【概述】
中国材料与试验团体(Chinese Standards for Testing and Materials) (简称 CSTM)标准委员会在2023年05月发布了团体标准T/CSTM 00988-2023《射频电路用低损耗陶瓷基板材料试验方法》,并于2023年08月12日正式实施。本文是针对标准内容进行解读。
【标准制定背景】
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。
【目的、意义/重要性】
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,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。标准在充分研究、消化和吸收GB/T 5593-2015、 GB/T 5594.3-2015、GB/T 25995-2010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。
【标准介绍】
标准规定了射频(300kHz~300GHz)电路用低损耗陶瓷基板材料的厚度、电性能、热性能、机械性能、物理性能、可加工性、工艺适应性及环境可靠性的试验方法。适用于低损耗陶瓷基板材料在材料级的性能测试及加工成陶瓷基印制板后的元件级验证。标准中介电常数和介质损耗角正切测试频率在1GHz~40GHz范围内,变温范围在-50℃~150℃;特性阻抗建议取值在曲线图中50%~70%的范围或供需双方协商确定;插入损耗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2 inch,建议长线和短线各自线间距均为7mil;温度冲击高温 ℃,低温 ℃,高低温各保持30min条件经受50个温度循环,其他项目相关指标均具有较强的针对性和可操作性。
【标准特点】
国内相关标准有GB/T 5594.3-2015、GB/T 25995-2010等,较为齐全的标准有GB/T 5593-2015和GB/T 14620-2013,但是GB/T 5593-2015是陶瓷基板材料试样级性能检测方法,GB/T 14620-2013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。本标准在吸收相关标准优点的基础上,建立了一套完整的射频电路用低损耗低温共烧陶瓷基板材料测试及验证方法。对比国内外现有标准改进的内容有:a)包含陶瓷基板材料的测试和验证两个环节,验证是生瓷材料经流延、打孔、印制导体浆料、通孔填充、叠层、低温共烧等一系列工序加工成陶瓷基印制电路板后在元件级评估陶瓷基板材料的质量水平,放在一起综合评价更加系统化;b)陶瓷基板试样级增加了1 GHz~40 GHz介电常数、损耗因子和温度系数的带状线试验方法,厚度测量和工艺适应性X向、Y向、Z向收缩率等测试项目;元件级验证新增电性能特性阻抗、插入损耗、方阻测量、机械性能焊盘粘合强度和环境可靠性温度冲击等测试项目。相关标准的对比结果见表1。
表1 标准对比表
标准号 |
GB/T 5593-2015 |
GB/T 14620-2013 |
TCSTM 00910-2022 |
标准名称 |
《电子元器件结构陶瓷材料》 |
《薄膜集成电路用氧化铝陶瓷基片》 |
《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》 |
范围 |
电子元器件结构陶瓷的种类、级别、技术指标要求、试验方法和检验规则 |
氧化铝陶瓷基片的性能测试方法和规范要求 |
测试频率范围:1GHz~40GHz; 测试介电常数范围:2.0~20.0; 测试损耗角正切值范围: 2.0×10-4~1.0×10-2 |
标准性质 |
国家标准
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国家标准
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团标
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特点 |
①只针对陶瓷基板材料试样级性能检测方法而缺少将生瓷材料转化成陶瓷基印制板元件级别更加系统化性能验证; ②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。 |
①更多的关注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; ②信号测试方面:未涉及到插入损耗、特性阻抗测试项目。 |
单项高频基板材料的Dk/Df测试 |
【标准应用】
标准自正式实施以来,受行业内相关企业关注。标准的主要参编单位将本标准应用到相关产品的质量控制、检验检测中,大大提高了产品生产过程中产品检测的效率,提升了产品的可靠性。标准包含的陶瓷基板材料的测试和验证两个环节,验证是通过生瓷材料经层压、切割、低温共烧等一系列工序按照规定的烧结温度加工成元件级陶瓷基印制电路板,指导相关企业系统性评估射频电路用低损耗陶瓷基板材料的整体性能,进而针对陶瓷基板材料指导企业形成更为完善的质量和管理体系。
【标准制定单位构成】
标准起草单位:工业和信息化部电子第五研究所、广东风华高科科技股份有限公司、深圳先进电子材料国际创新研究院。