《射频电路用低损耗陶瓷基板材料试验方法(T-CSTM 00988—2023).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《射频电路用低损耗陶瓷基板材料试验方法(T-CSTM 00988—2023).pdf（17页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 ICS 31.180 CCS L 30 团 体 标 准 T/CSTM 009882023 射频电路用低损耗陶瓷基板材料试验方法 Test methods of low-loss ceramic substrate materials for radio frequency circuit 2023-05-12 发布 2023-08-12 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 目 次 前 言.1 引 言 .2 1 范围.3 2 规范性引用文件.3 3 术语和定义.3 4 要求.4 5 厚度（生瓷材料）.5 6 电性能.6 7 热性能.9 8 机械性能.9 9 物理性能.10 10 可加工性（陶瓷
2、基印制电路板）.10 11 工艺适应性.11 12 环境可靠性.13 附录 A（资料性）起草单位和主要起草人.15 T/CSTM 009882023 1 前 言 本文件参照 GB/T 1.1-2020 标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则，GB/T 20001.42015标准编写规则 第 4 部分：试验方法标准的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料领域标准化委员会（CSTM/FC51）提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料领域标准化委员会（CSTM/FC51）归口。T/CST
3、M 009882023 2 引 言 微波陶瓷基板材料凭借其低损耗、机械强度高、热稳定性好、耐腐蚀等方面的优势，在射频电路中广泛应用。微波陶瓷基板材料性能参数对射频电路的功能表现有着直接的影响。5G 通信的快速发展给射频电路提出了更高的技术要求，针对射频电路用低损耗陶瓷基板材料有必要建立更为系统完善的测试与验证方法来支撑产品高可靠性的发展。目前国内外针对陶瓷基板材料测试方法标准多为单项性能的描述（如 GB/T 5594.3-2015、GB/T 25995-2010 等），相对较为齐全的标准主要由GB/T 5593-2015电子元器件结构陶瓷材料和 GB/T 14620-2013薄膜集成电路用氧化
4、铝陶瓷基片，但 GB/T 5593-2015 主要为陶瓷基板材料试样级性能检测方法，GB/T 14620-2013 更多的是关注薄膜集成电路用陶瓷基板材料的常规性能要求。本文件在吸收相关标准优点的基础上，建立一套完整的射频电路用低损耗低温共烧陶瓷（LTCC）基板材料测试及验证方法。对比国内外现有标准，本文件改进优化的内容：a)包含陶瓷基板材料的测试和验证两个环节，验证是生瓷材料经流延、打孔、印制导体浆料、通孔填充、叠层、低温共烧等一系列工序加工成陶瓷基印制电路板后在元件级评估陶瓷基板材料的质量水平，放在一起综合评价更加系统化；b)陶瓷基板试样级增加了1 GHz40 GHz介电常数、损耗因子和温
5、度系数的带状线试验方法，厚度测量和工艺适应性 X/Y/Z 向收缩率等测试项目；元件级验证新增电性能特性阻抗、插入损耗、方阻测量、机械性能焊盘粘合强度和环境可靠性温度冲击等测试项目。T/CSTM 009882023 3 射频电路用低损耗陶瓷基板材料试验方法 1 范围 本文件规定了射频（300kHz300GHz）电路用低损耗陶瓷基板材料的厚度、电性能、热性能、机械性能、物理性能、可加工性、工艺适应性及环境可靠性的试验方法。本文件适用于低损耗陶瓷基板材料在材料级的性能测试及加工成陶瓷基印制板后的元件级验证。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日
6、期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GJB 360B-2009 电子及电气元件试验方法 GJB 548C-2021 微电子器件试验方法和程序 GB/T 1408.1 固体绝缘材料电气强度试验方法 GB/T 5593 电子元器件结构陶瓷基板材料 GB/T 5594.2 电子元器件结构陶瓷基板材料性能测试方法 杨氏弹性模量 泊松比测试方法 GB/T 5594.3 电子元器件结构陶瓷基板材料性能测试方法 第3部分：平均线膨胀系数测试方法 GB/T 5598 氧化铍瓷导热系数测定方法 GB/T 6569 精细陶瓷弯曲强度试验方法
7、 GB/T 16534 精细陶瓷室温硬度试验方法 GB/T 17473.3 微电子技术用贵金属浆料测试方法方阻测定 GB/T 25995 精细陶瓷密度和显气孔率试验方法 GB/T 31838.2 固体绝缘材料 介电和电阻特性 第2部分：电阻特性（DC方法）体积电阻和体积电阻率 T/CSTM 00910 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 3 术语和定义 GB/T 5593界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 抗折强度 transverse strength 陶瓷基板材料受到弯曲负荷作用而破坏时的极限应力值。用弯曲破坏力矩与折断处的横截面积的比值来表示，单位为兆
8、帕MPa（N/mm2）。来源：GB/T 5593-2015,3.12，有修改 3.2 体积电阻率 volume resistivity T/CSTM 009882023 4 又称比体积电阻 ，是表征电介质材料体积绝缘性能的重要指标。在数值上等于边长为1cm的立方体电介质所具有的电阻。单位为欧姆厘米（cm）。来源：GB/T 5593-2015,3.14 3.3 电击穿强度 breakdown strength 介电强度 dielectric strength 绝缘强度 insulation strength 处于电场中的介质，当电压增大到某一临界值时，将丧失其绝缘性的现象，相应的临界电压值为击穿
9、电压，相应的电场强度，称为电击穿强度。单位为千伏每毫米（kV/mm）。来源：GB/T 5593-2015,3.16 3.4 弹性模量 elastic modulus 符合虎克定律的弹性体，在承受轴向拉力（或压力）时，在弹性限度范围内，应力（）与应变（）的比值称为弹性模量，记为E。来源：GB/T 5593-2015,3.18 3.5 方阻 sheet resistance 方块电阻又称薄层电阻，其定义为正方形的导电薄层，在电流方向所呈现的电阻，即导电材料单位厚度单位面积上的电阻值，简称方阻，单位为欧姆每方。4 要求 4.1 试验条件 4.1.1 正常试验的标准大气条件 除另有规定外，试验应在下列
10、条件下进行：a）温度：15 35；b）相对湿度：20%80%；c）大气压力：试验场所气压。4.1.2 仲裁试验的标准大气条件 如果测试参数依赖于温度、湿度与气压，则试验应在下列仲裁试验的标准大气条件下进行：a）温度：23 2；b）相对湿度：45%55%；c）大气压力：86 kPa106 kPa。4.2 试验样品 4.2.1 试样状态 T/CSTM 009882023 5 根据测试项目的不同，试样级状态有烧结前的生瓷材料和由生瓷材料烧结后的陶瓷基板；元件级试样状态为表面覆有金属导线或有金属化孔的接收态陶瓷基印制电路板。4.2.2 试样的制备 除非另有规定，陶瓷基印制板是生瓷材料经打孔、填孔、丝网
11、印刷、叠片、等静压、排胶烧结等一系列工序加工而成。4.3 试验报告 除另有规定外，试验报告应包括但不限于下列内容：a）试样信息，如：试样牌号、生产厂家、数量等；b）试验条件信息：环境条件、测试标准、测试条件等；c）试验设备基本信息，例如：设备名称、型号、编号等；d）测量结果；e）人员与日期信息：试验日期、检测人和批准人等。5 厚度（生瓷材料）5.1 目的 本方法用于测量生瓷材料基板的厚度。5.2 设备 所需适用于规定试验步骤的设备为千分尺或等效测量器具，分度值0.001 mm。5.3 试样 除另有规定外，样品为生瓷材料。5.4 步骤 试样保持垂直或水平，去除生瓷材料上的离型膜，在距离生瓷材料基
12、板边缘10 mm以上的内侧，使用千分尺测量生瓷材料上9个均匀分布的位置厚度，每个点值准确至0.001 mm，如图1所示。T/CSTM 009882023 6 图1 厚度测试点示意图 5.5 报告 除4.3的规定外，试验报告还应包括每一个点测量厚度值及厚度平均值，单位毫米（mm）。6 电性能 6.1 介电常数、损耗角正切值及温度系数（陶瓷基板）测量陶瓷基板的介电常数、损耗角正切值及温度系数应按照 T/CSTM 00910 规定的方法进行。6.2 体积电阻率（陶瓷基板）测量陶瓷基板体积电阻率应按GB/T 31838.2规定的方法进行。6.3 电击穿强度（陶瓷基板）测量陶瓷基板的电击穿强度应按GB/
13、T 1408.1规定的方法进行。6.4 特性阻抗（陶瓷基印制电路板）6.4.1 目的 本方法适用于验证陶瓷基印制电路板的特性阻抗。6.4.2 设备 所需适用于规定试验步骤的设备为时域反射计（TDR）阻抗分析仪或者同等功能带TDR模块的网络分析仪。6.4.3 试样 T/CSTM 009882023 7 试样应为设计有单端阻抗线或差分阻抗线图形的电路结构（被测阻抗值应由供需双方协商确定），典型测试图形如图2所示。线宽/线距应基于应用需求设定，线长应大于50 mm且小于150 mm，具体尺寸应由供需双方协商确定。图2 阻抗线示意图 6.4.4 试验步骤 6.4.4.1 预热 开启仪器预热30 min
14、，使其达到稳定。6.4.4.2 系统校准 系统校准步骤如下：a）连接测试电缆与网络分析仪，并使用制造供应商提供的的力矩扳手旋紧；b）设置频率扫描范围；c）连接网络分析仪和校准件进行电缆校准；d)若采用TDR进行测试，仪器校准按设备商推荐程序进行。6.4.4.3 测试步骤 测试步骤如下：a）连接单端/差分测试探头，将探头置于空气中测量测试探头的波形，建立测试区域起点；b）将探头连接到被测样品，测量被测样品的波形，将终点光标放置于被测样品波形的末端作为测试区域的终点；c）数据处理，对测试区域内所得曲线设置取值范围（50%70%或供需双方协商确定），读取该范围内的平均值，该值为传输线的阻抗值，记录传
15、输线最大阻抗值、最小阻抗值；d）选取3条阻抗线进行测试，重复步骤6.4.4.3b）6.4.4.3c）。6.4.5 报告 除4.3的规定外，试验报告还应包括：a）测试位置；b）阻抗测量结果平均值。6.5 插入损耗（陶瓷基印制电路板）6.5.1 目的 本方法采用AFR（Automatic Fixture Removal，自动夹具去除）法验证陶瓷基印制电路板的插入损耗。6.5.2 设备 T/CSTM 009882023 8 所需适用于规定试验步骤的设备如下：a）网络分析仪；b）校准件；c）同轴线缆，根据测试频率需求配置不同频率同轴线缆；d）标准连接器，具体型号根据测试频率界定。6.5.3 试样 试样
16、应设计有两种长度的单端传输线或差分传输线测试图形的电路结构，典型测试图形如图3所示。传输线两端应设计有信号发射连接器焊盘，该焊盘用于与连接器连接。线宽/线距/线长应基于应用需求设定，长线与短线的长度差值建议大于50.8 mm，具体尺寸应由印制板客户或供应商规定。图3 AFR插入损耗测试传输线示意图 6.5.4 试验步骤 6.5.4.1 预热 网络分析仪设备应在制造商推荐的校准周期内进行校准，测试前主机至少开机预热 30 min，使仪器达到稳定。6.5.4.2 系统校准 系统校准步骤如下：a）连接测试电缆与网络分析仪，并使用制造供应商提供的的力矩扳手旋紧；b）设置频率扫描范围；c）连接网络分析仪
17、和校准件进行电缆校准。6.5.4.3 测试步骤 测试步骤如下：a）将标准连接器安装在陶瓷测试板，并使用螺丝拧紧；b）连接电缆和标准连接器，并使用制造供应商提供的的力矩扳手旋紧；c）设置测试频率范围；d）测试长线损耗；e）测试短线损耗；f）依据设备制造商提供的软件算法进行去嵌处理；g）根据要求标定相应测试频点的插入损耗。T/CSTM 009882023 9 6.5.5 报告 除4.3的规定外，试验报告还应包括：a）测试频率；b）插入损耗曲线图。6.6 方阻测量（陶瓷基印制电路板）测量陶瓷基印制电路板的方阻应按GB/T 17473.3规定的方法进行。7 热性能 7.1 线膨胀系数（陶瓷基板）测量陶
18、瓷基板的线膨胀系数应按GB/T 5594.3规定的方法进行。7.2 导热系数（陶瓷基板）测量陶瓷基板的导热系数应按GB/T 5598 规定的方法进行。7.3 热稳定性（陶瓷基板）测量陶瓷基板的热稳定性应按GB/T 5593规定的方法进行。8 机械性能 8.1 抗折强度（陶瓷基板）测量陶瓷基板的抗折强度应按GB/T 6569规定的方法进行。8.2 杨氏弹性模量（陶瓷基板）测量陶瓷基板的杨氏弹性模量应按GB/T 5594.2规定的方法进行。8.3 焊盘粘合强度（陶瓷基印制电路板）8.3.1 目的 本方法用于验证陶瓷基印制电路板表面焊盘的粘合强度。8.3.2 设备和材料 所需适用于规定试验步骤的设备
19、如下：a）拉力试验机，能准确测量至0.05N；b）焊烙铁，温度误差 3；c）光学显微镜，可放大10X30X倍数；d）测试引线：为经退火软质实心铜线；助焊剂：R型或RMA型；焊料：有铅焊锡（HLSnPb39）、无铅焊锡（SAC305或SAC307型）。8.3.3 试样 T/CSTM 009882023 10 试样为陶瓷印制板上尺寸为（0.22.5）mm（0.11.25）mm的表面安装盘。8.3.4 试验步骤 试验步骤如下：a）使用光学显微镜放大测量所测表面安装盘的尺寸大小；b）用75%的异丙醇和25%的去离子水清洗待测试样和测试引线；c）将测试引线焊接到所测表面安装盘上，将烙铁头的温度调节至合适
20、温度，有铅焊接要求需确保焊盘接受到焊接温度为（2325）；无铅焊接要求需确保焊盘接受到焊接温度为（2605）。焊接完成后，将试样置于测试机的固定架上。除非有测试温度要求，否则测试应在室温（18 30）下进行，焊接时间3 s6 s；d）将未焊接的引线头固定在测试机的夹具上，并保持垂直状态；e）用50 mm/min的速度垂直拉引线，直到发生失效或超过规定值；f）引线断裂或引线拉脱，不应认为是失效，应将新的引线焊接到新的表面安装盘上，焊盘拉脱界面应为焊盘底部与基材之间；g）计算表面安装盘的粘结强度。8.3.5 结果计算 结果计算步骤如下：a）表面安装盘的粘结强度计算公式：粘结强度=拉脱力值/表面安装
21、盘的面积；b）测量5个表面安装盘的粘结强度（至少包含两种尺寸），并记录最小粘合强度值。8.3.6 报告 除4.3的规定外，试验报告还应包括：a）被测表面安装盘的面积，mm2；b）表面安装盘的拉脱力值，N；c）拉力机速率，mm/min；d）五个焊盘粘合强度、最小粘合强度值，N/mm2。9 物理性能 9.1 体积密度（陶瓷基板）测量陶瓷基板的体积密度应按GB/T 25995规定的方法进行。9.2 维氏硬度（陶瓷基板）测量陶瓷基板硬度应按GB/T 16534规定的方法进行。10 可加工性（陶瓷基印制电路板）10.1 显微剖切 10.1.1 目的 本方法适用于测量陶瓷基印制电路板的互连通孔微观尺寸和质
22、量状态。T/CSTM 009882023 11 10.1.2 设备 所需适用于规定试验步骤的设备如下：a）研磨机，（0800）rpm无级调节；b）金相显微镜，可放大50 X200 X。10.1.3 试样 接收态陶瓷基印制电路板上带有镀覆孔的试样。10.1.4 试验步骤 将试样用环氧树脂镶嵌后进行平磨抛光，直到划痕和污斑消失，漂洗干净后，在金相显微镜下对样品镀覆孔微观尺寸和质量状态进行观察测量。10.1.5 报告 同4.3的规定。11 工艺适应性 11.1 XY 向收缩率（陶瓷基板）11.1.1 目的 本方法用于评定陶瓷基板烧结前后的XY方向的尺寸变化率。11.1.2 设备和材料 所需适用于规定
23、程序的仪器和材料如下：a）CNC视像测量系统，最大示值误差：3.2 m，测试精度：0.1 m；b）4.2.2 试样制备所需的设备和材料。11.1.3 试样 生瓷试样尺寸为（100 mm 0.75 mm）（100 mm 0.75 mm），烘干后的生瓷片应钻有孔径至少0.2 mm的四个孔；陶瓷基板是由8张生瓷片叠加烧结而成。试样形状及尺寸见图4。T/CSTM 009882023 12 图4 XY收缩率测试试样示意图 11.1.4 试验步骤 试验步骤如下：a）随机取8片生瓷片，将生瓷表面的离型膜去除；b）在十万级的净化间和（22 2）的条件下，将生瓷片进行烘干预处理，烘干条件为：100 烘20 mi
24、n；c）经过预处理后，抽取其中1片生瓷片采用冲孔机进行标记冲孔，按照4.2.2试样制备要求，将8张生瓷片叠加层压，有标记孔的一片生瓷需叠在最顶层，生瓷层压温度为80，将层压后的基板使用11.1.2a）规定的设备测量生瓷XY方向尺寸并记录为；d）按照4.2.2试样制备要求，将层压后的生瓷基板烧结成陶瓷基板，峰值烧结温度为（850900）；e）使用11.1.2a）规定的设备测量烧结后的陶瓷基板XY方向尺寸，并记录为。11.1.5 结果计算 按公式（1）计算X方向的收缩率，按公式（2）计算Y方向的收缩率。（1）（2）式中：X 方向的收缩率，%；Y 方向的收缩率，%；层压后烧结前的尺寸，单位：mm；烧
25、结后尺寸，单位：mm；A-B试样上 A 点至 B 点的距离；A-C试样上 A 点至 C 点的距离；B-C试样上 B 点至 C 点的距离；B-D试样上 B 点至 D 点的距离。11.1.6 报告 除4.3的规定外，试验报告还应包括：试样烧结前的尺寸值、烧结后的尺寸值、各方向的尺寸收缩率。11.2 Z 向收缩率（陶瓷基板）11.2.1 目的 本方法用于评定陶瓷基板烧结前后的Z方向的尺寸变化率。11.2.2 设备和材料 所需适用于规定试验步骤的设备如下：a）千分尺或等效测量器具，分度值0.001 mm；b）4.2.2 试样制备所需的设备和材料。11.2.3 试样 生瓷试样尺寸为100 mm100 m
26、m0.75 mm，陶瓷基板是由生瓷片叠加烧结成8层板。11.2.4 试验步骤 试验步骤如下：T/CSTM 009882023 13 a）随机选取8片生瓷片，将生瓷表面的离型膜去除；b）在十万级或以上级别的净化间和（22 2）的条件下，将生瓷片进行烘干预处理，烘干条件为：100 烘20 min；c）按照4.2.2试样制备要求，将8张生瓷片叠加层压，层压温度80，使用11.2.2a）规定的设备按照5.1测量层压后生瓷基板的厚度均值，并记录为R0；d）按照4.2.2试样制备要求，将8片生瓷烧结成陶瓷基板，峰值烧结温度为（850900）；e）按照5.1规定的方法测量烧结后的陶瓷基板的厚度值，记录均值为
27、R1。11.2.5 结果计算 按公式（3）计算Z方向的收缩率。（3）式中：Z 方向的收缩率，%；R0烧结前试样尺寸，单位：mm；R1烧结后试样尺寸，单位：mm。11.2.6 报告 除 4.3 的规定外，试验报告还应包括：试样烧结前的尺寸值、烧结后的尺寸值、Z 向的尺寸收缩率。11.3 可焊性（陶瓷基印制板）测量陶瓷基印制板的焊盘可焊性时应按GJB 548C-2021方法2003.2规定的方法进行。11.4 耐焊性（陶瓷基印制板）测量陶瓷基印制板的耐焊性时，应按GJB 360B-2009方法210规定的方法进行。12 环境可靠性 12.1 温度冲击（陶瓷基印制电路板）12.1.1 目的 本方法适
28、用于验证陶瓷基印制电路板的抗温度冲击性能。12.1.2 设备 本试验所需适用于规定试验步骤的设备如下：a）高低温冲击试验箱，温度偏差范围为 2，低温能维持 ，高温能维持 ；b）8.3.2中所列设备和材料。12.1.3 试样 试样为有（0.22.5）mm（0.11.25）mm的表面安装盘的陶瓷基印制电路板。12.1.4 试验步骤 试验步骤如下：T/CSTM 009882023 14 a）印制板试样应按高温 ，低温 ，高低温各保持30 min条件经受50个温度循环，试样温度从室温到达规定温度的时间不大于2 min（具体温度冲击试验条件可由供需双方协商确定）；b）试验后观察试样表面有无镀层裂缝、变色等异常；c）温冲完成后再按8.3规定的方法测焊盘粘合强度。12.1.5 报告 除4.3的规定外，试验报告还应包括：a）温度冲击条件；b）外观检查的结果；c）焊盘的粘合强度值。T/CSTM 009882023 15 附录 A（资料性）起草单位和主要起草人 本文件起草单位：工业和信息化部电子第五研究所、广东风华高科科技股份有限公司、深圳先进电子材料国际创新研究院。本文件主要起草人：何骁，宁敏洁，周亮，肖美珍，唐云涛，杨颖，洪英旭，吴报瑞，刘子莲，黄昆，曾竞涛，于淑会，贺光辉，罗道军。_