集成電路基板 - 毫米波頻率下電路板資料的表徵

這個 介電常數 (Dk) or relative 介電常數 的 PCB電路板 材質不是常數常數，儘管從其名稱來看它看起來像常數. 例如, 資料的Dk隨頻率變化. 類似地, 如果在同一資料上使用不同的Dk試驗方法, 也可以量測不同的Dk值, 即使這些測試方法準確. 像 電路板 資料越來越多地用於毫米波頻率, 例如5G和高級駕駛輔助系統, 瞭解Dk隨頻率的變化以及哪種Dk測試方法“合適”非常重要.

儘管IEEE和 工控機 有專業的委員會來討論這個問題, 沒有最佳的行業標準測試方法來量測 電路板 毫米波頻率下的資料. 這並不是因為缺乏測量方法. 事實上, Chen等人發表的參考文獻. 1描述了80多種量測Dk的方法. 然而, 沒有一種方法是理想的. 每種方法都有其優缺點, 尤其是在30至300 GHz的頻率範圍內.
Circuit test and raw 布料 test

通常有兩種類型的測試方法用於確定電路板資料的Dk或Df（損耗角正切或tanÎ'）：即量測原材料或由資料製成的量測電路。 基於原材料的測試依賴於高品質、可靠的測試夾具和設備，通過直接測試原材料可以獲得Dk和Df值。 基於電路的測試通常使用公共電路，並從電路效能中選取資料參數，例如量測諧振器的中心頻率或頻率回應。 原材料測試方法通常會引入與測試夾具或測試設備相關的不確定性，而電路測試方法則包括來自被測電路設計和加工技術的不確定性。 由於這兩種方法不同，量測結果和精度水准通常不一致。

例如, X波段夾緊帶狀線試驗方法定義如下： 工控機 是一種原材料測試方法, 且該結果與同一資料電路試驗的Dk結果不一致. 這個 clamping type stripline raw 布料 testing method is to clamp two pieces of 材料 under test (MUT) in a special test fixture to construct a stripline resonator. 被測資料和薄資料之間將有空氣 諧振器電路 在測試夾具中, 空氣的存在會降低測得的Dk. 如果在相同的 電路板 材料, 量測的Dk不同，因為沒有夾帶空氣. 對於高頻 電路板 Dk公差為±0的資料.050由原材料試驗確定, 電路測試將獲得大約±0的公差.075.
The 電路板 材質是各向異性的，通常在3個材質軸上具有不同的Dk值. Dk值通常在x軸和y軸之間有一個很小的差异, 所以對於大多數高頻資料, Dk各向異性通常指z軸和x-y平面之間的Dk比較. 由於資料的各向異性, 對於待測試的相同資料, z軸上測得的Dk與x-y平面上的Dk不同, 雖然測試方法和測試獲得的Dk值都是“正確的”.
用於電路測試的電路類型也會影響測得的Dk值. 通常地, 使用兩種類型的測試電路：諧振結構和傳輸/反射結構. 共振結構通常提供窄帶結果, 傳輸時/反射測試通常提供寬帶結果. 使用共振結構的方法通常更精確.

Examples of test methods
A typical example of raw 材料 testing is the X-band clamped stripline method. 它已被高頻 電路板 manufacturers for many years and is a reliable method to determine the Dk and Df (tanδ) in the z-axis of the 電路板 材料. 它使用夾具為待測資料樣品形成鬆散耦合的帶狀線諧振器. The measured quality factor (Q) of the resonator is no-load Q, 所以電纜, 連接器, 夾具校準對最終量測結果影響不大. 覆銅板 電路板 測試前需要蝕刻掉所有銅箔, 僅測試電介質原料基板. 電路原材料在一定的環境條件下被切割成一定的尺寸，並放置在 諧振器電路 (（見圖1）).

諧振器設計為半波長諧振器，頻率為2.5千兆赫, 所以第四個共振頻率是10千兆赫, 這是通常用於Dk和Df量測的共振點. 您可以使用較低的諧振點和諧振頻率，甚至可以使用較高的第五諧振頻率, 但是由於諧波和雜散波的影響, 通常避免較高的共振點. Measure and extract （Dk）或相關 permittivity
Where n is the number of resonance frequency points, c是自由空間中的光速, fr是共振的中心頻率, 和ÎϨL補償耦合間隙中電場引起的電長度延長. 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 諧振器電路.
雖然近似, 這些公式可用於確定初始Dk值. Using electromagnetic (EM) field solver and accurate 諧振器電路 大小可以獲得更精確的Dk.
在量測Dk和Df時使用松耦合諧振器可以將諧振器負載效應降至最低. 如果共振峰值處的插入損耗小於20 dB, 可以認為是松耦合. 在某些情况下, 由於耦合極弱，可能無法量測共振峰值. 這通常發生在較薄的諧振電路中. 較薄的電路資料 通常用於毫米波應用中，因為頻率越高, 波長越短, 電路尺寸越小.