHz，一些微處理器(例如英特爾奔騰 處理器4極致版(Intel Pentium 4Extreme))的內部運行速度(時鐘脈衝)為3. 6GHz。 多數單晶片無線收發器或無線晶片組的運行頻率介於2GHz至6GHz之間，用以支持的無線 傳輸標準包括運行頻率在4. 9-5. 8GHz的IEEE802. 11a、運行頻率在2. 4-2. 5GHz的IEEE 802. llb/g，以及運行頻率在2. 3-2. 7GHz和2. 8-3. 3GHz的IEEE 8. 216。其它無線電路則提 供由上述運行頻率至66GHz (IEEE 802.16)的運行頻率，並為軍事或民事雷達應用提供更 高的運行頻率。隨著更高性能和更多功能的元件內置在集成電路裝置內，因為需要對將集成電路 的用以互連不同元件的傳輸線的阻抗進行處理，故在半導體集成電路(IC)內部的信號傳 輸遂成為挑戰。再者，集成電路在孤立狀態下並不會動作，並且就其而論，信號更常在一個 電路板上的許多集成電路之間傳送，或將信號從一個集成電路裝置傳送至天線、背板或其 它電子產品。在這些情形中，信號必須經常通過多種互連(例如封包、印刷電路板和插槽) 傳送。一般而言，通過上述實體的信號線的阻抗彼此並不相同。任何這些實體和傳輸線之 間的阻抗的不匹配都會造成緣於阻抗邊界的能量反射的噪聲，並增加功率消耗，這是因為 反射的能量並未被傳送至傳輸線的端點的緣故。在大部分實例中，與市場上可購得的微波 連接器、同軸電纜、印刷電路板(PCBS)和插槽等的50歐姆與75歐姆的業界標準相比較，符 合半導體平臺的製造設計規則的傳輸線的阻抗會更小。
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將這種低阻抗的半導體電路與它們之一進行阻抗匹配，需要提供與該半導體電路 串聯或並聯的匹配阻抗。然而，若要將10歐姆的半導體傳輸線與50歐姆的外部負載阻抗 進行阻抗匹配，則會以40歐姆的串聯阻抗來實現。因此，上述問題嚴重地影響到用以在低 阻抗環境中產生所需的信號電平的半導體電路的設計。因此，亟需在設計電路中提供一種可選的阻抗匹配方法。

發明內容
本發明的第一實施例提供一種超材料基板的設計方法，其中，超材料基板用以承 載(support) —信號線，上述設計包括首先提供超材料目標阻抗(target meta-material impedance)，超材料阻抗表示超材料基板的阻抗並形成信號線的全部阻抗的一部分，其中 該信號線將形成在超材料基板上；為超材料基板提供第一等效電路；輸入第一等效電路的 參數至少涉及超材料基板的多個方面之一。所述多個方面包括與超材料基板相關的既定結 構特性、超材料目標阻抗、以及既定電氣特性。從該第一等效電路確定超材料基板的一其它結構特性，該其它結構特性依賴於輸 入該第一等效電路中的既定結構特性。因此所述超材料的結構特性提供與超材料基板所需 要的設計相關的輸出設計數據，以提供期望的超材料阻抗。本發明的另一實施例提供一種計算機可讀存儲介質，該存儲介質上已經存儲有計 算機可執行的指令，所述計算機可執行的指令在被執行時會提供對基板的設計，該基板為 承載一電力信號線的超材料基板。所述計算機可執行的指令首先獲得超材料目標阻抗，超 材料阻抗表示超材料基板的阻抗並形成信號線的全部阻抗的一部分，其中該信號線將形成 於超材料基板上。所述計算機可執行的指令隨後為超材料基板提供第一等效電路。輸入至該第一等 效電路的參數至少涉及超材料基板的多個方面之一。所述多個方面包括與超材料基板相關 的既定結構特性、超材料目標阻抗、以及既定電氣特性。從該第一等效電路確定超材料基板的一其它結構特性，該其它結構特依賴於輸入 該第一等效電路中的既定結構特性。因此所述超材料的結構特性提供與超材料基板所需要 的設計相關的輸出設計數據，以提供期望的超材料阻抗。本發明的另一實施例為一種計算機可讀存儲介質，該存儲介質上已經存儲有計算 機可執行的指令，所述指令在被適當的計算機裝置執行時提供超材料基板的設計參數。首 先為將要形成在超材料基板上的電信號線提供線路目標阻抗(target line impedance) 0 所述指令隨後為超材料基板上的電信號線提供第二等效電路，該第二等效電路至少根據電 信號線的既定結構特性而建立傳輸線阻抗。所述傳輸線阻抗為在介電材料上的電信號線的 阻抗，並且所述介電材料形成超材料基板的一部分；所述指令隨後提供第三等效電路，第三等效電路至少與傳輸線阻抗、超材料目標 阻抗、以及線路目標阻抗相關；使得在確定超材料目標阻抗時，至少根據線路目標阻抗和傳 輸線阻抗來確定其目標阻抗。上述概要介紹並非意欲表示本發明的每一公開的實施例或每一型態。其它型態和 示例性實施例將通過下面的具體描述而提供。


通過考慮結合附圖對本發明的多種實施例所進行的具體描述，可對本發明獲得更 為全面的了解，其中圖1為超材料基板和傳輸線的第一示例性布局的等視角視圖；圖2A為圖1中超材料基板和傳輸線的第一示例性布局的剖面圖；圖2B為圖1中信號傳輸線在不具有超材料時的微波阻抗匹配圖(S-參數圖)，其 中微波阻抗匹配是頻率的函數；圖2C為圖1中信號傳輸線在具有超材料時的微波阻抗匹配圖(S-參數圖)，其中 微波阻抗匹配是頻率的函數；圖3為第二示例性布局的等視角放大圖；圖4為超材料基板和傳輸線的第三示例性布局的等視角圖；圖5為圖4中超材料基板和傳輸線的第四示例性布局的示例性剖面圖；圖6為位於基板上且包括超材料的傳輸線的電路圖；圖7為超材料基板的示意性設計流程圖，其中該超材料基板用於電路和相應的傳 輸線；圖8A為用於超材料傳輸線結構的示例性儲能電路(tank circuit)圖；圖8B為形成圖8A的部分儲能電路的示意性儲能電路圖。
具體實施例方式以下所述的具體實施例涉及通過將超材料用作電路或基板的絕緣體而對用於電 路或基板中的信號的傳輸線進行設計。所述超材料是指經過這樣設計的材料，其使得所述 信號如此動作，從而讓信號形狀(shape of the signal)表現得(behave)就好像其介電常 數和導磁係數不同於所使用的絕緣體的實部的介電常數和導磁係數似的。應該注意的是 相對介電常數和相對導磁係數均包括實部和虛部，即e K = e K+j e K且y K = y K+j y K。因 此，就能將超材料設計為具有這樣的信號，所述信號的響應方式就好像介電常數和導磁系 數具有負值似的。在本發明中，絕緣材料被設計為用來降低由信號線的共振模式所產生的 噪聲。超材料是一種在絕緣體中對導體的設置方式，用以降低信號中傳輸線的共振響應。雖然目前仍依靠正值阻抗作為阻抗匹配的解決方案，但使用負值阻抗來執行阻抗 匹配也是可行的。A. F. Starr等人在其一篇標題為"Fabrication andCharacterization of a Negative-Refractive-Index Composite Meta-Materials" ( ^H^St^^W Physical Review B 70，113102 (2004))的論文中提及「迄今針對具有負值有效折射率的材料的設計 仍沒有太多建議性途徑，而且最困難的解決方案就是設計一種同時具有負值介電常數(￡ ) 和負值導磁係數(iO的材料。沒有已知的天然材料或化合物同時具有負值介電常數和負 值導磁係數，但就如從有效介質變量(arguments)中推導出來的那樣，可以設計出這樣的 材料，其提供在有限的帶寬上的單個或兩者均為負值的介電常數和導磁係數」。在這樣的超材料中，用以承載傳輸線基板的介電常數和導磁係數被負向地影響， 此事實在用於高性能集成電路器件的傳輸線的設計和實現中賦予潛在的功用。因此，為了 實現搭配傳輸線後的期望阻抗，其有利的做法是無須藉助大量的實驗而設計上述超材料。圖1所示為超材料基板和傳輸線的第一示例性結構100。基板110已經被配置為超材料。在基板110內為導體材料135的圖案(即基本圖案(motif))，而導體材料135的 圖案被設置為同心方環(concentric square-circles) 125，其中在後面的敘述中，同心方 環被稱為類矩形(rectangular-like shapes)，這種形狀包括矩形和方形，但不以此為限。 金屬的直線段(straight section)圖案130也設置在基板110內。所示的信號傳輸線115 位於基板110的表面上。根據本發明實施例，認為基板110以及設置在基板110內的信號 傳輸線115在y方向的長度為14mm，並且超材料被設計用以增加信號傳輸線115的阻抗、減 少反射、增加功率傳輸以及減少噪聲。類矩形135的長度總和相當於(且通常匹配於)信號 傳輸線115的長度。金屬的直線段130匹配於類矩形135的寬度。在本實施例中，具有開 口的類矩形135實際上是「直徑」為2. 5mm的方形，類矩形135的每一元件具有0. 1mm的導 體寬度和25 y m的導體厚度。類矩形125之間的間隙145和150的寬度為0. 2mm。信號傳 輸線115的寬度為0. 1mm,而厚度為25 u m。這個超材料中的絕緣體是雙馬來醯亞胺三嗪樹 脂(Bismaleimide triazine (BT)resin)，是一種在用於電路板的玻璃式覆銅箔板(copper clad laminate)中使用的具有高熱阻的熱固性樹脂。圖2A顯示圖1中超材料基板和傳輸線的第一示例性布局200的剖面圖。該剖 面圖是沿著圖1所示的線段AA-AA的剖面圖。基板200可被構造為多重層(multiple layer) 255。第一層(L1)是厚度為25 y m的底平面(ground plane) 230。在底平面230之 上的是第二層(L2)，第二層是厚度為100 ym的絕緣材料250。第三層(L3)是在超材料基 板和傳輸線的布局200內定義金屬的直線段220之處，並且第三層厚度也為25 y m。第四層 (L4)為另一層厚度為100 ym的絕緣材料250。第五層(L5)包括金屬導體225的排列，該 金屬導體225的排列形成如圖1的同心類矩形125並具有25 ym的厚度。在第五層(L5)之上還有厚度為100 u m的絕緣材料250的第六層(L6)。圖1的信 號傳輸線115以剖面導體240來顯示，導體240被定義為第7層(L7)，它是厚度也為25 y m 的導體。因此，對於一個示例性實施例而言，是通過在現有的底平面230 (L1)、絕緣材料250 和導體240之中額外增加兩層金屬層L3和L5而實現超材料的。額外的工藝導致了複雜化， 但正如圖3和圖4將示出的那樣，其性能也會因此而得以大幅改善。圖2B為針對圖1中的信號傳輸線在不具有超材料時的一微波阻抗匹配圖(S-參 數)，其中微波阻抗匹配是頻率的函數。其建模結構是圖1所述的長度為14mm的信號傳 輸線，並且與圖1的方式相同，該傳輸線在雙馬來醯亞胺三嗪樹脂絕緣體上具有特徵阻抗 (characteristic impedance) Z0 = 83歐姆，但是不具有圖1的金屬類矩形135和金屬的 直線段130。示出內容是S-參數相對於信號頻率的關係圖260。方波輸入信號通過信號線 而引入。曲線265顯示輸出電壓對輸入電壓的比值(即信號完整度(signal integrity)) 隨著頻率由1GH增至約30GHz而逐漸衰減。S-參數等於比值Vout/Vin，其中Vout為從傳 輸線輸出的輸出電壓，而Vin為施加至傳輸線的電壓。隨著輸入頻率的增加，波形的振幅減 少，表示輸出信號的減少以及通過信號線的傳輸的減少。對用以得到本發明的數據的專屬 (proprietary)軟體ANS0FT(由ANS0FT公司編制(authored)，匹茲堡，賓州)而言，其電磁 (EM)模型網格算法的解被限定於頻率20GHz (邊長為7. 5mm)處。圖2C為針對圖1中的信號傳輸線在具有超材料時的一微波阻抗匹配圖(S-參 數)，其中微波阻抗匹配是頻率的函數。其建模結構是圖1所述的長度為14mm的信號傳輸 線，並且與圖1的方式相同，該傳輸線在不具有超材料時在雙馬來醯亞胺三嗪(BT)樹脂絕
8緣體上具有特徵阻抗A = 83歐姆，但在這裡還具有金屬類矩形135和金屬的直線段130。 用以表示S-參數相對於信號頻率的關係圖270示出曲線275在10GHz和21GHz分別具有兩 個最小值280和290。這兩個頻率被認為是超材料上的信號線的共振頻率。10GHz和21GHz 分別是第一和第二諧振頻率。除了這兩個頻率之外，圖3的Vout/Vin比值的下降趨勢在其 它頻率段並未出現。在4GHz至25GHz的頻率範圍內，超材料結構的S-參數(例如，其與信 號完整度相關)被維持在0. 6之上。圖3為超材料基板和傳輸線的第二示例性布局的等視角放大圖。其結構類似於圖 1所示的結構，但是在這裡還設有額外的同心方環。參考圖3，基板300在絕緣基板335上 具有信號條線(strip)310。在信號條線310之下為七個導電同心方環320。每一方環在給 定側邊的中心附近具有開口 325。方環被設置為其開口不出現於相鄰方環上。在七個同心 方環320之下，金屬直條線(straight line strip) 340由絕緣基板按照既定距離相隔，其 中，金屬直條線340在由開口 325所限定的區域的下方延伸，並被定向為與信號條線310垂 直的方向。超材料被設置於底平面330上方。參考圖4的超材料基板和傳輸線布局的第三示例性實施例，其示出在絕緣材料上 具有信號線410的超材料基板400。具有同心方環的浮置(floating)金屬420被限定在 信號線下方的既定距離處。與前述實施例不同，這裡的方環是不具有金屬的區域。底平面 430以另一既定距離與浮置金屬420相隔。如同參閱圖2A所討論的那樣，此一金屬基板也 可以被構造為多重層。圖5為超材料基板和傳輸線布局的第四示例性實施例的第四示例性布局。所示結 構為與圖4中的結構相對照的(comparable)結構，但在這裡在絕緣材料內設置有金屬同心 方環。所示的基板500包括較低的底平面540和上傳輸導體560。所示的絕緣材料570具 有第一對內導體元件520和530，以及第二對外導體元件510和550。現在認為一對內導體520和530的寬度為w，並且與一對外導體510和550以間 隔s隔開。再者，該對內導體520和530以間隔dz與傳輸線導體隔開，且與底平面以間隔 dg隔開。如圖6所示，帶有超材料元件的傳輸線的等效電路為具有特徵阻抗& = T的傳輸 線，並且其到地之間具有分布電容和電感，它們的總和表示為特徵阻抗& = M。當信號在結 構內傳播時，這些目標值的全部總和用以表示50歐姆的特徵阻抗。超材料的特徵阻抗M由下式給出M = ZC1+ZL+ZC2[1]其中第一對內導體520/530與第二對外導體510/550的超材料組合表示與上傳輸 導體560相關的第一阻抗Za、與底平面540相關的第二阻抗ZC2、以及緣於其有效電感的阻 抗ZL。如同標準的平板電容器一樣，一對內導體520/530和一對外導體510/550的電容 值，可由下式計算C = e A/d[2]其中￡為導體之間材料的介電常數，A為電容器的有效面積，且d為導體之間的 間隔。由內外「環」的跡線(traces)，可知A = w 4[3]其中w為環內導體的跡線寬，且I為所述環的跡線長。因此
C = e w /d[4]同樣地，電感值可由下式計算L = u d/A[5]其中y為導體之間材料的電導磁係數(electrical permeability)。同樣地，由 內夕卜「環」的跡線，可知L = u d/w[6]轉換式[1]，得到M = sQ+sL+sQ[7]其中s為導體之間的間隔。將式[4]和[6]帶入式[7]，得到M = (s e 6 z/w , ) + (su 6 g/w ) + ( 8 g/s e w )[8]其中8 z為導體510、520、530、550與上傳輸導體560之間的間隔，且S g為導體 510、520、530、550與底平面540之間的間隔。重新整理等式[8]，得到
其中sQ為運行頻率的目標間隔，且通常由超材料500的製造工藝所限定。因此，在本示例性實施例中，導體的寬度和導體的長度相關於超材料500的已知 參數而限定，這些參數為導體至上傳輸導體560的間隔、導體至底平面540的間隔、在所關 注的運行頻率段的期望阻抗M、以及形成超材料結構500的介電絕緣體570的材料的介電常 數和導磁係數。參考圖7，圖7示出超材料基板的示例性設計流程圖，其中該超材料基板用於電路 及其相應的傳輸線。設計流程起始於步驟700，在步驟701中獲得對傳輸線目標阻抗的確 定。在步驟702中，通過對傳輸線的設計，推導出超材料結構的目標阻抗。在步驟703，將目 標阻抗值和為達到該目標阻抗所需的頻率輸入到設計機臺。然後，在步驟704中，根據超材 料結構和工藝，建立與工藝的最小要素(feature)設計規則相關的跡線寬度。在步驟705中，由設計機臺提供的結果是目標結構參數。根據在步驟705之前提 出的設計方法，其例如是如圖5和圖6所述的等式[11]的乘積(w。在步驟706中，判斷 所得到的設計參數是否足夠用於工藝製造，或是否需要額外的模擬(simulation)。若步驟 706的確定結果是無須進行更進一步建模，則流程前進至步驟710，以進行超材料結構的布 局，並在步驟711結束。若在步驟706中認為需要更進一步建模，則流程變為前進至步驟707，用以將步驟 705得到的設計參數輸入第二模型。在步驟708中運行第二模型，並在步驟709獲得對結果 的確認。若第二模型的結果是可接受的，則流程前進至步驟710，以進行超材料結構的布局， 並在步驟711結束。若第二模型的結果被認為是不適當的，則流程返回至步驟707，以改進結構參數並重新計算。由圖5和圖6給出的相關設計方法和等式[1]_[11]為圖7的步驟701至步驟705 的典型實施例。如步驟706中所述，其對模型的充分性加以確定。可選地，典型的確定包括 判斷超材料結構是否小於所關注的信號頻率的微波波長的十分之一。這種短小的超材料結 構在眾多應用中都有望實現足夠的精度。然而，若確定需要額外的模型，則可在該模型內包括額外的RLC參數，以納入互感 效應(mutual inductance)和線性分布效應(distributed line effects)，或擴展至更完 善的電磁建模工具，例如有限元素建模(Finite ElementModeling,FEM)和電磁模型網格演 算法。本領域普通技術人員均能知悉將額外的元件參數納入exploit模型中，會有助於提 高速度和進行簡化。圖8A示出這種擴展後的電路模型，其示出用於多重超材料結構的儲能 電路模型800。如圖8A所示，信號由傳輸線的輸入埠 800A輸入並在輸出埠 800B被接 收。所示的儲能電路模型包括串接(serial cascade)的分立儲能電路810，每一個分立儲 能電路810表示一種超材料結構(例如圖1、圖3和圖4所示的結構)。參閱圖8B，其提供一種分立儲能電路810的示例性架構，其中該分立儲能電路810 用以形成圖8A的儲能電路模型800的一部分。所示的分立儲能電路810包括串連的第一 電感811和第一電阻812，用以形成表示上傳輸導體的電路，而表示上傳輸導體的電路通過 第一電容813耦接至地。第二電感814A和第三電感814B表示超材料的浮置導體，且第二 電感814A和第三電感814B與第一電感811並聯。進而，介於上傳輸導體與地之間的是第 二電容819、第四電感817、第二電阻816和第三電容815。圖6所示的雙電容和單電感模型 現在可擴展為具有3*N個電容、4*N個電感和2*N個電阻，其中N為儲能電路800內的分立 儲能電路810的數量。雖然本發明已參閱數個具體實施例揭示如上，本領域普通技術人員應能知悉，在 不脫離本發明的精神和範疇的前提下，當做些許更動，本發明的精神和範疇以所附的權利 要求為準。
1權利要求
一種提供超材料基板設計的方法，其中，上述超材料基板用以承載一信號線，上述方法包括提供一超材料目標阻抗，上述超材料阻抗表示上述超材料基板的阻抗並形成信號線的全部阻抗的一部分，其中上述信號線形成在上述超材料基板上；為上述超材料基板提供一第一等效電路；輸入一參數至上述第一等效電路中，其中上述參數與上述超材料基板的一既定結構特性、上述超材料目標阻抗、以及上述超材料基板的一既定電氣特性的至少一個相關；至少根據所輸入的上述既定結構特性而從上述第一等效電路確定上述超材料基板的至少一其它結構特性；以及提供輸出設計數據，其中上述輸出設計數據與上述超材料基板的上述既定結構特性以及上述超材料基板的其它結構特性相關。
2.如權利要求1所述的方法，包括根據上述既定結構特性和上述其它結構特性，產生上述超材料基板的一布局。
3.如權利要求1所述的方法，包括根據上述其它結構特性，製造上述超材料基板。
4.如權利要求1所述的方法，包括為上述超材料基板上的上述信號線提供一線路目標阻抗；為上述超材料基板上的上述信號線提供一第二等效電路，上述第二等效電路用以根據 上述信號線的至少一既定結構特性提供一傳輸線阻抗，其中上述傳輸線阻抗為在一介電材 料上的上述信號線的阻抗，並且上述介電材料形成上述超材料基板的一部分；提供一第三等效電路，上述第三等效電路用以至少將上述傳輸線阻抗、超材料目標阻 抗以及線路目標阻抗相關聯；至少根據上述線路目標阻抗和傳輸線阻抗而從上述第三等效電路確定上述超材料目 標阻抗。
5.如權利要求1所述的方法，其中，上述超材料基板的上述既定結構特性是擇自形成上述超材料基板的一部分的一元件 的厚度、寬度、長度和形狀所組成的組。
6.如權利要求1所述的方法，其中，上述超材料基板的上述既定電氣特性是擇自構成上述超材料基板的一部分的一材料 的介電常數和導磁係數的至少一個所組成的組。
7.如權利要求5所述的方法，其中，上述超材料基板的上述既定結構特性是擇自與上述超材料基板的一可製造結構幾何 相關的結構特性的組。
8.如權利要求5所述的方法，其中，上述超材料基板的上述既定結構特性是擇自與從製造設計規則獲得的一可製造結構 幾何相關的結構特性的組。
9.如權利要求6所述的方法，其中，上述超材料基板的上述既定電氣特性是擇自與上述超材料基板的一可製造結構幾何 相關的電氣特性的組。2
10.如權利要求6所述的方法，其中，上述超材料基板的上述既定電氣特性是擇自與從製造設計規則獲得的一可製造結構 幾何相關的電氣特性的組。
11.如權利要求1所述的方法，其中，提供上述第一等效電路的步驟包括提供對上述超材料基板的設計，上述設計包括一介電堆棧，上述介電堆棧為多個介電材料層中的一層，且上述介電堆棧具有一上表 面和一下表面；以及一導體，上述導體為排列成既定形狀的多個導電材料層中的一層，上述導電材料被上 述介電材料包覆，上述導電材料設置於上述多個介電材料層的至少一層之內，並且上述導 電材料被表徵為與上述上表面間隔第一既定距離，而與上述下表面間隔第二既定距離。
12.如權利要求11所述的方法，其中，上述超材料基板的上述既定結構特性是擇自上述導電材料和上述介電材料的至少一 個的厚度、寬度、長度、以及形狀所組成的組。
13.如權利要求11所述的方法，其中，上述材料基板的上述既定電氣特性是擇自上述介電材料和上述導電材料的至少一個 的介電常數和導磁係數所組成的組。
14.如權利要求11所述的方法，其中，提供上述既定形狀的步驟包括提供至少一形狀的一圖案的至少一陣列以及一系列同 心形狀於上述多個導電材料層的第一既定層上。
15.如權利要求11所述的方法，其中，提供上述既定形狀的步驟包括提供一條線，上述條線位於上述多個導電材料層的第二 既定層上。
16.如權利要求14所述的方法，其中，提供上述系列的同心形狀的步驟包括提供同心圓、同心正多邊形、在一個側邊的中心 點附近移除了至少一段的同心正多邊形，以及類矩形同心形狀的至少一個。
17.如權利要求11所述的方法，其中，提供上述導電材料的步驟包括提供一金屬化板，上述金屬化板被配置在不具有上述導 電材料的既定形狀之內。
18.一種計算機可讀存儲介質，在該存儲介質上已經存儲有計算機可執行的指令，用以 在執行上述指令時獲得提供一超材料基板設計的方法，上述方法包括提供一超材料目標阻抗，上述超材料阻抗表示上述超材料基板的阻抗並形成信號線的 全部阻抗的一部分，其中，上述信號線形成在上述超材料基板上；為上述超材料基板提供一第一等效電路；輸入一參數至上述第一等效電路中，其中，上述參數與上述超材料基板的一既定結構 特性、上述超材料目標阻抗，以及上述超材料基板的一既定電氣特性的至少一個相關；至少根據所輸入的上述既定結構特性而從上述第一等效電路確定上述超材料基板的 至少一其它結構特性；以及提供輸出設計數據，其中上述輸出設計數據與上述超材料基板的上述既定結構特性以 及上述超材料基板的其它結構特性相關。
19.如權利要求18所述的計算機可讀存儲介質，在該存儲介質上已經進一步存儲的計 算機可執行指令用以傳送至少一參數至一製造操作的至少一第一既定部分，上述參數與上述超材料基板的 一既定結構特性、上述超材料目標阻抗、以及上述超材料基板的一既定電氣特性的至少一 個相關；傳送上述超材料基板的至少一其它結構特性至一製造操作的至少一第二既定部分；以及獲得對上述超材料基板的製造。
20.一種計算機可讀存儲介質，在該存儲介質上已經存儲有計算機可執行的指令，用以 在執行上述指令時獲得提供一超材料基板設計的方法，上述方法包括為基板上的一信號線提供一線路目標阻抗，上述基板被配置為一超材料； 為上述基板上的上述信號線提供一第二等效電路，上述第二等效電路用以根據上述信 號線的至少一既定結構特性提供一傳輸線阻抗，其中上述傳輸線阻抗為在一介電材料上的 上述信號線的阻抗，並且上述介電材料是形成上述超材料基板的一部分的材料；提供一第三等效電路，上述第三等效電路至少將上述傳輸線阻抗、超材料目標阻抗、以 及線路目標阻抗相關聯；以及至少根據上述線路目標阻抗和上述傳輸線阻抗而從上述第三等效電路確定上述超材 料目標阻抗。
全文摘要
用於無線、數字和微波應用的高頻電路，對於其信號線、互連和封包的阻抗均有所要求。當為這些信號線設計及設置基板時，使用超材料有益於提供所需的阻抗。超材料提供一種手段來為基板提供改進的介電常數和導磁係數，而這些改進的介電常數和導磁係數不同於所使用的絕緣體的真正的介電常數和導磁係數。在一示例性實施例中，將基板配置為超材料。因此，亟需一種手段來快速而精確地對信號線的超材料特點進行建模，使得高頻電路的電路、互連和封包能夠無須依靠昂貴且大量的重複實驗性表徵而得以設計和實現。在所引用的本發明中，用於超材料結構的參數根據輸入參數而確定，其中所述輸入參數表徵導電介質、包覆導電材料的介電介質、以及該導電介質的既定形狀的特性。
文檔編號H01P3/08GK101919109SQ200880004520
公開日2010年12月15日 申請日期2008年1月24日 優先權日2007年2月7日
發明者克裡斯多夫·韋藍德 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司