TCSTM 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

ICS31.180CCSL30

T/CSTM00909—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Testmethodfordielectricconstantanddielectriclosstangentofdielectricsubstrate(1MHz~1GHz)-Parallelplatecapacitancemethod2023-01-13发布 2023-04-13实施中关村材料试验技术联盟 发布T/CSTM00909T/CSTM00909—2023II目 次前 言 2引 言 3范围 5规性用件 5术和义 5符和略语 5原理 6环条件 6仪设备 6样品 6试步骤 7品处理 7器正 7具准 7试骤 77介常计算 8介损角切算 8统8意项 8验告 9附录A（料）空隙的响 10附录B（资性起位和要草人 T/CSTM00909—2023T/CSTM00909—2023学兔兔学兔兔标准下载前 言本文件参照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部分：试验方法标准》的规定起草。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。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料标准化领域委员会（CSTM/FC51）提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料标准化领域委员会（CSTM/FC51）归口。I引 言PCB1MHz~1GHzI介质基板介电常数和介质损耗角正切测试方法（1MHz~1GHz）平行板电容法范围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略语、原理、环境条件、仪器设备、样品、试验步骤、计算、系统误差、注意事项和试样报告。频率测试范围：𝑓=1MHz~1GHz；介电常数测试范围：=1.0~35.0；损耗角正切值测试范围：tan𝛿𝜀=5.0×10−3~5.0×10−2。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。3.1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]3.2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]下列符号和缩略语适用于本文件。：真空介电常数，1⁄36𝜋×10-9F/m5：=⁄，相对介电常数实部，简称介电常数，同义词：Dkr tan𝛿𝜀：介质损耗角正切，同义词：Df：信号角频率，rad/s：并联等效电阻，Ω：并联等效电容，F：串联等效电阻，Ω：串联等效电容，Ft：测试样品厚度，m：测试电极直径，m原理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：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；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；仪器手册推荐的适用校准工具和夹具校正工具包；0.001mm或更好；−2高温干燥箱，温度应能满足1055。−2样品6测试样品应符合下列要求：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；增加其厚度，但样品不应受到压力产生变形；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。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。−2如果样品刚被蚀刻或者暴露于过度潮湿的环境中，在测试之前应将样品放入1055的空气循环烘箱中−2干燥2h，然后在上述的室温条件下进行预处理。分析前应首先对仪器进行校正：/建议在目标频率的之内；按照仪器提示进行校正；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；按照提示，开启夹具并锁定。夹具应按下列规定进行校准：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；点击校准，设置校准片厚度；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；（如聚四氟乙烯与标称值的偏差在范围内，若测试结果不在上述范围内，应重新校准夹具。测试按照下列步骤进行：测试应在校准后24h内进行，超过24h需要重新校准；打开校准文件；电极的放置位置应和样品厚度的测量位置一致；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）；换样品进行测试，重复步骤9.4c）~9.4d）；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。计算7按照公式（1）计算介电常数：

=4𝑡𝐶⁄𝜋2（1）𝑝式中：——介电常数；——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（F）；d——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=𝑅𝑠𝐶𝑠=1⁄𝑅𝑝𝐶𝑝 （2）式中：tan𝛿𝜀——介质损耗角正切；——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（F）；𝑅𝑠——串联等效电阻，单位为欧姆（Ω）；——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：⁄⁄|

|=

5(10

.)

𝜀0.25 𝜀

………………..(3)|−()|[.

𝜀𝜀.𝜀𝜀

√

]𝜀

.2|tan𝛿|=0.002

0.004𝑓

( )tan𝛿 (4)𝜀式中：

𝜀 |−()|√𝑡𝛿𝜀——介质损耗角正切的测量值；𝑓——测试频点，单位为吉赫兹（GHz）；𝑡——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：测试过程中应佩戴连接至设备的防静电手环；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；8如果在测试频率范围内，介电常数的增加或减少超过0.2极之间是否有尘屑，用空气吹出，再测一次；染会导致测试结果的失真；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试结果不受压力的影响；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：测试环境；测试频率；平均介电常数；平均介质损耗角正切值；样品是否叠加测试和叠加的情况；试验中的异常情况或与规定程序的差异和偏差。9附录A（资料性）电极之间容易形成空气缝隙，从而引入测试误差。A.1图A.1空气缝隙的影响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。𝐶= （A.1） 4𝐶= （A.2）𝐶 =

4=

（A.3）

4）式中：𝐶——空气缝隙电容；𝐶——被测样品电容；𝐶——测试仪器所测得电容；𝑡——空气缝隙厚度；𝑡——被测样品厚度。根据以上公式可以按照公式（A.4）得出由于空气缝隙存在导致的测量误差为：=

（1𝜀−） （A.4）𝜀通过公式可以推算出空气缝隙越大测量误差越大，被测样品的介电常数越大误差越大。10T/CSTM00909—2023T/CSTM00909—2023PAGEPAGE12附录B（资料性）起草单位和主要起草人本文件主要起草人：何骁，肖美珍，沈江华，陈