【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4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7月7日正式实施。本文是针对标准内容进行解读。
【标准制定背景】
2021年10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。”。2024年3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(2024—2025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这类高端产品也在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,而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。由于玻纤、纤维布等填充物的引入,介质基板通常体现出明显的各向异性,对于应用端重点关心的面外方向的复介电常数的测试的需求十分迫切。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,因此需要建立介质基板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。本标准采用平衡型圆盘谐振器法进行测试,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外方向复介电常数(即Dk、Df)的测量,标准文件中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,覆盖测试指标如下:
频率测试范围: ;
介电常数测试范围: ;
损耗角正切值测试范围:
【标准特点】
为进一步提高通信系统的传输带宽和速率,高频段乃至毫米波传输是新一代信息技术的一个重要发展方向,因此,更高频段的复介电常数测试至关重要。并且,由于玻纤、纤维布等填充物的引入,以及由多层材料压合而成多层结构等,均使得介质基板会体现出不可忽略的各向异性,对于制作微带线、带状线等传输线的应用端而言,面外方向的复介电常数的测试显得更为重要。目前,高频基板面外介电性能测试的相关试验方法标准主要有,《GB/T 12636-1990 微波介质基片复介电常数带状线测试方法》、《IEC 61189-2-719-2016 Test methods for materials for interconnection structures – Relative permittivity and loss tangent (500 MHz to 10 GHz)》、《IPC-TM-650 2-5-5-5 Stripline Test for Permittivity and Loss Tangent(Dielectric Constant and Dissipation Factor) at X-Band》以及《IEC 63185-2020 Measurement of the complex permittivity for low-loss dielectric substrates balanced-type circular disk resonator method》。其中,《GB/T 12636-1990》、《IEC 61189-2-719-2016》以及《IPC-TM-650 2-5-5-5》中均规定了采用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,测试频率可覆盖0.5GHz到20GHz,但这显然已无法满足实际高频毫米波应用场景的需求;《IEC 63185-2020》中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《IEC63185-2020 Measurement of the complex permittivity for low-loss dielectric substrates balanced-type circular disk resonator method 》标准,规定采用了TM0m0模式的宽带多频点平衡型圆盘谐振器法,覆盖频率为10GHz到110GHz,但总体描述较为笼统,缺乏对测试步骤的详细描述,因此测试操作指导性不强。
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5GHz~170GHz;
b)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;
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、常州中英科技有限公司,浙江华正新材料股份有限公司等首先应用该标准及相应设备,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。其中,电子科技大学、工信部电子五所与恩驰微波利用圆盘谐振器测试设备长期对电子信息材料与通信行业企事业单位提供专业测试服务。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,常州中英科技有限公司,浙江华正新材料股份有限公司