标准解读—T/CSTM 00985-2023 《低损耗介质板的复介电常数测试 分离式圆柱谐振腔法》

2024-09-26

【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20234月发布了团体标准T/CSTM 00985-2023《低损耗介质板的复介电常数测试 分离式圆柱谐振腔法》,并于202377日正式实施。本文针对标准内容进行解读。

 

【标准制定背景】

202110月,中共中央、国务院印发《国家标准化发展纲要》,强力启动标准强国战略,强调标准是经济活动和社会发展的技术支撑,是国家基础性制度的重要方面。标准化在推进国家治理体系和治理能力现代化中发挥着基础性、引领性作用。20243月市场监管总局、中央网信办、国家发改委、科技部、工信部等18部门联合印发《贯彻实施〈国家标准化发展纲要〉行动计划(20242025年)》,旨在进一步扎实推动《国家标准化发展纲要》深入实施。并且,《纲要》明确指出了新一代信息技术等关键技术领域的标准研究任务,要求根据实际基础与市场需求,围绕设计检验检测、认证、计量、评价等细分领域的标准要求开展标准研制工作。本标准根据国内新一代信息技术发展对介质基板、薄膜等通信用关键材料的高频电磁性能准确测试评价的迫切需求,在参考国内外相关技术要求基础上制定,致力于为PCB、薄膜等材料研发生产及应用单位提供高质量的标准检测方法。

【目的、意义/重要性】

5G通信是新一代信息技术发展的主要方向,随着我国5G的正式商用,应用于5G通信的新材料已经成为制约我国5G通信发展的关键。发达国家在上世纪八九十年代就已开始了高频高速基材的开发,并早于我国多年形成了批量市场。我国高频高速覆铜板产品等高端产品在21世纪开始了产品研发及生产,目前正在缩小与发达国家的差距,且性能水平已向国际同类标杆产品靠近。

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。同时,随着微波和射频应用的快速发展,各种薄膜材料依据其不同的电磁特性作为基材在不同的应用中发挥着极其重要的作用,如PI膜、铁电薄膜、柔性可穿戴材料等,人们对薄膜材料的需求不断增加。此外,开发具有特定介电特性(包括可调谐介电常数)的多功能柔性衬底,并将其用于射频和微波应用的需求也在不断增长。介电常数和介质损耗角正切是材料最为重要的一项性能,同时也是决定器件成品阻抗、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,因此需要建立薄板、薄膜材料的介电常数和介质损耗角正切的测试方法,为微波和射频应用、通信产业发展提供测试基础。

【标准介绍】

本标准属于试验方法类标准,是根据国内新一代信息技术发展对介质基板、介质薄膜等通信用关键材料的高频电磁性能准确测试评价的迫切需求,在参考国内外相关技术要求基础上制定。本标准采用分离式圆柱谐振腔法进行测试,适用于高频介质基板、薄膜类介电材料在微波毫米波频率范围内的面内方向复介电常数(即DkDf)的测量,标准文件中规定了介质平板材料在微波和毫米波频段的介电常数和介质损耗角正切的分离式圆柱谐振腔法,包括原理、环境条件、仪器设备、样品要求、测试步骤、计算公式、注意事项和试验报告等内容,覆盖测试指标如下:

频率测试范围:

介电常数测试范围:

损耗角正切测试范围:

温度测试范围:

 

【标准特点】

对于高频高速覆铜板或是薄膜的应用场景,不同频率下其介电性能是不一样的。特别是为了提高通信系统的传输带宽和速率,高频段乃至毫米波传输将是5G的一个重要发展方向,更是需要高频段的测试数据。目前,高频基板与薄膜材料介电性能测试的相关试验方法标准主要有,《IEC 61189-2-721:2015 Measurement of relative permittivity and loss tangent for copper clad laminate at microwave frequency using split post dielectric resonator》及其等同采用的《GB/T 43801-2024 微波频段覆铜箔层压板相对介电常数和损耗正切值测试方法 分离介质谐振器法》、《IEC 62562:2010 Cavity resonator method to measure the complex permittivity of low-loss dielectric plates》、《IPC-TM-650 2-5-5-13 Relative Permittivity and Loss Tangent Using a Split-Cylinder Resonator》。其中,《IEC 61189-2-721:2015》及《GB/T 43801-2024》中规定采用的SPDR法,测试频率覆盖1.1GHz20GHz;《IEC 62562-2010》中规定采用了TE011模式单频点分离式谐振腔法,覆盖频率为2GHz40GHz,相对于SPDR测试方法频率有所提高,对于材料介电常数温度系数(TCDk)和损耗因子温度系数(TCDf)的测试方法仅有少量描述;《IPC-TM-650 2.5.5.13》标准中也有分离式圆柱谐振腔测试方法的内容,测试范围为10GHz~50GHz,该标准采用一腔多模技术可以实现单腔多频点的测试,没有温度系数测试方法。

对比国内外现有标准情况,本标准改进优化的地方:

a)对比国内外标准,测试频段拓展至2GHz~100GHz

b)添加了-65℃~125℃高低温测试内容细化了温度系数(TCDkTCDf)的测试步骤,提高测试的一致性和可重复性;

c)描述了在试验过程中影响试验结果的注意事项

【标准应用】

本标准发布后,标准主要的参编单位,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、山东国瓷功能材料股份有限公司、中国科学院深圳先进技术研究院等首先应用该标准及相应设备,实现了对介质基板与介质薄膜进行无损、高精度的复介电常数的方便快速测量。其中,电子科技大学、工信部电子五所与恩驰微波均利用分离式谐振腔测试设备,对电子信息材料与通信行业企事业单位提供了长期的专业测试服务。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与薄膜相关材料的检测,应用效果显著。

【标准制定单位构成】

 

电子科技大学,工业和信息化电子第五研究所,中国测试技术研究院,成都恩驰微波科技有限公司,中国科学院深圳先进技术研究院,山东国瓷功能材料股份有限公司

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