介質基板介電常數和介質損耗角正切測試方法（1MHz~1GHz）平行板電容法substrate(1MHz~1GHz)-Parallelplatecapa2023-01-13發布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容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。I現有標準，a）根據目前市場普遍使用的測試設備和夾具情況，對平板電容測試夾具適用頻段范圍進行5介質基板介電常數和介質損耗角正切測試方法（1MHz~1GHz）平行板電容法題。使用者有責任采取適當的安全和健康措施，并保證本文件規定了采用接觸電極平行板電容法測試介質基板的介電常數和介質損耗角正切的符號和縮下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構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印制板電路術語GB/T2036界定的術語和定義適用于本文件。介電常數dielectricconstant規定形狀電極之間填充電介質獲得的電容量與相同電極之間為真空時的電容量之比。[來源：GB/T2036-1994，6.3.6]介質損耗角正切dielectricdissipationfactor對電介質施加正弦波電壓時，通過介質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值，即為介質損耗角正切值，也稱為損耗因數。[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，1?36π×10-9F/m/ε0，相對介電常數實部，簡稱介電常數，同義詞：DkεP：并聯等效電容，FS平板電容法的測試原理是通過在兩個電極之間插入待測樣品組成一個電容器，測量其電容和損耗因數的矢量分量，根據測量結果計算介電常數和介質損耗角正切值。測量系統等效電路圖，如圖1所示。圖1測試結構及其等效電路試驗環境條件如下：——溫度：23℃±2℃,試驗時環境溫度的波動不應超過1℃;——濕度：50%±5%。儀器設備主要包括：a)阻抗分析儀或等效測試儀器，設備測試頻率應覆蓋用戶應用頻段范圍；b)測量夾具或者等效夾具，測量夾具頻率應覆蓋用戶應用頻段范圍；c)儀器手冊推薦的適用校準工具和夾具校正工具包；d)千分尺，精度0.001mm或更好；測試樣品應符合下列要求：a)樣品數量為3塊，樣品尺寸根據測試電極大小規定，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，偏差應小于±0.02mm；b)在測試夾具允許的測試范圍內，樣品越厚，測試誤差越小。當樣品太薄時，可以疊加多個測試樣品增加其厚度，但樣品不應受到壓力產生變形；c)若基板表面覆金屬箔，應當用蝕刻方法去除掉所有的金屬箔并清洗干凈。9.1樣品預處理將所有測試樣品置于溫度為23±2℃和相對濕度為45%~55%的環境中放置至少24h。℃的空氣循環烘箱中干燥2h，然后在上述的室溫條件下進行預處理。9.2儀器校正分析前應首先對儀器進行校正：a)打開阻抗分析儀電源，預熱30min，輸入開始和截止的頻率，單頻點測試使用接近開始/截止的頻率，建議在目標頻率的±5%之內；b)按照儀器提示進行校正；c)按照提示以及儀器生產廠商的說明，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。夾具應按下列規定進行校準：a)調整測試電極，保證上電極和下電極平行。若測試夾具有保護電極，則同時需要調整保護電極，保證保護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)點擊校準，設置校準片厚度；c)對測試夾具分別進行“開路、短路、負載”校準，校準完成后，保存校準文件；d)將已知特性的校準的介電材料（如聚四氟乙烯）樣品放入夾具中，并進行測試，介電常數測試結果與標稱值的偏差在±0.02范圍內，若測試結果不在上述范圍內，應重新校準夾具。9.4測試步驟測試按照下列步驟進行：a)測試應在校準后24h內進行，超過24h需要重新校準；b)打開校準文件；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和樣品厚度的測量位置一致；d)輸入樣品厚度，開始測試，計算介電常數和介質損耗角正切，或者使用自動測量讀取數據計算軟件直接計算介電常數和介質損耗角正切（推薦使用夾具自帶測試計算軟件）；e)換樣品進行測試，重復步驟9.4c）~9.4d）；f)記錄指定頻率下每個樣品介電常數和介質損耗角正切的值。按照公式（1）計算介電常數：ε=4tCp/πd2ε0...............................................ε——介電常數；ε0——真空介電常數，1/36π×10-9F/m；t——測試樣品厚度，單位為米（m）；Cp——并聯等效電容，單位為法拉（Fd——測試電極直徑，單位為米（m）。按照公式（2）計算介質損耗角正切值：tanδε——介質損耗角正切；W——信號角頻率,單位為弧度每秒（rad/s）；Rp——并聯等效電阻，單位為歐姆(Ω);Cp——并聯等效電容，單位為法拉（FRs——串聯等效電阻，單位為歐姆(Ω);CS——串聯等效電容，單位為法拉（F）。系統測量誤差按照公式（3）和公示（4）計算如下：1一(f√m)|rmε1一(f√m)|rmf——測試頻點，單位為吉赫茲（GHzt——測試樣品厚度，單位為毫米（mm）。按照本文件規定的測試方法進行試驗，具有以下注意事項：a)測試過程中應佩戴連接至設備的防靜電手環；b)正確的校準、操作儀器和制備樣品，以獲得介電常數和介質損耗角正切的準確測量；c)如果在測試頻率范圍內，介電常數的增加或減少超過0.2個單位，應將樣品重新放置，同時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，要保證測試電極的干燥，因為測試電極可能會受到冷凝水的污染，這種污染會導致測試結果的失真；e)夾具施加給樣品的壓力會影響介電常數和介質損耗角正切的測試結果。壓力過小會減少電極與樣品的接觸面積而產生空氣縫隙，從而導致測試誤差增大，詳見附錄A。壓力過大時，樣品變形厚度減小，測試結果會因為厚度的變化而產生誤差。測試過程中，測試工程師應摸索適當壓力定值，使測試結果不受壓力的影響；f)若施加壓力下被測材料厚度會產生變化，這類樣品不適用于接觸電極法。試驗報告應當至少包括下列內容：a）測試環境；b）測試頻率；c）平均介電常數；d）平均介質損耗角正切值；e）樣品是否疊加測試和疊加的情況；f）試驗中的異常情況或與規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操作簡單，應用非常廣泛。當被測樣品直接與電極接觸時，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空氣縫隙導致測量誤差的原因是：被測樣品與測試電極接觸時形成被測電容，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