Подложка ИС - признак материала платы миллиметрового диапазона

The dielectric constant (Dk) or relative dielectric constant of the плата PCB материал is not a constant constant-although it looks like a constant from its name. например, the Dk of a material changes with frequency. так же, if different Dk test methods are used on the same material, также можно измерить различные значения Dk, even if these test methods are accurate. как плата цепи materials are increasingly used in millimeter wave frequencies, например, 5G и система поддержки старших пилотов, it is very important to understand the variation of Dk with frequency and which Dk test method is "appropriate".

Although organizations such as IEEE andIPC have dedicated committees to discuss this issue, there is no best industry standard test method to measure the Dk of плата цепи материал с миллиметровой частотой. This is not because of the lack of measurement methods. На самом деле, a reference paper published by Chen et al. описание более 80 методов измерения Dk. However, Ни один способ не идеален.. Each method has its advantages and disadvantages, особенно в диапазоне частот от 30 до 300 ггц.
Circuit test and raw material test

обычно для определения материалов платы используются два метода тестирования - Dk или Df (линия потери или разрыв), т.е. тестирование на основе сырья зависит от высококачественных и надежных испытательных приспособлений и оборудования, а также от того, что сырье для прямого тестирования может получить значения Dk и Df. испытания на основе схем обычно проводятся с использованием общедоступных схем и отбираются из характеристик цепи параметры материала, такие, как измерение центральной частоты или частотной реакции резонатора. Методы тестирования сырья, как правило, привносят неопределенность, связанную с испытанием зажимов или испытательного оборудования, в то время как метод испытания схемы включает неопределенность, обусловленную методами проектирования и обработки измеренных схем. Поскольку эти два метода отличаются друг от друга, результаты измерений и уровень точности обычно не совпадают.

например, the X-band clamped stripline test method defined by IPC is a raw material test method, И этот результат не совпадает с результатами испытания на одну и ту же схему из одного и того же материала. The clamping type stripline raw material testing method is to clamp two pieces of material under test (MUT) in a special test fixture to construct a stripline resonator. между измеренным материалом и пластиной будет воздух фазосдвигающая резонатора in the test fixture, наличие воздуха уменьшает наблюдаемый Dk. если на той же машине плата цепи material, измеренный Dk отличается, потому что нет воздуха. For high-frequency плата цепи материал с допуском Dk±0.050 determined by the raw material test, испытание схемы получит допуск около ± 0.075.
The плата цепи материал анизотропный и обычно имеет разную величину Dk на трех осях материала. The Dk value usually has a small difference between the x-axis and the y-axis, Поэтому для большинства высокочастотных материалов, Dk anisotropy usually refers to the Dk comparison between the z-axis and the x-y plane. из - за анизотропии материала, тот же материал для тестирования, the measured Dk on the z-axis is different from the Dk on the x-y plane, Хотя метод тестирования и полученные значения Dk являются "правильными".
The type of circuit used for circuit testing also affects the measured Dk value. В общем, two types of test circuits are used: resonant structure and transmission/отражательная структура. Resonant structures usually provide narrowband results, время передачи/reflection tests usually provide broadband results. метод использования резонансной структуры обычно более точный.

Examples of test methods
A typical example of raw material testing is the X-band clamped stripline method. Он уже используется высокочастотной радиолокационной станцией плата цепи manufacturers for many years and is a reliable method to determine the Dk and Df (tanδ) in the z-axis of the плата цепи material. It uses a clamping fixture to form a loosely coupled stripline resonator for the material sample to be tested. The measured quality factor (Q) of the resonator is no-load Q, А кабель, connector, калибровка зажима мало влияет на конечный результат измерений. The copper clad плата цепи перед испытанием нужно вытравить всю медную фольгу, and only the dielectric raw material substrate is tested. сырье цепи при определённых условиях резано до определенного размера и помещается в зажим по обе стороны цепи фазосдвигающая резонатора (see Figure 1).

резонатор рассчитан на полуволновый резонатор с частотой 2.5 GHz, Так четвертая резонансная частота - 10 ггц, which is a resonance point commonly used for Dk and Df measurements. можно использовать более низкую резонансную точку и резонансную частоту, и даже более высокую частоту пятого резонанса., но из - за влияния гармоник и волн, обычно избегайте более высоких резонансных точек. Measure and extract Dk or relative permittivity
Where n is the number of resonance frequency points, C скорость света в свободном пространстве, Fr - центральная частота резонанса, and ΔL compensates for the electrical length extension caused by the electric field in the coupling gap. It is also very simple to extract tanδ (Df) from the measurement, which is the 3dB bandwidth-related loss of the resonance peak minus the conductor loss (1/Qc) related to the фазосдвигающая резонатора.
Although approximate, Эти формулы могут использоваться для определения начальных значений Dk. Using electromagnetic (EM) field solver and accurate фазосдвигающая резонатора размер Dk может быть более точным.
Using loosely coupled resonators when measuring Dk and Df can minimize the resonator loading effect. Если потери при вставке пикового резонанса меньше 20 дБ, it can be considered as loose coupling. В некоторых случаях, the resonance peak may not be measured due to extremely weak coupling. это обычно происходит в тончайших резонансных схемах. Thinner circuit materials are commonly used in millimeter wave applications because the higher the frequency, Чем короче длина волны, and the smaller the circuit size.