《射頻器件用低損耗陶瓷基板試驗方法-編制說明》

1.任務(wù)來源及簡要過程

1.1任務(wù)來源

中國材料與試驗團體標準T/CSTMXXXXX-2022《射頻器件用低損

耗陶瓷基板試驗方法》，為廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃《5G通信用關(guān)鍵

材料測試評價技術(shù)研究與設(shè)備開發(fā)項目》中測試技術(shù)的研究成果。根

據(jù)項目要求，調(diào)研《射頻器件用低損耗陶瓷基板試驗方法》相關(guān)的國

內(nèi)外標準，并進行陶瓷基板材料試驗方法技術(shù)研究與方法標準化工

作。該標準主要由工業(yè)和信息化部電子第五研究所（以下簡稱電子五

所）起草，由中國材料與試驗團體標準委員會電子材料領(lǐng)域委員會

（CSTM/FC51）歸口。

1.2工作過程

射頻濾波器是當前5G通訊建設(shè)所需的核心器件，隨著5G通訊的

大力發(fā)展，以及物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備和其他近場連接方式的增加，對射頻

濾波器提出了高頻帶選擇性、高品質(zhì)因子、低插入損耗等要求，迫切

需要采用重量輕、體積?。ㄓ绕涫艿教炀€網(wǎng)格間距的限制）、成本低

和可靠性高的信號載體材料，陶瓷基板材料以其優(yōu)良的熱性能、微波

性能、力學(xué)性能以及可靠的電性能等特點，而成為射頻器件用首選基

板材料。在5G通信領(lǐng)域迅速發(fā)展的驅(qū)使下，針對陶瓷基板材料需要

更為系統(tǒng)完善的測試與驗證方法來支撐當前5G高可靠性的發(fā)展要

求。

根據(jù)《5G通信用關(guān)鍵材料測試評價技術(shù)研究與設(shè)備開發(fā)項目》

的項目進度，2022年2月成立《射頻器件用低損耗陶瓷基板試驗方

法》標準的工作團隊，并開始著手調(diào)研有關(guān)陶瓷基板測試的國內(nèi)外標

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準以及標準方法的技術(shù)研究工作。2022年4月完成了《高射頻器件

用低損耗陶瓷基板試驗方法》標準草稿的編制，同月進行標準立項評

審工作，經(jīng)專家主評審，同意標準立項。標準的主要起草單位為電子

五所，參與單位為廣東風華高科科技股份有限公司（以下簡稱風華高

科）、深圳先進電子材料國際創(chuàng)新研究院，其中電子五所負責牽頭開

展標準起草與技術(shù)研究，風華高科負責測試需求分析并參與標準起

草，深圳先進電子材料國際創(chuàng)新研究院參與標準起草。

2.編制原則和確定主要內(nèi)容的論據(jù)及解決的主要問題

目前國內(nèi)外針對陶瓷基板材料的測試和驗證方法多為單項性能

的檢測，如GB/T5594.3-2015電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方

法第3部分：平均線膨脹系數(shù)測試方法、GB/T25995-2010精細陶

瓷密度和顯氣孔率試驗方法等，較為齊全的標準有GB/T5593-2015

和GB/T14620-2013,但是GB/T5593-2015是陶瓷基板材料試樣級性

能檢測方法，GB/T14620-2013更多的是關(guān)注薄膜集成電路用陶瓷基

板材料的常規(guī)性能要求，缺少陶瓷基印制電路板相關(guān)性能及詳細試驗

方法，如焊盤粘合強度、方阻測量、溫度沖擊等可靠性試驗項目。兩

者還在信號測試方面缺少高頻信號下的介電常數(shù)、損耗因子、溫度系

數(shù)、特性阻抗（陶瓷基印制電路板）、插入損耗（陶瓷基印制電路板）

等試驗方法，不能滿足5G通訊射頻器件用低損耗陶瓷材料的性能檢

測要求。因此有必要，建立一套完整的射頻器件用低損耗陶瓷基板試

驗方法，填補該領(lǐng)域的空白。

團隊按照GB/T1.1-2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化

文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，GB/T20001.4—2015《標準編寫規(guī)則第4

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部分：試驗方法標準》給出的規(guī)則，在充分研究、消化和吸收GB/T

5593-2015、GB/T5594.3-2015、GB/T25995-2010等標準的基礎(chǔ)上，

結(jié)合陶瓷基板的實際特點，同時考慮各項試驗方法標準的“科學(xué)

性”、“前瞻性”、“適用性”、實施檢測的可行性基礎(chǔ)上，研究制

訂了《射頻器件用低損耗陶瓷基板試驗方法》團體標準，該標準填補

了陶瓷印制板領(lǐng)域的空白，為陶瓷基板材料在試樣級和元件級相關(guān)性

能檢測提供技術(shù)依據(jù)，促進行業(yè)的發(fā)展。

3.標準主要內(nèi)容的分析

《射頻器件用低損耗陶瓷基板試驗方法》團體標準是對生瓷材料

及由生瓷材料燒結(jié)成陶瓷基板試樣級性能試驗和陶瓷基印制電路板

元件級性能驗證方法。本標準內(nèi)容包括：1范圍；2規(guī)范性引用文件；

3術(shù)語和定義；4要求；5尺寸；6電性能；7熱性能；8機械性能；

9物理性能；10工藝適應(yīng)性；11環(huán)境可靠性。

本標準在陶瓷基板試樣級增加了電性能1GHz~40GHz頻率范圍的

介電常數(shù)、損耗因子和溫度系數(shù)帶狀線試驗方法，生瓷材料厚度測量，

工藝適應(yīng)性X/Y/Z向收縮率；陶瓷基印制電路板元件級新增電性能特

性阻抗、插入損耗和方阻測量，機械性能焊盤粘合強度，環(huán)境可靠性

溫度沖擊，補充相關(guān)標準的欠缺。

3.1厚度

生瓷材料一般采用流延成型工藝，即在陶瓷粉料中加入溶劑、分

散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等，得到分散均勻的穩(wěn)定漿料后，在流延機上

制得所需要厚度生瓷薄片的一種方法。本標準增加生瓷材料厚度的測

量，不僅能檢測生瓷材料的平整度，也能反映出流延工藝管控能力。

3

本標準規(guī)定了生瓷片的測試位置，在距離生瓷材料基板邊緣10mm以

上的內(nèi)側(cè)，使用千分尺測量生瓷材料上9個點不同位置的厚度，如圖

1所示，每個點值準確至0.001mm，結(jié)果取均值。

圖1厚度測試點示意圖

3.2介電常數(shù)、損耗角正切值及溫度系數(shù)

經(jīng)團隊調(diào)研，國外領(lǐng)先產(chǎn)品的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切測試方

法普遍采用帶狀線法測試，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)對標國外產(chǎn)品時，同樣采用

帶狀線法進行對比測試。其原理為兩端開路的帶狀傳輸線具有諧振電

路特性，它的諧振頻率f與被測介質(zhì)基板的介電常數(shù)相關(guān)，其固有

的品質(zhì)因數(shù)Q值與被測介質(zhì)基板的介電損耗角正切相關(guān)，通過測

量帶狀線諧振器的諧振頻率以及固有的品質(zhì)因數(shù)的數(shù)值可得到介質(zhì)

基板的介電常數(shù)和損耗角正切。目前行業(yè)對介電常數(shù)、損耗角

正切值的帶狀線法測試相對成熟的標準為國標GB/T12636-1990《微

波介質(zhì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗正切值的帶狀線測試方法》，該方法測試

頻帶覆蓋范圍僅到20GHz，且以原理性描述為主，對測試操作指導(dǎo)針

對性不強；GB/T5594.4-2015為陶瓷基片材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損

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耗角正切值的測試方法，該方法只涉及1MHZ頻段，未涉及高頻下的

介電常數(shù)、損耗角正切值試驗方法。國際標準IEC61189-2-719-2016，

只涉及0.5GHz~10GHz頻段，未涉及溫變條件下的介電常數(shù)、損耗角

正切值試驗方法；國外IPC-TM-6502.5.5.5C：1998標準有帶狀線方

法測試內(nèi)容，其測試范圍為8GHz~12.4GHz，該方法使用的是測試片

的結(jié)構(gòu)，同時缺少溫度系數(shù)測試方法，測試操作性不強，且操作方法

更多的是結(jié)合國外獨有的設(shè)備所描述，不利于國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的研制。

故本項測試參照團隊編制的T/CSTMXXXXX-2022《高頻介質(zhì)基板

的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切測試方法——帶狀線測試法》，該標準

用于測試頻率在1GHz~40GHz范圍內(nèi)的介電常數(shù)、損耗角正切值以及

變溫范圍在-50℃~150℃下的介電常數(shù)及損耗角正切值，其針對性及

可操作性更強。

3.3特性阻抗

陶瓷基印制電路板提供的電性能必須能夠使信號在傳輸過程中

不發(fā)生反射現(xiàn)象，信號保持完整，降低傳輸損耗，起到匹配阻抗的作

用，這樣才能得到完整、可靠、精確、無干擾噪音的傳輸信號，對射

頻器件用陶瓷基印制電路板要求更是如此，故增加特性阻抗測試項

目，來驗證陶瓷基印制電路板的阻抗性能。本標準設(shè)計有50Ω單端

傳輸線或100Ω差分阻抗線測試圖形，其中差分阻抗線的線間距為

7mil，線寬可根據(jù)具體基材Dk/Df以及銅厚進行調(diào)整，阻抗線長度設(shè)

定為100mm~150mm，圖2所示；在阻抗曲線圖中，不同的測量區(qū)域選

擇對數(shù)據(jù)產(chǎn)生直接影響，選擇正確的測量區(qū)域至關(guān)重要，TDR儀器的

水平和垂直參數(shù)的調(diào)整根據(jù)所選的探針技術(shù)、被測件長度和測量精度

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要求，最大程度提高測量精度，本標準也給出取值范圍建議，建議取

值在曲線圖中50%~70%的范圍或供需雙方協(xié)商確定。

圖2阻抗線示意圖

3.4插入損耗

插入損耗是無線通信及射頻電路設(shè)計中的一個重要指標，高頻信

號傳輸過程中相比低頻信號，其趨膚效應(yīng)會較強，同時對信號的插入

損耗影響更為明顯，有必要驗證生瓷材料加工成陶瓷基印制電路板板

后的插入信號性能。本標準在增加插入損耗測試項目的同時，給出了

標準測試圖形，圖形設(shè)計有兩種長度的單端傳輸線或差分傳輸線，并

且該傳輸線為帶狀線結(jié)構(gòu)，傳輸線兩端應(yīng)設(shè)計有信號發(fā)射連接器焊

盤，該焊盤用于與SMA連接器連接。建議傳輸線長線線長在

5inch~10inch之間，短線線長在2inch~5inch之間，長線與短線的長

度差值建議大于2inch，建議長線和短線各自線間距均為7mil，圖3

所示，線寬可根據(jù)具體基材Dk/Df以及銅厚進行調(diào)整。

圖3AFR插入損耗測試傳輸線示意圖

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3.5焊盤粘合強度

金屬層與陶瓷基片間的粘合強度，直接決定了后續(xù)器件封裝質(zhì)

量，有必要增加焊盤粘合強度的測試。本標準參照行業(yè)內(nèi)對于焊盤粘

合強度測試要求及標準圖形的制作，規(guī)定陶瓷基印制板上的焊盤尺寸

為（0.2~2.5）mm×（0.1~1.25）mm，用50mm/min的速度垂直拉引

線，直到發(fā)生失效或超過規(guī)定值。

3.6X/Y/Z向收縮率

目前廣泛應(yīng)用的陶瓷基印制電路板是通過低溫共燒陶瓷（LTCC）

工藝技術(shù)實現(xiàn)，它提供了比傳統(tǒng)的厚膜、薄膜和高溫共燒陶瓷（HTCC）

技術(shù)更加靈活的設(shè)計方法。LTCC工藝技術(shù)為在生瓷材料燒結(jié)前，在生

瓷片上進行鉆孔，再運用網(wǎng)版印刷技術(shù)，分別于生瓷上做金屬漿料填

孔及印制線路，最后將各層進行疊層，放置于（850~900）℃的燒結(jié)

爐中燒結(jié)成型。如果陶瓷燒結(jié)后的收縮率過大，則會在燒結(jié)過程中破

壞原本設(shè)計好的基板電路或金屬化孔的可靠性，因此有必要驗證陶瓷

基板的收縮率，為尋找低收縮率陶瓷材料或改進工藝參數(shù)提供依據(jù)。

在測試陶瓷基板收縮率時，由于單張生瓷材料厚度普遍為

0.127mm，薄且脆，為了便于操作且能客觀體現(xiàn)多層陶瓷基板的收縮

率，本標準規(guī)定試樣尺寸為100mm×100mm±0.75mm，且由8張生瓷片

疊加經(jīng)80℃層壓而成，再測量燒結(jié)前后的尺寸變化。

3.7溫度沖擊

溫度沖擊是為了對產(chǎn)品進行快速高溫、低溫的交替變換，充分檢

驗受試產(chǎn)品在極端惡劣的溫度環(huán)境條件下的性能表現(xiàn)。本標準結(jié)合行

業(yè)內(nèi)各研究所對陶瓷基板的溫度沖擊測試條件而定，高溫℃，低

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溫℃，高低溫各保持30min條件經(jīng)受50個溫度循環(huán)，測試完成后

對試樣外觀進行觀察及表面焊盤的粘合強度進行測試。

4.知識產(chǎn)權(quán)情況說明

中國材料與試驗團體標準T/CSTMXXXXX-2022《射頻器件用低

損耗陶瓷基板試驗方法》是在充分吸收GB/T5593-2015、GB/T

5594.3-2015、GB/T25995-2010等標準而制定的，在制定過程中不

涉及國內(nèi)外專利及知識產(chǎn)權(quán)問題。

5.采用國際標準和國外先進標準的情況

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