T-CSTM 00989-2023 微波参数在高温、低温、温度循环、湿度载荷下的测试方法

temperature,temperaturecycli2023-04-21发布2023- 2 3 4 4 4 5 6 6 9 2请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。测试，其微波参数包括：插入损耗、特性阻抗、介电常数对比国内外现有标准情况，本文件改进优化a）该方法提出了覆铜板与印制电路板两个层级的微波参数在不同环境老化下测试方法，更为系统操作步骤以及试样在环境箱内稳定时间，填补测试方法的欠射频和微波元器件的互调电平测量拓展到高4微波参数在高温、低温、温度循环、湿度载荷下的测试方法题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证本文件适用于覆铜板和印制电路板环境载荷下微波参数的测试，温度测湿度测试范围：50%RH~95%RH，温度循环速率下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2036印制电路术语和定义GB/T2423.1-2008环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T2423.2-2008环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T2423.3-2016电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验GB/T2423.22-2012环境试验第2部分：试验方法试验N：温度变化T/CSTM00910-2022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GB/T2036界定的以及下列术语和定义适用于本文件。规定形状电极之间填充电介质获得的电容量与相同电极之间为真空时的电容量之比。[来源：GB/T2036-1994，6.3.6]介质损耗角正切值dielectricdissipat对电介质施加正弦波电压时，通过介质的电流相量超前于电压相量间的相角的余角称为损耗角，对该损耗角取正切函数值，即为介质损耗角正切值，也称为损耗因数。[来源：GB/T2036-1994，6.3.7，有修改]由导线和绝缘材料组成，具有可控电气特性的载送信号的电路，用于传输高频信号或窄脉冲信号。[来源：GB/T2036-1994，4.79]特性阻抗characteristicimp传输波中电压与电流的比值，即在传输线的任一点对传输波产生的阻抗。在印制板中，特性阻抗值取决于导线的宽度、导线离接地面的距离以及它们之间的介质的介电常数。[来源：GB/T2036-1994，4.80]输出的电磁功率与入射波功率之比，通常用单位分贝（dB）表示。功率的损耗包括在电介质和导体内转换成热的损耗。无源互调是两个或者多信号通过一个具有非线性特性的无源器件、电路传输时产生的交调产物。4.1环境条件除另有规定外，试验应在下列条件下进行：a)温度：15℃~35℃;b)相对湿度：25%~75%；c)大气压力：试验场所气压。如果测试参数依赖于温度、湿度与气压，则试验应在下列仲裁试验的标准大气条件下进行：a)温度：23℃±2℃;b)相对湿度：45%~55%；c)大气压力：86kPa~106kPa。4.2试验报告除另有规定外，试验报告应包括下列内容：a)试样的基本信息：试样名称、型号规格、制造商、试样数量、送样单位等；b)试验条件信息：环境条件、测试条件等；c)试验设备基本信息：设备名称、型号、编号等；d)人员与日期信息：试验日期、检测人、复核人和批准人等；e)试验结果。6高温环境试验按GB/T2423.2-2008中试验B的高温规定的方法进行。5.2低温试验低温环境试验按GB/T2423.1-2008中试验A的低温规定的方法进行。5.3温度循环试验温度循环环境试验按GB/T2423.22-2012中试验N的温度变化规定的方法进行。5.4湿热试验湿热环境试验按GB/T2423.3-2016中试验Cab的恒定湿热试验规定的方法进行。测量印制电路板上的传输线在不同环境条件载荷下插入损耗的变化和印制电路板在进行环境老化试验前后插入损耗的变化。试样包含两条或两条以上传输线。这些传输线测试结构可以放置在印刷电路板的功能区域内或测试试样内。建议试样标有标签，其中包含有关相关测试线信号层的信息（例如：L1，L3等）。差分传输线的接触焊盘的标签应清楚地标明匹配的对。所需设备和材料如下：a)矢量网络分析仪，测试频段覆盖供需双方应用的频率范围；b)校准件，校准范围覆盖供需双方应用的范围；c)空气循环式烘箱；d)环境试验箱（高温试验箱，低温试验箱，高低温试验箱，高低温湿热试验箱，快速温度变化试验箱e)射频线缆，频率范围覆盖供需双方应用的频率范围。高温测试时，需使用耐高温的射频线缆，且耐温性能大于测试最高温度；f)射频连接器或射频探针，频率范围覆盖供需双方应用的频率范围。环境条件如下：a)温度：23℃±2℃,试验时环境温度的波动不应超过1℃;b)湿度：50%±5%。开启矢量网络分析仪预热30min，使其达到稳定。设置测试频段，扫描点数，中频带宽。连接射频线缆，并进行校准。初始值测量程序如下：a)试样前处理：min，烘烤时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；2）与供需双方协商的条件进行预处理；b)测试前将测试试样放置在测试环境中冷却至室温；c)试样安装射频连接器或射频探针；d)测试试样的插入损耗，并记录TL0。按第5章规定进行。环境老化试验后插入损耗的测量方法分为方法A和方法B。a)方法A：1)min。烘烤时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；2)测试前将试样放置在测试环境内冷却至室温；3)试样安装射频连接器或射频探针；4)测试试样的插入损耗，并记录TL1；注：℃空气循环式烘箱内烘烤。b)方法B：1)试样完成环境老化试验后立即出箱；2)试样放置在测试环境内冷却至室温，30min内完成测试；3)试样安装射频连接器或射频探针；4)测试试样的插入损耗，并记录TL1。按公式（1）计算试样的插入损耗变化量：1）ξ——插入损耗变化量，单位为dB；TL0——插入损耗初始值，单位为dB；TL1——环境试验后插入损耗测量值，单位为dB。8环境试验载荷测试系统设置如图1所示。图1环境试验载荷测试系统开启矢量网络分析仪预热30min，使其达到稳定。设置测试频段，扫描点数，中频带宽。连接射频线缆，并进行校准。高/低温载荷下插入损耗测试程序如下：a)试样前处理，将试样应置于105+-℃空气循环式烘箱中烘干处理2h+-min。烘烤时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；b)测试前将试样放置在测试环境中冷却至室温；c)试样安装射频连接器；d)按照图1搭建测试系统，并安装试样。将射频线缆穿过环境试验箱的通道，连接到环境试验箱的试样，同时用耐热材料密封通道；e)设置环境试验箱测试温度；f)当温度达到设定温度值后，温度稳定至少20min，测量试样插入损耗并记录数据。保证试样达到环境温度，温度稳定时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；g)进入下一个温度测试，重复步骤6.5.2.3.1d）~6.5.2.3.1f）。温循载荷下插入损耗测试程序如下：a)同6.5.2.3.1a)~6.5.2.3.1d)；b)测量试样初始状态的插入损耗并记录数据；c)设置温循箱程序；d)第一次和最后一次达到循环温度最高温和最低温时，在稳定时间的30%~70%的时间段内测试试样的插入损耗并记录数据。湿热载荷下插入损耗测试程序如下：a)同6.5.2.3.1a)~6.5.2.3.1d)；b)测量试样初始状态的插入损耗并记录数据；c)设置环境试验箱温/湿度；d)当环境稳定达到设定条件后，稳定至少20min，测量试样插入损耗并记录数据。保证试样达到环境温度，稳定时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；e)进入下一个温/湿度测试，重复步骤6.5.2.3.1c）~6.5.2.3.1d）。除4.2的规定外，试验报告包括但不限于以下内容：a)测试频率；b)预处理条件；c)环境老化条件；d)测试结果或插入损耗曲线图。测量印制电路板上的传输线在不同环境条件载荷下特性阻抗的变化和印制电路板在进行环境老化试验前后特性阻抗的变化。试样包含两条或两条以上传输线。这些传输线测试结构可以放置在印刷电路板的功能区域内或测试试样内。建议试样标有标签，其中包含有关相关测试线信号层的信息（例如：L1、L3等）。差分导体的接触焊盘的标签应清楚地标明匹配的对。本试验所需的仪器和材料如下：a）时域反射计（TDR）或者带有TDR模块的网络分析仪；c）空气循环式烘箱；d）环境试验箱（高温试验箱，低温试验箱，高低温试验箱，高低温湿热试验箱，快速温度变化试验箱e)射频线缆，频率范围覆盖供需双方应用的频率范围，高温测试时，需使用耐高温的射频线缆，且耐温性能大于测试最高温度；f)射频连接器或射频探针，频率范围覆盖供需双方应用的频率范围。环境条件如下：a)温度：23℃±2℃,试验时环境温度的波动不应超过1℃;b)湿度：50%±5%。开启矢量网络分析仪预热30min，使其达到稳定。设置测试频段，扫描点数，中频带宽。连接测试电缆，进行校准。初始值测量程序如下：a)试样前处理：1）将试样置于105+-℃空气循环式烘箱中烘干处理2h+-min。烘烤时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；2）与供需双方协商的条件进行预处理；b)测试前将试样放置在测试环境中冷却至室温；c)试样安装射频连接器，若使用手持探头测试则可以直接进行测试；d)将探头置于空气中测量测试探头的TDR波形，建立测试区域起点；e)将探头连接到被测试样，测量被测试样的TDR波形，将终点光标放置于被测试样波形的末端作为测试区域的终点；f)数据处理，对测试区域内所得曲线设置取值范围（30%~70%、50%~70%或供需双方协商确定），读取该范围内的平均值，该值为传输线的阻抗值，记录传输线阻抗值Ztran0；g)多条特性阻抗测试，重复步骤7.5.1.2d）~7.5.1.2f）。按第5章规定进行。环境老化试验后插入损耗的测量方法分为方法A和方法B。a)方法A：1)试样完成环境老化试验后出箱，将试样应置于105+-℃空气循环式烘箱中烘干处理2h+-min。烘烤时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；2)同7.5.1.2b)~7.5.1.2e)；3)数据处理，对测试区域内所得曲线设置取值范围（30%~70%、50%~70%或供需双方协商确定），读取该范围内的平均值，该值为传输线的阻抗值，记录传输线阻抗值Ztran1；4)多条特性阻抗测试，重复步骤7.5.1.4b）~7.5.1.4c）。b)方法B：1)试样完成环境老化试验后立即出箱；2)试样放置在测试环境中冷却至室温，30min内完成测试；3)同7.5.1.2c)~7.5.1.2e)；4)数据处理，对测试区域内所得曲线设置取值范围（30%~70%、50%~70%或供需双方协商确定），读取该范围内的平均值，该值为传输线的阻抗值，记录传输线阻抗值Ztran1；5)多条特性阻抗测试，重复步骤7.5.1.4b）~7.5.1.4d）。按公式（2）计算试样的特性阻抗变化量：ξI——特性阻抗变化量，单位为%；ztran0——特性阻抗初始值，单位为Ω;ztran1——环境试验后特性阻抗测量值，单位为Ω。特性阻抗的环境载荷下测试，需要在环境箱内进行测试，因此试样不能用手持探针测试，只能使用射频连接器安装在试样上。测试系统参见6.5.2.1。高/低温载荷下特性阻抗测试程序如下：a)试样前处理：1）将试样置于105+-℃空气循环式烘箱中烘干处理2h+-min。烘烤时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；2）与供需双方协商的条件进行预处理；b)测试前将试样放置在测试环境中冷却至室温；c)试样安装连接器；d)按照图1搭建测试系统，并安装试样。将射频线缆穿过环境试验箱的通道，连接到环境试验箱的试样，同时用耐热材料密封通道。射频线缆应使用耐高温射频线缆，且耐温性能大于测试最高温度；e)将探头置于空气中测量测试探头的TDR波形，建立测试区域起点；f)设置试验箱测试温度；g)将探头连接到被测试样，测量被测试样的TDR波形，将终点光标放置于被测试样波形的末端作为测试区域的终点；h)当温度达到设定温度值后，温度稳定至少20min，测量试样并记录数据。保证试样达到环境温度，温度稳定时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；i)测量被测试样的TDR波形，数据处理，对测试区域内所得曲线设置取值范围（30%~70%、50%~70%或供需双方协商确定读取该范围内的平均值，该值为传输线的特性阻抗值，记录传输线阻抗值；j)进入下一个温度测试，重复步骤7.5.2.2.1f）~7.5.2.2.1i）。温循载荷下特性阻抗测试程序如下：a)同7.5.2.2.1中a)~7.5.2.2.1e)；b)设置温循箱程序；c)将探头连接到试样，测量试样的TDR波形，将终点光标放置于被测试样波形的末端作为测试区域的d)测量试样初始状态的特性阻抗曲线并记录数据；e)当第一次和最后一次达到循环温度最高温和最低温时，在稳定时间的30%~70%的时间段内测试样的特性阻抗曲线并记录；f)数据处理，对测试区域内所得曲线设置取值范围（30%~70%、50%~70%或供需双方协商确定），读取该范围内的平均值，该值为传输线的特性阻抗值，记录传输线阻抗值。湿热载荷下特性阻抗测试程序如下：a)同7.5.2.2.1a)~7.5.2.2.1e)；b)设置环境试验箱温/湿度；c)将探头连接到被测试样，测量被测试样的TDR波形，将终点光标放置于被测试样波形的末端作为测试区域的终点；d)测量试样初始状态的特性阻抗曲线并记录数据；e)当环境箱内达到设定温/湿度值后，稳定至少20min，测量试样并记录数据。保证试样达到环境温度，温度稳定时间可根据试样厚度和大小等，与供需双方协商确定；f)数据处理，对测试区域内所得曲线设置取值范围（30%~70%、50%~70%或供需双方协商确定），读取该范围内的平均值，该值为传输线的特性阻抗值，记录传输线阻抗值；g)进入下一个温/湿度测试，重复步骤7.5.2.2.3b）~7.5.2.2.3f）。除4.2的规定外，试验报告应包括但不限于以下内容：a)预处理条件；b)环境老化条件；c)取值范围；d)测试结果。测量基材在不同环境条件载荷下和进行环境老化试验前后介电常数和介质损耗角正切值的变化。试样要求如下：a)试样数量为2块/组，共3组，每块试样尺寸应当为50mm×30mm×t，t为0.5mm~2mm；b)每组试样中两块试样片的长度、宽度和厚度的偏差应小于±0.01mm；c)当试样厚度小于要求时，可适当重叠试样数量，以满足厚度范围要求；d)若基板为表面覆金属箔，应当用蚀刻方法去除掉所有的金属箔并清洗干净；e)对于刚性材料（如陶瓷、石英等），试样的厚度公差应优于0.01mm，对于其他材料，试样的厚度公差优于0.02mm；f)试样成分均匀，且表面应无不正常斑点，内部无不正常的杂质和气孔，在测试前应严格清洁和干燥所需的仪器和材料如下：a)矢量网络分析仪：1)矢量网络分析仪的频率范围应覆盖500MHz至40.5GHz；2)矢量网络分析仪的动态范围应大于60dB；b)带状线谐振器法变温测试系统；c)空气循环式烘箱，温度能满足105+-℃;d)千分尺，分辨率0.001mm或更好；e)游标卡尺，分辨率0.01mm或更好。环境条件如下：a)温度：23℃±2℃,试验时环境温度的波动不应超过1℃;b)湿度：50%±5%。8.5.1介电常数和介质损耗角正切值的环境老化矢量网络分析仪应在校准周期内进行检定，按照制造厂家给定的开机预热时间进行预热或至少开机预热30min，使仪器达到稳定。初始值测量应按T/CSTM00910-2022中10.1~10.5测试介电常数、损耗角正切值的初始值。按第5章规定进行。8.5.1.4环境老化试验后的介电常数和介质损耗角正切值测试环境老化试验后插入损耗的测量方法分为方法A和方法B。a)方法A：1)试样完成环境老化试验后出箱，将试样应置于105+-℃空气循环式烘箱中烘干处理2h+-min；2)测试前，将试样放置在测试环境中冷却至室温；3)按T/CSTM00910-2022中10.4~10.5。a)方法B：1)试样完成环境老化试验后立即出箱；2)放置在测试环境中冷却至室温，30min内完成测试；3)按T/CSTM00910-2022中10.4~10.5。8.5.2介电常数和介质损耗角正切值的温度系数按T/CSTM00910-2022中10.1~10.4和10.6~10.7测试介电常数、损耗角正切值的温度影响。除4.2的规定外，试验报告应包括但不限于以下内容：a)介电常数；b)介质损耗角正切值；c)试样预处理条件；d)测试的环境条件；e)试样是否叠加与叠加情况。9无源互调测试测量环境试验老化对覆铜板的无源互调的变化。印制电路板可参考使用。无源互调试样分为两种试样A和试样B，如图3所示。试样A不带连接头，该试样需将测试线缆焊接在试样上，对试样进行PIM测试。焊接要求：a)焊点发亮，无分层，无拉尖，无间隙，焊点周围不能有锡珠、锡渣等氧化物；b)焊接过程中必须带好手套或指套，防止测试试样氧化；c)焊接完成后，可用酒精对焊点进行清洁，保证焊点的清洁。试样B带有连接头，该试样转接头与试样之间的连接要符合试样A的焊接要求，试样B适合用于多次重复测试。a）试样Ab）试样B图3测试试样9.3仪器设备所需的仪器和材料如下：a)信号源，能提供试验所规定端口功率的连续波信号。所产生的信号应有足够的频率稳定性，以确保接收机可准确地检测到互调产物；b)传输滤