【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01月发布了团体标准TCSTM 00909-2023《介质基板介电常数和介质损耗角正切测试方法 平行板电容法》，并于2023年04月13日正式实施。本文是针对标准内容进行解读。
【标准制定背景】
介电常数和介质损耗角正切是介质基板的重要物理性质。材料的介电常数和介质损耗角会随着频率的变化而变化，所以要测量不同频段下材料的介电常数和介质损耗角正切要根据实际情况选择与之相适应的测试方法。国内正在转化IEC 61189-2-721-2015的SPDR方法，以及本项目正在研究的带状线测试方法所测的频率范围是大于1GHz的介电常数和介质损耗角正切，所以要测量1GHz以下的介电常数和介质损耗角正切需要采用另外的方法。
【目的、意义/重要性】
本标准在充分研究，消化吸收国内标准GB/T 4722-2017的标准基础上，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《介质基板1MHz~1GHz频率范围内介电常数和介质损耗角正切测试方法——平行板电容法》团体标准，为通信产业发展提供低频段介质基板的介电常数和介质损耗正切测试基础。
【标准介绍】
该标准试验方法规定了采用接触电极平行板电容法测试介质基板印制板材料的介电常数和介质损耗角正切的方法，适用于介质基板和介电材料的介电常数和介质损耗角正切测试方法。测试频率范围：𝑓=1MHz~1GHz ；测试介电常数范围：ε𝑟′=1.0~35.0；测试损耗角正切值范围：tan𝛿=5.0×10−3~5.0×10−2。该方法使用到的试验设备有：阻抗分析仪或等效仪器、测量夹具或等效夹具、高温干燥箱和千分尺等。
【标准特点】
介电常数和介质损耗角正切是介质基板的关键性能，直接影响着PCB电路的整体设计与性能。目前市场上用于平板电容法的测试夹具覆盖频段分别是20Hz~30MHz和1MHz~1GHz，不能达到1.5GHz，若超范围测量，所得测试数据误差较大。对比国内外现有标准，本标准：a）根据目前市场普遍使用的测试设备和夹具情况，对平板电容测试夹具适用频段范围进行了修订；b）通过细化测试步骤提高了测试的一致性和可重复性；c）详细描述了在试验过程中影响试验结果的注意事项。
国内外涉及关于频段在1GHz以下介电常数和介质损耗角正切的测试方法标准主要有国标GB/T 4722-2017、ASTM D150-2018和IPC-TM-650等。国标GB/T 4722-2017《印制电路用刚性覆铜箔层压板试验方法》做了介电常数和介质损耗角正切的平行板电容测试方法的描述，但是由于该标准本身是综合方法标准，针对该单项测试只进行了简单描述，内容不够丰富，操作指导性不够。同时，在调研关于平板电容法测试夹具时，目前市场上的测试夹具测试覆盖频段分别是20Hz~30MHz和1MHz~1GHz，不能达到1.5GHz，若超范围测量，所得测试数据误差较大。ASTMD150-2018 该标准涉及电容率，耗散因子，损耗指数，功率因子，相位角和损耗角的多项测试，且以对原理性描述较多，对测试操作指导针对性不强。国外IPC-TM-650 2.5.5.9：1998标准有平板电容测试内容，其测试范围为1MHz~1.5GHz。该标准针对现有的平板电容测试夹具和根据国内相关行业使用夹具情况，将测试频段范围修改为1MHz~1GHz。相关标准的对比结果见表1。
表1 标准对比表
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标准号 |
GB/T 4722-2017 |
IPC-TM-650 2.5.5.9-1998 |
IEC 61189-2-721-2015 |
IEC 61189-2-719-2016 |
TCSTM 00909 -2023《介质基板介电常数和介质损耗角正切测试方法 平行板电容法》 |
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标准名称 |
印制电路用刚性覆铜箔层压板试验方法 |
Permittivity and Loss Tangent, Parallel Plate,1 MHz to 1.5 GHz |
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 |
Test methods for materials for interconnection structures – Relative permittivity and loss tangent (500 MHz to 10 GHz) |
介质基板1MHz~1GHz频率范围内介电常数和介质损耗角正切测试方法——平行板电容法 |
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范围 |
测试频率范围：1MHz~1.5GHz |
测试频率范围：1MHz~1.5GHz |
1.1GHz~20GHz，离散频点，多个夹具副高1.1G、2.5G、5G、10G、15G、18G，温度系数支持范围为-45~85℃ |
测试频率范围：0.5GHz~10GHz 测试介电常数范围：2~10 测试损耗角正切范围：1×10-3~5×10-2 |
测试频率范围：1MHz~1GHz ； 测试介电常数范围： 1.0~35.0； 测试损耗角正切值范围：5×10-3~5×10-2 |
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原理 |
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平板电容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。 |
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制样要求 |
试样尺寸为（50±1）mm×（50±1）mm，数量为3个。 |
试样尺寸为50mm×50mm，数量为3个。 |
试样的尺寸应大于金属围场内径的尺寸，试样的最大厚度应小于该装置的金属围场之间的距离。 |
(200±0,5)×(50±1))mm； 厚度：0.6mm~1.6mm |
a)样品数量为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。 b)在测试夹具允许的测试范围内，试样越厚，测试误差越小。当样品太薄可以叠加多个测试样品增加其厚度，且样品不会在受到压力而变形。 c)若基板为表面覆金属箔，应当用蚀刻方法去除掉所有的金属箔并清洗干净。 |
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试验条件 |
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环境测试温度应该是(23±2)℃。在测试过程中，温差不应超过1℃。 |
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本方法环境条件为温度：23℃±2℃，湿度：45%~55%，试验时环境温度的波动不应超过1℃。 |
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仪器设备 |
a)阻抗分析仪或等效测试仪器。b)测量夹具或者等效夹具。c)仪器手册推荐的适用校准工具和夹具校正工具包。d)千分尺，精度0.001mm。e) 高温干燥箱，温度能满足 ℃。 |
a)阻抗分析仪或等效测试仪器。b)测量夹具或者等效夹具。c)仪器手册推荐的适用校准工具和夹具校正工具包。d)千分尺，精度0.001mm。e)高温干燥箱，温度能满足 ℃。 |
a）夹具；b)矢量网络分析仪；c）校验装置；d)千分尺e)循环烘箱。 |
矢量网络分析仪 |
a)阻抗分析仪或等效测试仪器。b)测量夹具或者等效夹具。c)仪器手册推荐的适用校准工具和夹具校正工具包。d)千分尺，精度0.001mm或更好。e)高温干燥箱，温度能满足 ℃。 |
【标准应用】
本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，在产业链内形成共识，为材料出厂测试-过程验证-改善验证-终端应用的良性循环提支撑和依据。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。此外作为主要起草单位，充分利用国家新材料测试评价平台-电子材料行业中心对该标准进行了推广。
【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、电子科技大学、成都恩驰微波科技有限公司、广东生益科技股份有限公司、中兴通讯股份有限公司、山东国瓷功能材料股份有限公司、深圳先进电子材料国际创新研究院。