Elektromagnetische Simulation und CAD

Die Anwendung der elektromagnetischen Feldtheorie ist im Laufe der Zeit zu einem unbedingten Muss beim Entwurf von Mikrowellenschaltungen geworden. Die Wechselwirkungen elektromagnetischer Felder und Wellen innerhalb einer Schaltung und mit deren Umgebung verstärken sich mit steigender Frequenz. Für Schaltungen und Module  ist eine realistische Beschreibung der Eigenschaften daher nur mithilfe von elektromagnetischen Feldern möglich. Die Maxwell’schen Gleichungen stellen dazu das mathematische Modell zur Verfügung. Sie verknüpfen die elektrischen und magnetischen Felder zu einer eindeutigen Lösung. Durch eine geeignete Nutzung dieser Maxwell’schen Gleichungen ist es möglich, Lösungen für die jeweiligen Probleme zu finden, seien es Leitungsstrukturen auf dem Chip, Übergänge zwischen Schaltungen, die Leitungsführung in Multi-Layer-Systemen, oder z.B. der Einfluß von Gehäusen auf die elektronischen Schaltungen. Aktuell wird es immer wichtiger, die Messspitzen (vielfach Koaxialleiter mit 3 Nadelspitzen) zur Hochfrequenz-Messung von Halbleiterchips mit elektronischen Schaltungen  genauer zu untersuchen, Nicht nur die parasitären Eigenschaften wie Abstrahlung, sondern auch die gewünschten Eigenschaften sind ohne elektromagnetische Simulation nicht zu verstehen.

  • Wellenausbreitung auf einer CPW-Leitung auf Keramik
    [+] Zur Animation auf [+] klicken: Wellenausbreitung auf einer CPW-Leitung auf Keramik bei Anregung durch On-Wafer-Messspitzen (Untersuchungsschwerpunkt: Parasitäre Felder)
  • Leitungs-Array auf einem Wafer
    [+] Zur Animation auf [+] klicken: Leitungs-Array auf einem Wafer: Felder im Substrat bei Anregung einer CPW-Leitung durch On-Wafer-Messspitzen (Untersuchungsschwerpunkt: Kopplung in benachbarte Leitungen)
  • Leitungs-Array auf einem Wafer
    [+] Zur Animation auf [+] klicken: Leitungs-Array auf einem Wafer: Felder im Substrat bei Anregung einer CPW-Leitung durch On-Wafer-Messspitzen (Untersuchungsschwerpunkt: Kopplung in benachbarte Leitungen)
  • Feldausbreitung in einem Flip-Chip-Aufbau
    [+] Zur Animation auf [+] klicken: Wellenausbreitung in einem Flip-Chip-Aufbau bei einer unerwünschten Resonanz bei 276 GHz
  • Flip-Chip-Aufbau
    [+] 3D-Ansicht des Flip-Chip-Aufbaus der zuvor gezeigten Animation
  • Feldbild der Abstrahlung einer Differentialleitung
    [+] Zur Animation auf [+] klicken: Feldbild der Abstrahlung einer Differentialleitung in einer mittleren Lage einer großen Leiterplatte (PCB)

Eines der wichtigsten numerischen Verfahren für diesen Zweck ist die sogenannte "Finite Differenzen"-Methode, die einen Raumbereich in einzelne orthogonale Zellsysteme aufteilt (diskretisiert) und die Felder in diesen Zellen löst und miteinander verknüpft. Dieses Verfahren der "Finiten Differenzen" wird am FBH für diese Untersuchungen und für Designzwecke genutzt. Wegen des immer größeren Datenumfangs kommt meist das Zeitbereichsverfahren im Rahmen der Software Microwave Studio der Fa. CST zum Einsatz. Das Spektrum der Anforderungen reicht von einfachen Microstripleitungen bei wenigen GHz  bis zu Anwendungen bei komplexen Geometrien im THz-Bereich. Über die internen Anwendungen hinaus bietet das FBH diese Kompetenz auch für die Zusammenarbeit mit externen Partnern an.

Themenspektrum - Überblick

  • Modellierung passiver Elemente in integrierten Schaltungen (GaN, InP,…)
  • Packaging und Multi-Chip-Module (Flip-chip-, Dünnfilm-Technik, LTCC, Gehäuseaufbauten)
  • Sub-Millimeterwellen-Leitungen
  • Analyse von parasitären Effekten und Unsicherheiten bei Hochfrequenzmessungen und Kalibrationsalgorithmen

Das FBH verfügt über umfangreiche Erfahrung auf diesen Gebieten aus zahlreichen Projekten und Aufträgen von industriellen Partnern weltweit.