PCB板测试介电常数方案

      材料测试主要测试材料的介电常数和损耗角正切，即dk,df测试。当然也有磁导率测试，这里不做讨论。目前市面上有多种测试方法，主要分为传输反射法和谐振腔法两大类。对于高损材料，损耗角正切在0.05以上通常采用传输反射法。对于低损材料，一般采用谐振腔法，df可以测试到0.0002甚至更低。谐振腔种类很多，例如有分离圆柱谐振腔，谐振腔微扰法，准光腔，分离介质谐振腔等。本文介绍分离介质谐振腔SPDR。将从以下几个方面来阐述。

      tanδ:损耗角正切

      Qs:谐振夹具包含样品的Q值

      Qc:谐振器金属损耗的Q值

      QDR：谐振器介质损耗的Q值

      ρes:样品的电磁场能量填充因子。谐振腔的物理尺寸确定后，可以通过电磁场仿真得到ρes。对于固定的谐振腔，ρes是个常数。

      简单说，目前市面上基本都是通过式谐振腔，即通过测试S21参数方法，得到材料的dk,df。矢网不需要做任何校准。

二、IEC61189-2-721(GBT43801-2024)标准解读

1 适用材料和范围

  IEC 61189的这一部分概述了一种方法来确定相对介电常数（εᵣ）和损耗角正切（tanδ）（也称为介电常数（Dk）和耗散因子（Df），使用SPDR方法测试覆铜层压板或介电基材（或陶瓷等）在微波频率（从1.1 GHz到20 GHz）的材料属性。

2 对矢网要求

  500MHz到20GHz，动态范围大于60dB

3 空腔矢网S参数要求

  S11和S22对称，S21谐振峰值在-40dB到-45dB之间。SPAN是谐振曲线3dB带宽的110%到200%（SPAN要求对加载样品矢网也适用）

4 SPDR测试夹具结构图

5 不同频段下的SPDR测试夹具尺寸要求

6 不同频段下的SPDR测试夹具对样品的要求

  注：样品厚度说明：测试夹具高度限制内，越厚测试误差越小。对于特别薄的样品，可以多层stack到0.4mm以上。 备注：样品和夹具之间的空气间隙不影响测试精度。

7 样品标准验证件

  单晶石英

8 深弓千分尺精度要求（样品加工尺寸测量）

  分辨率优于0.001mm

9 循环温箱（circulating oven）

  105°C（+5/-2°C）

10 环境测试室（Test Chamber，用于变温测试）

    -125°C到+110 °C（或者供应商和用户约定的其他温度），温度设置数值和实际温度相差±1°C，到达设置温度后，保持15分钟以上。

11 常温测试

    样品测试前，在环境23°C±2°C，相对湿度（50±5）%下超过24小时。注：如果样品被蚀刻或暴露在潮湿环境，需要在105°C（+5/-2°C）循环温箱干燥2小时

12 测试精度要求

    △ε/ε=±(0.0015+△h/h).

    △tanδ=±2 x 10^-5or ±0,03 tanδ

    （两者取大的一个）

13 室温测试报告

（1）测试环境（温度，湿度）

（2）测试频率

（3）测试频率下的相对介电常数和损耗角正切数值

（4）样品类型，尺寸，厚度等

（5）测试数据是否异常

14 变温测试报告

（1）测试温度（T）和参考温度（Tref）

（2）测试频率

（3）测试频率和测试温度下的相对介电常数和损耗角正切数值

（4）测试频率和参考温度下的相对介电常数和损耗角正切数值

（5）介电常数TC和损耗角正切TC 备注：TC：温度系数

（6）如果多个温度测试，需要画出相对介电常数VS温度变化以及损耗角正切数值VS温度变化曲线

（7）样品类型，尺寸，厚度等

（8）测试数据是否异常

三、介质谐振腔测试介电常数解决方案

      网络分析仪，配合第三方的SPDR夹具，为客户提供相关材料测试解决方案。

      提供的矢网产品系列如下：

      ZNLE系列：100KHz 到3GHz/4.5GHz/6GHz/14GHz/18GHz

      ZNL系列：5KHz 到3GHz/4.5GHz/6GHz/14GHz/20GHz

      ZNB3000系列：9KHz 到4.5GHz/9GHz/20GHz/26.5GHz

      ZNA系列：10MHz 到26.5GHz/43.5GHz/50GHz/67GHz