《射频器件用低损耗陶瓷基板试验方法-编制说明》

1.任务来源及简要过程

1.1任务来源

中国材料与试验团体标准T/CSTMXXXXX-2022《射频器件用低损

耗陶瓷基板试验方法》，为广东省重点领域研发计划《5G通信用关键

材料测试评价技术研究与设备开发项目》中测试技术的研究成果。根

据项目要求，调研《射频器件用低损耗陶瓷基板试验方法》相关的国

内外标准，并进行陶瓷基板材料试验方法技术研究与方法标准化工

作。该标准主要由工业和信息化部电子第五研究所（以下简称电子五

所）起草，由中国材料与试验团体标准委员会电子材料领域委员会

（CSTM/FC51）归口。

1.2工作过程

射频滤波器是当前5G通讯建设所需的核心器件，随着5G通讯的

大力发展，以及物联网接入设备和其他近场连接方式的增加，对射频

滤波器提出了高频带选择性、高品质因子、低插入损耗等要求，迫切

需要采用重量轻、体积小（尤其受到天线网格间距的限制）、成本低

和可靠性高的信号载体材料，陶瓷基板材料以其优良的热性能、微波

性能、力学性能以及可靠的电性能等特点，而成为射频器件用首选基

板材料。在5G通信领域迅速发展的驱使下，针对陶瓷基板材料需要

更为系统完善的测试与验证方法来支撑当前5G高可靠性的发展要

求。

根据《5G通信用关键材料测试评价技术研究与设备开发项目》

的项目进度，2022年2月成立《射频器件用低损耗陶瓷基板试验方

法》标准的工作团队，并开始着手调研有关陶瓷基板测试的国内外标

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准以及标准方法的技术研究工作。2022年4月完成了《高射频器件

用低损耗陶瓷基板试验方法》标准草稿的编制，同月进行标准立项评

审工作，经专家主评审，同意标准立项。标准的主要起草单位为电子

五所，参与单位为广东风华高科科技股份有限公司（以下简称风华高

科）、深圳先进电子材料国际创新研究院，其中电子五所负责牵头开

展标准起草与技术研究，风华高科负责测试需求分析并参与标准起

草，深圳先进电子材料国际创新研究院参与标准起草。

2.编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题

目前国内外针对陶瓷基板材料的测试和验证方法多为单项性能

的检测，如GB/T5594.3-2015电子元器件结构陶瓷材料性能测试方

法第3部分：平均线膨胀系数测试方法、GB/T25995-2010精细陶

瓷密度和显气孔率试验方法等，较为齐全的标准有GB/T5593-2015

和GB/T14620-2013,但是GB/T5593-2015是陶瓷基板材料试样级性

能检测方法，GB/T14620-2013更多的是关注薄膜集成电路用陶瓷基

板材料的常规性能要求，缺少陶瓷基印制电路板相关性能及详细试验

方法，如焊盘粘合强度、方阻测量、温度冲击等可靠性试验项目。两

者还在信号测试方面缺少高频信号下的介电常数、损耗因子、温度系

数、特性阻抗（陶瓷基印制电路板）、插入损耗（陶瓷基印制电路板）

等试验方法，不能满足5G通讯射频器件用低损耗陶瓷材料的性能检

测要求。因此有必要，建立一套完整的射频器件用低损耗陶瓷基板试

验方法，填补该领域的空白。

团队按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化

文件的结构和起草规则》，GB/T20001.4—2015《标准编写规则第4

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部分：试验方法标准》给出的规则，在充分研究、消化和吸收GB/T

5593-2015、GB/T5594.3-2015、GB/T25995-2010等标准的基础上，

结合陶瓷基板的实际特点，同时考虑各项试验方法标准的“科学

性”、“前瞻性”、“适用性”、实施检测的可行性基础上，研究制

订了《射频器件用低损耗陶瓷基板试验方法》团体标准，该标准填补

了陶瓷印制板领域的空白，为陶瓷基板材料在试样级和元件级相关性

能检测提供技术依据，促进行业的发展。

3.标准主要内容的分析

《射频器件用低损耗陶瓷基板试验方法》团体标准是对生瓷材料

及由生瓷材料烧结成陶瓷基板试样级性能试验和陶瓷基印制电路板

元件级性能验证方法。本标准内容包括：1范围；2规范性引用文件；

3术语和定义；4要求；5尺寸；6电性能；7热性能；8机械性能；

9物理性能；10工艺适应性；11环境可靠性。

本标准在陶瓷基板试样级增加了电性能1GHz~40GHz频率范围的

介电常数、损耗因子和温度系数带状线试验方法，生瓷材料厚度测量，

工艺适应性X/Y/Z向收缩率；陶瓷基印制电路板元件级新增电性能特

性阻抗、插入损耗和方阻测量，机械性能焊盘粘合强度，环境可靠性

温度冲击，补充相关标准的欠缺。

3.1厚度

生瓷材料一般采用流延成型工艺，即在陶瓷粉料中加入溶剂、分

散剂、粘结剂、增塑剂等，得到分散均匀的稳定浆料后，在流延机上

制得所需要厚度生瓷薄片的一种方法。本标准增加生瓷材料厚度的测

量，不仅能检测生瓷材料的平整度，也能反映出流延工艺管控能力。

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本标准规定了生瓷片的测试位置，在距离生瓷材料基板边缘10mm以

上的内侧，使用千分尺测量生瓷材料上9个点不同位置的厚度，如图

1所示，每个点值准确至0.001mm，结果取均值。

图1厚度测试点示意图

3.2介电常数、损耗角正切值及温度系数

经团队调研，国外领先产品的介电常数和介质损耗角正切测试方

法普遍采用带状线法测试，国内相关企业对标国外产品时，同样采用

带状线法进行对比测试。其原理为两端开路的带状传输线具有谐振电

路特性，它的谐振频率f与被测介质基板的介电常数相关，其固有

的品质因数Q值与被测介质基板的介电损耗角正切相关，通过测

量带状线谐振器的谐振频率以及固有的品质因数的数值可得到介质

基板的介电常数和损耗角正切。目前行业对介电常数、损耗角

正切值的带状线法测试相对成熟的标准为国标GB/T12636-1990《微

波介质介电常数和介质损耗正切值的带状线测试方法》，该方法测试

频带覆盖范围仅到20GHz，且以原理性描述为主，对测试操作指导针

对性不强；GB/T5594.4-2015为陶瓷基片材料的介电常数和介质损

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耗角正切值的测试方法，该方法只涉及1MHZ频段，未涉及高频下的

介电常数、损耗角正切值试验方法。国际标准IEC61189-2-719-2016，

只涉及0.5GHz~10GHz频段，未涉及温变条件下的介电常数、损耗角

正切值试验方法；国外IPC-TM-6502.5.5.5C：1998标准有带状线方

法测试内容，其测试范围为8GHz~12.4GHz，该方法使用的是测试片

的结构，同时缺少温度系数测试方法，测试操作性不强，且操作方法

更多的是结合国外独有的设备所描述，不利于国内相关产品的研制。

故本项测试参照团队编制的T/CSTMXXXXX-2022《高频介质基板

的介电常数和介质损耗角正切测试方法——带状线测试法》，该标准

用于测试频率在1GHz~40GHz范围内的介电常数、损耗角正切值以及

变温范围在-50℃~150℃下的介电常数及损耗角正切值，其针对性及

可操作性更强。

3.3特性阻抗

陶瓷基印制电路板提供的电性能必须能够使信号在传输过程中

不发生反射现象，信号保持完整，降低传输损耗，起到匹配阻抗的作

用，这样才能得到完整、可靠、精确、无干扰噪音的传输信号，对射

频器件用陶瓷基印制电路板要求更是如此，故增加特性阻抗测试项

目，来验证陶瓷基印制电路板的阻抗性能。本标准设计有50Ω单端

传输线或100Ω差分阻抗线测试图形，其中差分阻抗线的线间距为

7mil，线宽可根据具体基材Dk/Df以及铜厚进行调整，阻抗线长度设

定为100mm~150mm，图2所示；在阻抗曲线图中，不同的测量区域选

择对数据产生直接影响，选择正确的测量区域至关重要，TDR仪器的

水平和垂直参数的调整根据所选的探针技术、被测件长度和测量精度

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要求，最大程度提高测量精度，本标准也给出取值范围建议，建议取

值在曲线图中50%~70%的范围或供需双方协商确定。

图2阻抗线示意图

3.4插入损耗

插入损耗是无线通信及射频电路设计中的一个重要指标，高频信

号传输过程中相比低频信号，其趋肤效应会较强，同时对信号的插入

损耗影响更为明显，有必要验证生瓷材料加工成陶瓷基印制电路板板

后的插入信号性能。本标准在增加插入损耗测试项目的同时，给出了

标准测试图形，图形设计有两种长度的单端传输线或差分传输线，并

且该传输线为带状线结构，传输线两端应设计有信号发射连接器焊

盘，该焊盘用于与SMA连接器连接。建议传输线长线线长在

5inch~10inch之间，短线线长在2inch~5inch之间，长线与短线的长

度差值建议大于2inch，建议长线和短线各自线间距均为7mil，图3

所示，线宽可根据具体基材Dk/Df以及铜厚进行调整。

图3AFR插入损耗测试传输线示意图

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3.5焊盘粘合强度

金属层与陶瓷基片间的粘合强度，直接决定了后续器件封装质

量，有必要增加焊盘粘合强度的测试。本标准参照行业内对于焊盘粘

合强度测试要求及标准图形的制作，规定陶瓷基印制板上的焊盘尺寸

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

线，直到发生失效或超过规定值。

3.6X/Y/Z向收缩率

目前广泛应用的陶瓷基印制电路板是通过低温共烧陶瓷（LTCC）

工艺技术实现，它提供了比传统的厚膜、薄膜和高温共烧陶瓷（HTCC）

技术更加灵活的设计方法。LTCC工艺技术为在生瓷材料烧结前，在生

瓷片上进行钻孔，再运用网版印刷技术，分别于生瓷上做金属浆料填

孔及印制线路，最后将各层进行叠层，放置于（850~900）℃的烧结

炉中烧结成型。如果陶瓷烧结后的收缩率过大，则会在烧结过程中破

坏原本设计好的基板电路或金属化孔的可靠性，因此有必要验证陶瓷

基板的收缩率，为寻找低收缩率陶瓷材料或改进工艺参数提供依据。

在测试陶瓷基板收缩率时，由于单张生瓷材料厚度普遍为

0.127mm，薄且脆，为了便于操作且能客观体现多层陶瓷基板的收缩

率，本标准规定试样尺寸为100mm×100mm±0.75mm，且由8张生瓷片

叠加经80℃层压而成，再测量烧结前后的尺寸变化。

3.7温度冲击

温度冲击是为了对产品进行快速高温、低温的交替变换，充分检

验受试产品在极端恶劣的温度环境条件下的性能表现。本标准结合行

业内各研究所对陶瓷基板的温度冲击测试条件而定，高温℃，低

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温℃，高低温各保持30min条件经受50个温度循环，测试完成后

对试样外观进行观察及表面焊盘的粘合强度进行测试。

4.知识产权情况说明

中国材料与试验团体标准T/CSTMXXXXX-2022《射频器件用低

损耗陶瓷基板试验方法》是在充分吸收GB/T5593-2015、GB/T

5594.3-2015、GB/T25995-2010等标准而制定的，在制定过程中不

涉及国内外专利及知识产权问题。

5.采用国际标准和国外先进标准的情况

本标