【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2022年12月发布了团体标准T/CSTM 00910-2022《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》，并于2023年03月27日正式实施。本文是针对标准内容进行解读。
【标准制定背景】
基于高速高频材料的战略地位，国内正在大力开展相关产品的国产化研制工作，迫切需要精准的测试技术与方法为国产化对标开发提供支撑。介电常数和介质损耗角正切值是高速高频覆铜板的重要性能，其表征准确与否直接影响着高速高频电路的整体设计与性能。但国外相关标准的测试方法总体描述较为笼统，操作性不强，且操作方法更多是结合国外独有设备（对国内禁运）进行描述，不适用于国内的测试设备和测试夹具，迫切需要开展相关方法研究和标准制定工作。因此，非常有必要建立准确测量介质基板介电常数和介质损耗角正切的标准方法。
【目的、意义/重要性】
标准在充分研究，消化吸收国内标准GB/T 12636-1990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《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》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，为行业开展高频材料的性能测试分析提供依据，同时为高频新材料产业化发展及市场化规范提供支撑。
【标准介绍】
标准规定了介质基板毫米波波段的介电常数和介质损耗角正切的带状线测试方法，包括原理、环境条件、材料、仪器设备、样品要求、测试步骤、计算公式、系统误差、注意事项和试验报告等内容。适用于测试高频介质基板及介电材料在微波频率范围内的介电常数和介质损耗角正切。标准测试频率范围：𝑓=1GHz~40GHz ；测试介电常数范围：𝜀𝑟=2.0~20.0；测试损耗角正切值范围：tan𝛿=2.0×10−4~1.0×10−2；变温测试范围：-50℃~150℃。
【标准特点】
标准根据发展需求，创造性提出高温/低温（-50℃～150℃）材料介电常数和介质损耗角正切的在线性能测试，满足材料在复杂应用环境下性能验证评价需求，同时考虑卫星、雷达、微波器件等的工作环境越来越严峻，会在极寒或者超高温的环境下工作。而介质材料的介电常数和介质损耗角正切会随着材料温度的变化而变化，材料的TCDk和TCDf会影响系统整体性能，本标准增加了介电常数温度系数（TCDk）和介质损耗温度系数（TCDf）关键参数的计算方法，填补行业空白。特别的，现有国内外带状线法测试标准测试频率为1GHz~20GHz，无法覆盖毫米波频段，本标准的测试频段首次覆盖至1GHz~40GHz，可兼顾5G通讯Sub 6GHz和毫米波频段的要求。
国内外涉及关于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、GB/T 12636-1990、IEC 61189-2-721-2015、IEC 61189-2-719-2016、IPC-TM-650等。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 12636-1990一方面没有提出介电常数温度系数和损耗因子温度系数的测试方法；另一方面总体描述较为笼统，操作性不强，同时该方法测试频带覆盖范围仅到20GHz，且以原理性描述为主，对测试操作指导针对性不强。IEC 61189-2-719-2016，只涉及0.5GHz~10GHz频段，同样没有提出介电常数温度系数和损耗因子温度系数的测试方法。IEC 61189-2-721-2015是分离介质谐振腔SPDR法，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，温度系数支持范围为-45~85℃。但是对标的国外领先产品普遍采用带状线法测试，对同一产品两种方法的测试原理和结果都存在差别，开展国产化对标研发时也难以SPDR测试数据代替带状线法测试数据。目前，国外IPC-TM-650 2.5.5.5C：1998标准有带状线方法测试内容，其测试范围为8GHz~12.4GHz，该方法使用的是测试片的结构，同时缺少温度系数测试方法。针对国内现状，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，不利于国内相关产品的研制。同时该标准没有提出介电常数温度系数（TCDk）和损耗因子温度系数（TCDf）的测试方法。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 |
IPC-TM-650 2.5.5.5 |
GB/T 12636-1990 |
IEC 61189-2-721-2015 |
IEC 61189-2-719-2016 |
T/CSTM 00910-2022《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》 |
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标准名称 |
Stripline Test for Permittivity and Loss Tangent (Dielectric Constant and Dissipation Factor) at X-Band |
微波介质基片复介电常数带状线测试方法 |
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) |
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 |
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范围 |
测试频率范围：8GHz~12.4GHz |
测试频率范围：1GHz~20GHz 测试介电常数范围：2~25 测试损耗角正切范围：5×10-4~1×10-2 |
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：1GHz~40GHz ； 测试介电常数范围： 2.0~20.0； 测试损耗角正切值范围：2×10-4~1×10-2 测试温度范围：-50℃~150℃。 |
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原理 |
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以被测介质基片与良导金属片和薄带可构成典型的带状传输线，一段两端开路的带状传输线具有谐振电路的特性。 |
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由被测介质基板、良导体金属接地板和良导体金属谐振导带可构成典型的带状线结构。两端开路的带状线具有谐振电路的特性，带状线谐振电路由两块被测介质基板，在其正中放置一根厚度不大于0.018mm的良导体金属带作为谐振导带，在两片介质基板外侧各放置一片接地金属片组成。当带状线产生谐振特性时，它的谐振频率𝑓𝑛与被测介质基板的介电常数ε𝑟′ 相关，其品质因数Q值与被测介质基板的介质损耗角正切tan𝛿𝜀相关。因此，通过测量带状线谐振器的谐振频率以及品质因数的数值得到介质基板的介电常数ε𝑟′ 和损耗角正切tan𝛿𝜀。 |
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制样要求 |
应通过标准蚀刻工艺将待测材料的金属层去除；应通过任何标准蚀刻工艺（包括冲洗和干燥）从待测材料上去除所有金属覆层；试样应由一组两张51mm x 69 mm尺寸的样品组成。 |
单片基片的尺寸为L×L’×b/2 |
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 |
样品数量为2块/组，共3组（6块），每块试样尺寸应当为50mm×30mm×b/2，b/2为0.5mm~2mm。 每组样品中两块试样片的长度、宽度和厚度的偏差应小于±0.01mm。 |
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试验条件 |
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正常的测试大气条件 温度：20~30℃；相对湿度45%~75%；气压86~106kPa。 |
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 |
测试夹具、微波信号源、测量信号频率的装置、检测功率电平的装置。 |
a)信号源；b)频率计；c)精密可变衰减器；d)隔离器；e)数字式电压表。 |
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)矢量网络分析仪；b) 带状线谐振器法测试系统。；c)温度控制仪；d)低温恒温反应浴；e)循环水式多用真空泵；f)高温干燥箱；g)千分尺；h) 游标卡尺。 |
【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，在液晶聚合物LCP、改性聚酰亚胺MPI和高频微波基板等“一条龙”国家重大科研项目、重点战略型号工程、5G基站核心设备国产化替代应用中，解决了因“卡脖子”替代研发的国产夹具无标准可用的问题，为项目的顺利开展提供了关键技术保障。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、浙江华正新材料股份有限公司、广东生益科技股份有限公司、中兴通讯股份有限公司、泰州旺灵绝缘材料厂、深圳先进电子材料国际创新研究院。