【技术】关于Rogers公司RT/duroid® 6010.2LM和RO3010™材料介电常数的测试方法
ROGERS公司使用X波段夹紧带状线谐振测试方法作为高频材料介电常数（Dk）的规范。这种测试方法具有高度的可重复性以及良好的内部质量控制性能，可以确保Rogers公司生产高频层压产品能够标准一致。然而对于被测材料的各向异性和压缩模量而言，这种测试方法依然存在一些潜在的问题。接下来，以Rogers公司RT/duroid® 6010.2LM和RO3010TM层压板为例，对比X波段带状线测试方法与全片谐振（Full Sheet Resonator，FSR）测试方法、分裂介质谐振（Split Post Dielectric Resonator，SPDR）测试方法和差分相位长度法下的材料Dk值的差异。
如图1是夹紧带状线测试方法的简单图示，被测材料在两个夹板之间，这两个板被当作带状线结构的接地层。谐振电路相对较薄，在物理长度上为2个波长，对于特定的材料在10GHz处，因此被设计为间隙耦合，而间隙耦合区域中的电场边缘是X-Y平面各向异性可能出问题的地方。
图1 X波段夹紧带状线谐振器测试图示
影响测试的另一个因素是被测样品如何与谐振电路图像一致。由于谐振电路上的铜电路图像在距离衬底上方有一定的高度，因此，如果被测材料非常坚硬，那么它将不符合谐振电路的特征，且更多的滞留空气将导致Dk值的不同；反之，一个非常柔软的材料可以很好地适应电路图像，且空气含量极低。此外，铜的表面粗糙度也有影响。当使用具有更粗糙表面的铜时，它将增加待测材料的表面积，而更大的表面积可能会有更多的夹带空气，这会降低测试的Dk值。本文讨论的材料相对较软，且在压力下进行测试时表面拓扑可以压缩，从而减小铜粗糙度的影响。此外，两种材料使用相同的铜，从而杜绝铜对Dk结果的影响。
另一种经常使用的测试方法是FSR测试，与带状线测试一样，这种方法不存在夹带空气或对各向异性材料性能敏感的问题。该方法使用覆盖铜箔的层压板作为平行板波导，并根据与层压板的物理尺寸对应的驻波确定的谐振峰来确定介电常数。这些驻波通常在低频发生，因此，FSR测试通常被认为是低频测试，其仅在Z轴（厚度轴）上评估层压材料的Dk特性，如图2所示。
图2 使用FSR测试方法测试覆铜层压板
大多数具有较低Dk值的PTFE材料不是各向异性的，而对于Dk值更高的PTFE材料则存在明显的各向异性。
当比较RT/duroid® 6010.2LM和RO3010TM层压板的测试数据时，可以发现带状线测试（规格Dk）中这些材料的平均Dk值非常相似，都在10.2左右，然而采用FSR测试法测试相同的材料时，Dk值有显着的差异。这种现象的原因之一是RT/duroid® 6010.2LM的X-Y平面的Dk值远高于RO3010TM层压板的X-Y平面Dk，这种差异对FSR测试结果没有影响，但是它会影响带状线测试以提高报告的Dk值。
差分相位长度法中的RT/duroid® 6010.2LMZ轴Dk值约为10.7，而RO3010TM约为11.2，这些数字被认为是这些材料的设计Dk。使用FSR测试方法时，这些材料的DK值可能略低，但是有相当好的一致性。这两种方法都用于测试材料的Z轴，不同在于差分相位长度法适合更高频率的测试，而材料的X-Y平面可以由SPDR方法进行测试，具体测试结果如图3所示。
图3 FSR，差分相位长度和SPDR测试结果
对于材料的各向异性而言，FSR和SPDR测试结果的比较具有一般性。如前所述，可以看出RT/duroid® 6010.2LM比RO3010TM材料具有更多的各向异性行为。
总而言之，X波段夹紧带状线测试方法是用于将原始电路材料测试到规格Dk值的IPC标准，对于层压板供应商而言，这是对重复性和质量/工艺控制的优秀测试。然而，该测试方法在测试过程中对材料样品之间的夹带空气以及材料的各向异性具有一定的敏感性。RT/duroid® 6010.2LM和RO3010TM层压板都具有相同的目标规格Dk，但是它们的压缩模量和各向异性效应是非常不同的，因此造成对模量和各向异性不敏感的其他测试方法呈现这两种材料之间不相似的Dk值。
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