【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04月发布了团体标准T/CSTM 00986-2023《高频介质基板的复介电常数测试 平衡型圆盘谐振器法》，并于2023年07月07日正式实施。本文是针对标准内容进行解读。
【标准制定背景】
印制电路板作为器件和信号传输的载体，高频基板材料也被广泛应用，介电常数和介质损耗角正切是高频高速覆铜板最为重要的一项性能，同时也是决定PCB成品阻抗、损耗的一个重要因素。介电常数和介质损耗角正切的误差可能会导致电路整体性能的重大变化，准确测量介电常数和介质损耗角正切对于产品设计和研发非常重要，因此需要建立高频介质基板的介电常数和介质损耗角正切的测试方法，为高频高速通信产业发展提供测试基础。
【目的、意义/重要性】
本标准在充分研究消化和吸收国外标准IEC 63185的基础上，结合实际，同时考虑试验方法标准的“科学性”、“前瞻性”、“适用性”、实施检测的可行性基础上，研究制订满足行业使用需求的《高频介质基板的复介电常数测试—平衡型圆盘谐振器法》团体标准，为高频高速通信产业发展提供介质基板的介电常数和介质损耗正切测试基础。
【标准介绍】
标准规定了介质基板在微波和毫米波频段的介电常数和介质损耗角正切的平衡型圆盘测试方法，包括原理、环境条件、仪器设备、样品要求、测试步骤、注意事项和试验报告等内容。适用于高频介质基板在微波毫米波频率范围内的面外方向复介电常数（即Dk、Df）的测量，测试频率范围：𝑓=5GHz~170GHz；测试介电常数范围：𝜀𝑟=1.0~10.0；测试损耗正切值范围：tan𝛿=1.0×10-4~1.0×10-2。国内的介质基板材料研究、生产及应用的头部企事业单位广泛使用该方法进行复介电常数的准确测量。
【标准特点】
标准规定5GHz~170GHz宽带范围内的面外复介电常数测试方法，对比国内外现有标准，改进优化如下：（1）测试频段拓展至5GHz~170GHz；（2）弥补了国内毫米波频段基板材料面外复介电常数测试标准欠缺；（3）细化了圆盘谐振器法测试步骤，提高测试的可操作性和可重复性；（4）描述了在试验过程中影响试验结果的注意事项。
国内外涉及关于高频基板的介电常数和损耗角正切的测试方法标准主要有国标GB/T 4722-2017、GB/T 12636-1990、IEC 61189-2-721-2015、IEC 61189-2-719-2016、IPC-TM-650以及IEC 63185-2020等。其中，国标GB/T 4722-2017包含了介电常数和介质损耗角正切的测试方法，但其测试频率最高只能到1.5GHz，不能满足现在测试频率越来越高的需求；国标GB/T 12636-1990,该标准测试频带覆盖范围仅到20GHz，总体描述较为笼统，对测试操作指导针对性不强；IEC 61189-2-719-2016《Relative permittivity and loss tangent (500 MHz to 10 GHz)》，只涉及0.5GHz~10GHz频段；IPC标准TM-650 2.5.5.5《Stripline Test for Permittivity and Loss Tangent (Dielectric Constant and Dissipation Factor) at X-Band》其测试范围为8GHz~12.4GHz。上述4个国内外标准均采用的是两端开路的带状线谐振器测试方法，可较好的测量电场垂直于基板表面方向的复介电常数，但测试频率普遍较低，无法满足现在高频毫米波的测试频率需求。IEC 61189-2-721-2015是分离介质谐振器法（SPDR），虽然具备在1.1GHz~18GHz，其测试是的离散频点，只针对1.1G、2.5G、5G、10G、15G、18G这几个频点测试介电性能数据的能力，频率同样不能满足要求，并且该方法电场方向为平行而非垂直于平板样品平面，对于各向异性高频基板的测试有一定局限性。针对高频基板毫米波频段测试的困境，2020年国际电工委员会(IEC)建立了IEC 63185-2020《Measurement of the complex permittivity for low-loss dielectric substrates balanced-type circular disk resonator method》标准，测试频率覆盖10 GHz -110GHz，但总体描述较为笼统，对测试操作指导针对性不强。目前，针对国内现状，其测试操作性不强，且操作方法更多是结合国外独有的设备所描述，并不利于国内相关产品的研制。国内目前大多数测试高速高频基板的方法为带状线法，覆盖频率不能满足要求，而覆盖频段广、测试频率高的圆盘谐振器法并没有相关的国内测试标准。相关标准的对比结果见表1。
表1 标准对比表
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标准名称 |
适用范围 |
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GB/T 4722-2017 《印制电路用刚性覆铜箔层压板试验方法》 |
1MHz~1.5GHz，1MHz以下 |
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GB/T 12636-1990 《微波介质基片复介电常数带状线测试方法》 |
1GHz~20GHz，方法描述笼统，不满足频率要求 |
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IEC 61189-2-719-2016 《Test methods for materials for interconnection structures – Relative permittivity and loss tangent (500 MHz to 10 GHz) 》 |
0.5GHz~10GHz，不满足频率要求 |
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IEC 61189-2-721-2015 《Test methods for materials for interconnection structures – Measurement of relative permittivity and loss tangent for copper clad laminate at microwave frequency using split post dielectric resonator》 |
1.1GHz~18GHz，不满足频率要求，且电场极化方向为平行于基板表面 |
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IPC-TM-650 2.5.5.5C：1998 《Stripline Test for Permittivity and Loss Tangent(Dielectric Constant and Dissipation Factor) at X-Band》 |
8GHz~12.4GHz，不满足频率要求 |
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IEC 63185-2020 《Measurement of the complex permittivity for low-loss dielectric substrates balanced-type circular disk resonator method》 |
10GHz~110GHz，方法描述笼统，操作性不强 |
【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，实现了高频介质基板材料在毫米波频段的复介电常数宽频、高精度测量。此外，通信终端、电子元器件等行业头部企业也广泛采用该标准所推荐方法进行基板相关材料的检测，应用效果显著。
【标准制定单位构成】
标准起草单位：电子科技大学、工业和信息化部电子第五研究所、中国测试技术研究院、成都恩驰微波科技有限公司、常州中英科技有限公司、浙江华正新材料股份有限公司。