T-CSTM 00909-2023 介質(zhì)基板介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切測試方法(1MHz~1GHz)平行板電容法

介質(zhì)基板介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切測試方法（1MHz~1GHz）平行板電容法substrate(1MHz~1GHz)-Parallelplatecapa2023-01-13發(fā)布2023-I 2 3 5 5 54符號和縮略語 5 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 9 I請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。I現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，a）根據(jù)目前市場普遍使用的測試設(shè)備和夾具情況，對平板電容測試夾具適用頻段范圍進(jìn)行5介質(zhì)基板介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切測試方法（1MHz~1GHz）平行板電容法題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證本文件規(guī)定了采用接觸電極平行板電容法測試介質(zhì)基板的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切的符號和縮下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2036印制板電路術(shù)語GB/T2036界定的術(shù)語和定義適用于本文件。介電常數(shù)dielectricconstant規(guī)定形狀電極之間填充電介質(zhì)獲得的電容量與相同電極之間為真空時(shí)的電容量之比。[來源：GB/T2036-1994，6.3.6]介質(zhì)損耗角正切dielectricdissipationfactor對電介質(zhì)施加正弦波電壓時(shí)，通過介質(zhì)的電流相量超前于電壓相量間的相角的余角稱為損耗角，對該損耗角取正切函數(shù)值，即為介質(zhì)損耗角正切值，也稱為損耗因數(shù)。[來源：GB/T2036-1994，6.3.7，有修改]4符號和縮略語下列符號和縮略語適用于本文件。ε0：真空介電常數(shù)，1?36π×10-9F/m/ε0，相對介電常數(shù)實(shí)部，簡稱介電常數(shù)，同義詞：DkεP：并聯(lián)等效電容，F(xiàn)S平板電容法的測試原理是通過在兩個(gè)電極之間插入待測樣品組成一個(gè)電容器，測量其電容和損耗因數(shù)的矢量分量，根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值。測量系統(tǒng)等效電路圖，如圖1所示。圖1測試結(jié)構(gòu)及其等效電路試驗(yàn)環(huán)境條件如下：——溫度：23℃±2℃,試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度的波動(dòng)不應(yīng)超過1℃;——濕度：50%±5%。儀器設(shè)備主要包括：a)阻抗分析儀或等效測試儀器，設(shè)備測試頻率應(yīng)覆蓋用戶應(yīng)用頻段范圍；b)測量夾具或者等效夾具，測量夾具頻率應(yīng)覆蓋用戶應(yīng)用頻段范圍；c)儀器手冊推薦的適用校準(zhǔn)工具和夾具校正工具包；d)千分尺，精度0.001mm或更好；測試樣品應(yīng)符合下列要求：a)樣品數(shù)量為3塊，樣品尺寸根據(jù)測試電極大小規(guī)定，樣品尺寸大小確保覆蓋測試電極。樣品厚度0.3mm~3mm，厚度均勻，偏差應(yīng)小于±0.02mm；b)在測試夾具允許的測試范圍內(nèi)，樣品越厚，測試誤差越小。當(dāng)樣品太薄時(shí)，可以疊加多個(gè)測試樣品增加其厚度，但樣品不應(yīng)受到壓力產(chǎn)生變形；c)若基板表面覆金屬箔，應(yīng)當(dāng)用蝕刻方法去除掉所有的金屬箔并清洗干凈。9.1樣品預(yù)處理將所有測試樣品置于溫度為23±2℃和相對濕度為45%~55%的環(huán)境中放置至少24h?！娴目諝庋h(huán)烘箱中干燥2h，然后在上述的室溫條件下進(jìn)行預(yù)處理。9.2儀器校正分析前應(yīng)首先對儀器進(jìn)行校正：a)打開阻抗分析儀電源，預(yù)熱30min，輸入開始和截止的頻率，單頻點(diǎn)測試使用接近開始/截止的頻率，建議在目標(biāo)頻率的±5%之內(nèi)；b)按照儀器提示進(jìn)行校正；c)按照提示以及儀器生產(chǎn)廠商的說明，將測試夾具安裝在阻抗分析儀測試頭上；d)按照提示，開啟夾具并鎖定。夾具應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行校準(zhǔn)：a)調(diào)整測試電極，保證上電極和下電極平行。若測試夾具有保護(hù)電極，則同時(shí)需要調(diào)整保護(hù)電極，保證保護(hù)電極和上電極在同一平面，且滿足上電極與下電極彼此平行；b)點(diǎn)擊校準(zhǔn)，設(shè)置校準(zhǔn)片厚度；c)對測試夾具分別進(jìn)行“開路、短路、負(fù)載”校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后，保存校準(zhǔn)文件；d)將已知特性的校準(zhǔn)的介電材料（如聚四氟乙烯）樣品放入夾具中，并進(jìn)行測試，介電常數(shù)測試結(jié)果與標(biāo)稱值的偏差在±0.02范圍內(nèi)，若測試結(jié)果不在上述范圍內(nèi)，應(yīng)重新校準(zhǔn)夾具。9.4測試步驟測試按照下列步驟進(jìn)行：a)測試應(yīng)在校準(zhǔn)后24h內(nèi)進(jìn)行，超過24h需要重新校準(zhǔn)；b)打開校準(zhǔn)文件；c)用千分尺測量樣品的厚度，記錄厚度并將樣品放置于夾具中。保證樣品與測試電極接觸良好，樣品電極的放置位置應(yīng)和樣品厚度的測量位置一致；d)輸入樣品厚度，開始測試，計(jì)算介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切，或者使用自動(dòng)測量讀取數(shù)據(jù)計(jì)算軟件直接計(jì)算介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切（推薦使用夾具自帶測試計(jì)算軟件）；e)換樣品進(jìn)行測試，重復(fù)步驟9.4c）~9.4d）；f)記錄指定頻率下每個(gè)樣品介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切的值。按照公式（1）計(jì)算介電常數(shù)：ε=4tCp/πd2ε0...............................................ε——介電常數(shù)；ε0——真空介電常數(shù)，1/36π×10-9F/m；t——測試樣品厚度，單位為米（m）；Cp——并聯(lián)等效電容，單位為法拉（Fd——測試電極直徑，單位為米（m）。按照公式（2）計(jì)算介質(zhì)損耗角正切值：tanδε——介質(zhì)損耗角正切；W——信號角頻率,單位為弧度每秒（rad/s）；Rp——并聯(lián)等效電阻，單位為歐姆(Ω);Cp——并聯(lián)等效電容，單位為法拉（FRs——串聯(lián)等效電阻，單位為歐姆(Ω);CS——串聯(lián)等效電容，單位為法拉（F）。系統(tǒng)測量誤差按照公式（3）和公示（4）計(jì)算如下：1一(f√m)|rmε1一(f√m)|rmf——測試頻點(diǎn)，單位為吉赫茲（GHzt——測試樣品厚度，單位為毫米（mm）。按照本文件規(guī)定的測試方法進(jìn)行試驗(yàn)，具有以下注意事項(xiàng)：a)測試過程中應(yīng)佩戴連接至設(shè)備的防靜電手環(huán)；b)正確的校準(zhǔn)、操作儀器和制備樣品，以獲得介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切的準(zhǔn)確測量；c)如果在測試頻率范圍內(nèi)，介電常數(shù)的增加或減少超過0.2個(gè)單位，應(yīng)將樣品重新放置，同時(shí)檢測電極之間是否有塵屑，用空氣吹出，再測一次；d)在非室溫條件下測試時(shí)，要保證測試電極的干燥，因?yàn)闇y試電極可能會(huì)受到冷凝水的污染，這種污染會(huì)導(dǎo)致測試結(jié)果的失真；e)夾具施加給樣品的壓力會(huì)影響介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切的測試結(jié)果。壓力過小會(huì)減少電極與樣品的接觸面積而產(chǎn)生空氣縫隙，從而導(dǎo)致測試誤差增大，詳見附錄A。壓力過大時(shí)，樣品變形厚度減小，測試結(jié)果會(huì)因?yàn)楹穸鹊淖兓a(chǎn)生誤差。測試過程中，測試工程師應(yīng)摸索適當(dāng)壓力定值，使測試結(jié)果不受壓力的影響；f)若施加壓力下被測材料厚度會(huì)產(chǎn)生變化，這類樣品不適用于接觸電極法。試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)至少包括下列內(nèi)容：a）測試環(huán)境；b）測試頻率；c）平均介電常數(shù)；d）平均介質(zhì)損耗角正切值；e）樣品是否疊加測試和疊加的情況；f）試驗(yàn)中的異常情況或與規(guī)定程序的差異和偏差。附錄A（資料性）空氣縫隙的影響A.1接觸電極平板電容法測量時(shí)操作簡單，應(yīng)用非常廣泛。當(dāng)被測樣品直接與電極接觸時(shí)，被測樣品和測試電極之間容易形成空氣縫隙，從而引入測試誤差。A.2空氣縫隙導(dǎo)致測量誤差的原因是：被測樣品與測試電極接觸時(shí)形成被測電容，空氣縫隙的存在將被測電容分成兩部分：被測樣品介電材料的電容和空氣縫隙。空氣縫隙的大小與測量誤差之間的關(guān)系如圖A.1所示。圖A.1空氣縫隙的影響A.3空氣縫隙對測試結(jié)果的影響如公式（A.1）、公式（A.2）和公式（A.3）所示。...............................................................（A.1）...............................................................（A.2）ca——空氣縫隙電容；cm——被測樣品電容；ceff——測試儀器所測得電容；ta——空氣縫隙厚度；tm——被測樣品