PCB科技 - PCB在毫米波頻率下的介電常數

The dielectric constant (Dk) or relative dielectric constant of the PCB電路板 材質不是常數，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測試方法, 還可以量測不同的Dk值, 即使這些測試方法是準確的. 隨著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IPC等組織有專業的委員會來討論這個問題，但現時還沒有標準的行業測試方法來量測毫米波頻率下電路板資料的Dk。 這並不是因為缺乏測量方法。 事實上，陳等人1發表的一篇參考文獻描述了80多種測試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。

電路測試與原材料測試

通常有兩種主要的測試方法用於確定電路板資料的Dk或Df（損耗正切或tanÎ'）：原材料量測，或在資料製成的電路中量測。

基於原材料的測試依賴於高品質和可靠的測試夾具和設備, Dk和Df值可以通過直接測試原材料獲得. 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, 而電路測試方法包括測試電路設計和處理科技的不確定性. 因為這兩種方法不同, 量測結果和精度水准通常不一致.

例如, IPC定義的X波段夾緊帶狀線測試方法是一種原材料測試方法, 其結果與相同資料的電路測試的Dk結果不一致. The clamping type stripline raw 材料 testing method is to clamp two pieces of 材料 under test (MUT) in a special test fixture to construct a stripline resonator. There will be air between the 材料 under test (MUT) and the thin resonator circuit in the test fixture, 空氣的存在會降低測得的Dk. 如果在同一台機器上進行電路測試 PCB資料, 測得的Dk與沒有夾帶空氣的Dk不同. 對於Dk公差為±0的高頻電路板資料.050由原材料試驗確定, 電路測試將獲得約±0的公差.075.

電路板資料是各向異性的，通常在3個資料軸上具有不同的Dk值。 Dk值通常在x軸和y軸之間有一個很小的差异，囙此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，對於相同的受試資料（MUT），z軸上測得的Dk與xy平面上的Dk不同，儘管測試方法和測得的Dk值都是“正確的”。

用於電路測試的電路類型也會影響被測Dk的值。 通常，使用兩種類型的測試電路：諧振結構和透射/反射結構。 諧振結構通常提供窄帶結果，而透射/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。

試驗方法示例

原材料測試的一個典型示例是X波段夾緊帶狀線法. 它已被使用 高頻PCB manufacturers for many years and is a reliable method to determine the Dk and Df (tanδ) in the z-axis of the circuit board 材料. It uses a clamping fixture to make the 材料 under test (MUT) sample form a loosely coupled stripline resonator. The measured quality factor (Q) of the resonator is no-load Q, 所以電纜, 連接器和夾具校準對最終量測結果影響不大. 測試前，需要將覆銅板的所有銅箔蝕刻掉, 僅測試電介質原材料基板. 電路原材料在特定環境條件下切割成一定尺寸，並放置在諧振器電路兩側的夾具中.