T-CSTM 00909-2023 介质基板介电常数和介质损耗角正切测试方法(1MHz~1GHz)平行板电容法

介质基板介电常数和介质损耗角正切测试方法（1MHz~1GHz）平行板电容法substrate(1MHz~1GHz)-Parallelplatecapa2023-01-13发布2023-I 2 3 5 5 54符号和缩略语 5 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 9 I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。I现有标准，a）根据目前市场普遍使用的测试设备和夹具情况，对平板电容测试夹具适用频段范围进行5介质基板介电常数和介质损耗角正切测试方法（1MHz~1GHz）平行板电容法题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证本文件规定了采用接触电极平行板电容法测试介质基板的介电常数和介质损耗角正切的符号和缩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印制板电路术语GB/T2036界定的术语和定义适用于本文件。介电常数dielectricconstant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dielectricdissipationfactor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]4符号和缩略语下列符号和缩略语适用于本文件。ε0：真空介电常数，1⁄36π×10-9F/m/ε0，相对介电常数实部，简称介电常数，同义词：DkεP：并联等效电容，FS平板电容法的测试原理是通过在两个电极之间插入待测样品组成一个电容器，测量其电容和损耗因数的矢量分量，根据测量结果计算介电常数和介质损耗角正切值。测量系统等效电路图，如图1所示。图1测试结构及其等效电路试验环境条件如下：——温度：23℃±2℃,试验时环境温度的波动不应超过1℃;——湿度：50%±5%。仪器设备主要包括：a)阻抗分析仪或等效测试仪器，设备测试频率应覆盖用户应用频段范围；b)测量夹具或者等效夹具，测量夹具频率应覆盖用户应用频段范围；c)仪器手册推荐的适用校准工具和夹具校正工具包；d)千分尺，精度0.001mm或更好；测试样品应符合下列要求：a)样品数量为3块，样品尺寸根据测试电极大小规定，样品尺寸大小确保覆盖测试电极。样品厚度0.3mm~3mm，厚度均匀，偏差应小于±0.02mm；b)在测试夹具允许的测试范围内，样品越厚，测试误差越小。当样品太薄时，可以叠加多个测试样品增加其厚度，但样品不应受到压力产生变形；c)若基板表面覆金属箔，应当用蚀刻方法去除掉所有的金属箔并清洗干净。9.1样品预处理将所有测试样品置于温度为23±2℃和相对湿度为45%~55%的环境中放置至少24h。℃的空气循环烘箱中干燥2h，然后在上述的室温条件下进行预处理。9.2仪器校正分析前应首先对仪器进行校正：a)打开阻抗分析仪电源，预热30min，输入开始和截止的频率，单频点测试使用接近开始/截止的频率，建议在目标频率的±5%之内；b)按照仪器提示进行校正；c)按照提示以及仪器生产厂商的说明，将测试夹具安装在阻抗分析仪测试头上；d)按照提示，开启夹具并锁定。夹具应按下列规定进行校准：a)调整测试电极，保证上电极和下电极平行。若测试夹具有保护电极，则同时需要调整保护电极，保证保护电极和上电极在同一平面，且满足上电极与下电极彼此平行；b)点击校准，设置校准片厚度；c)对测试夹具分别进行“开路、短路、负载”校准，校准完成后，保存校准文件；d)将已知特性的校准的介电材料（如聚四氟乙烯）样品放入夹具中，并进行测试，介电常数测试结果与标称值的偏差在±0.02范围内，若测试结果不在上述范围内，应重新校准夹具。9.4测试步骤测试按照下列步骤进行：a)测试应在校准后24h内进行，超过24h需要重新校准；b)打开校准文件；c)用千分尺测量样品的厚度，记录厚度并将样品放置于夹具中。保证样品与测试电极接触良好，样品电极的放置位置应和样品厚度的测量位置一致；d)输入样品厚度，开始测试，计算介电常数和介质损耗角正切，或者使用自动测量读取数据计算软件直接计算介电常数和介质损耗角正切（推荐使用夹具自带测试计算软件）；e)换样品进行测试，重复步骤9.4c）~9.4d）；f)记录指定频率下每个样品介电常数和介质损耗角正切的值。按照公式（1）计算介电常数：ε=4tCp/πd2ε0...............................................ε——介电常数；ε0——真空介电常数，1/36π×10-9F/m；t——测试样品厚度，单位为米（m）；Cp——并联等效电容，单位为法拉（Fd——测试电极直径，单位为米（m）。按照公式（2）计算介质损耗角正切值：tanδε——介质损耗角正切；W——信号角频率,单位为弧度每秒（rad/s）；Rp——并联等效电阻，单位为欧姆(Ω);Cp——并联等效电容，单位为法拉（FRs——串联等效电阻，单位为欧姆(Ω);CS——串联等效电容，单位为法拉（F）。系统测量误差按照公式（3）和公示（4）计算如下：1一(f√m)|rmε1一(f√m)|rmf——测试频点，单位为吉赫兹（GHzt——测试样品厚度，单位为毫米（mm）。按照本文件规定的测试方法进行试验，具有以下注意事项：a)测试过程中应佩戴连接至设备的防静电手环；b)正确的校准、操作仪器和制备样品，以获得介电常数和介质损耗角正切的准确测量；c)如果在测试频率范围内，介电常数的增加或减少超过0.2个单位，应将样品重新放置，同时检测电极之间是否有尘屑，用空气吹出，再测一次；d)在非室温条件下测试时，要保证测试电极的干燥，因为测试电极可能会受到冷凝水的污染，这种污染会导致测试结果的失真；e)夹具施加给样品的压力会影响介电常数和介质损耗角正切的测试结果。压力过小会减少电极与样品的接触面积而产生空气缝隙，从而导致测试误差增大，详见附录A。压力过大时，样品变形厚度减小，测试结果会因为厚度的变化而产生误差。测试过程中，测试工程师应摸索适当压力定值，使测试结果不受压力的影响；f)若施加压力下被测材料厚度会产生变化，这类样品不适用于接触电极法。试验报告应当至少包括下列内容：a）测试环境；b）测试频率；c）平均介电常数；d）平均介质损耗角正切值；e）样品是否叠加测试和叠加的情况；f）试验中的异常情况或与规定程序的差异和偏差。附录A（资料性）空气缝隙的影响A.1接触电极平板电容法测量时操作简单，应用非常广泛。当被测样品直接与电极接触时，被测样品和测试电极之间容易形成空气缝隙，从而引入测试误差。A.2空气缝隙导致测量误差的原因是：被测样品与测试电极接触时形成被测电容，空气缝隙的存在将被测电容分成两部分：被测样品介电材料的电容和空气缝隙。空气缝隙的大小与测量误差之间的关系如图A.1所示。图A.1空气缝隙的影响A.3空气缝隙对测试结果的影响如公式（A.1）、公式（A.2）和公式（A.3）所示。...............................................................（A.1）...............................................................（A.2）ca——空气缝隙电容；cm——被测样品电容；ceff——测试仪器所测得电容；ta——空气缝隙厚度；tm——被测样品