ICS31-030 L90 中华人民共和国国家标准 GB/T5594.4—2015 代替GB/T5594.4—1985 电子元器件结构陶瓷材料 性能测试方法 第4部分:介电常数和介质损耗角 正切值测试方法 Testmethodsforpropertiesofstructureceramicusedinelectronic componentanddevice—Part4:Testmethodforpermittivityand dielectriclossangletangentvalue 2015-05-15发布 2016-01-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 GB/T5594《电子元器件结构陶瓷材料性能测试方法》分为以下部分: ———气密性测试方法(GB/T5594.1); ———杨氏弹性模量泊松比测试方法(GB/T5594.2); ———第3部分:平均线膨胀系数测试方法(GB/T5594.3); ———第4部分:介电常数和介质损耗角正切值测试方法(GB/T5594.4); ———体积电阻率测试方法(GB/T5594.5); ———第6部分:化学稳定性测试方法(GB/T5594.6); ———第7部分:透液性测定方法(GB/T5594.7); ———第8部分:显微结构测定方法(GB/T5594.8); ———电击穿强度测试方法(GB/T5594.9)。 本部分为GB/T5594的第4部分。 本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本部分代替GB/T5594.4—1985《电子元器件结构陶瓷材料性能测试方法 介电常数和介质损耗 角正切值的测试方法》。 本部分与GB/T5594.4—1985相比,主要有下列变化: ———标准名称改为:“电子元器件结构陶瓷材料性能测试方法 第4部分:介电常数和介质损耗角 正切值测试方法”; ———增加了4.1介电常数测试和计算; ———删除了原标准测试夹具类型示意图中:a.尖形电极;b.尖对平板形电极。 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这些专利的责任。 本部分由中华人民共和国工业和信息化部提出。 本部分由中国电子技术标准化研究院归口。 本部分起草单位:中国电子科技集团公司第十二研究所、中国电子技术标准化研究院、北京七星飞 行电子有限公司。 本部分主要起草人:曾桂生、李晓英、薛晓梅。 本部分所代替标准的历次版本发布情况为: ———GB/T5594.4—1985。 ⅠGB/T5594.4—2015 电子元器件结构陶瓷材料 性能测试方法 第4部分:介电常数和介质损耗角 正切值测试方法 1 范围 GB/T5594的本部分规定了装置零件、真空电子器件、电阻基体、半导体及集成电路基片等用电子 陶瓷材料介电常数和介质损耗角正切值的测试方法。 本部分适用于装置零件、真空电子器件、电阻基体、半导体及集成电路基片等用电子陶瓷材料在频 率为1MHz,温度从室温至500℃条件下的介电常数和介质损耗角正切值的测试。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是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。 GB/T5593—2015 电子元器件结构陶瓷材料 GB/T9530—1988 电子陶瓷名词术语 3 术语和定义 GB/T9530—1988界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 介电常数 permittivity ε 反应电介质介电性质的一个主要参数,由电介质构成的电容器的电容量与同样几何尺寸真空电容 器电容量的比值称为介电常数ε(无量纲)。 3.2 介质损耗角正切值 dielectriclossangletangentvalue tanδ 电介质在交变电场作用下有功功率与无功功率的比值,是表征介质损耗的一个无量纲物理量。 4 测试原理 4.1 介质损耗的表示含义 陶瓷材料的介质损耗表示材料上通过交流电场时,产生电能损失的一种性质。也可以说材料接受 交流电场影响时,因极化或吸收现象的产生过程,所产生的一种电能损失。它有两种基本性质,即介电 常数ε和介质损耗角正切值tanδ。 1GB/T5594.4—2015 4.2 介电常数 ε为相对介电常数,是表示绝缘材料在交流电场下介质极化的程度的一个参数,它是充满绝缘材料 的电容器的电容量CX与同样电极尺寸以真空为介质时的电容器的电容量C0的比值,如式(1)所示: ε=CX C0…………………………(1) 根据陶瓷试样的形状、尺寸和测得的电容值来计算介电常数ε。如不计边缘效应,平板圆形试样, 测得电容值为CX,试样直径为D,试样厚度为h。经过换算得到式(2): ε=14.4hCX D…………………………(2) 式中: ε———介电常数; h———试样厚度,单位为厘米(cm); CX———试样电容值,单位为皮法(pF); D———试样直径,单位为厘米(cm)。 4.3 介质损耗角正切值tanδ 陶瓷材料的介质损耗角正切值tanδ是表示在某一频率交流电压作用下介质损耗的参数。所谓介 质损耗即是单位时间内消耗的电能。 由陶瓷材料制成的元器件,当它工作时,交变电压加在陶瓷介质上,并通过交变电流,这时陶瓷介质 连同与其联系的金属部分,可以看成有损耗的电容器,并可用一个理想电容器和一个纯电阻器并联或串 联的电路来等效,如图1所示。电压和电流的相位关系可用图2表示。 a) 并联等效电路 b) 串联等效电路 说明: IC———并联等效电路流经理想电容器电流; IR———并联等效电路流经理想纯电阻器电流; UC———串联等效电路施加在理想电容器电压; UR———串联等效电路施加在纯电阻器电压; U———有损耗电容器上施加电压。 图1 有损耗电容器的等效电路 2GB/T5594.4—2015 a) 并联等效电路矢量图 b) 串联等效电路矢量图 图2 有损耗电容器矢量图 由图可知,δ可以描述为:有损耗电容器电流和电压之间相位差与理想电容器(无损耗电容器)电流 和电压之间相位差(π/2)比较时,相差的角度。 由图2a)得到: tanδ=IR IC 由图2b)得到: tanδ=UR UC 最后tanδ的意义可归结为有功功率与无功功率之商。 介质损耗角正切值tanδ的计算,根据不同仪器,由仪器说明书中规定公式进行计算或直接读数。 5 试样要求及处理 试样应符合GB/T5593—2015的规定。试样数量为5个,直径为(35±1)mm,厚度为(1.5±0.5)mm; 试样应进行清洗干燥处理;试样两面进行“被银”处理。 6 测量仪器和设备 6.1 测量仪器 可利用谐振电路、平衡或不平衡电桥、Q表、LCR仪、损耗仪、阻抗分析仪等。 6.2 加热炉和夹具 加热炉内温度应均匀。可用自动或手动方式进行控温,控温范围为室温至500℃。在控温范围内 任一个温度值,在10min内温度波动不大于±2℃。 试样平放在平板夹具上面,即电极7。如图3所示。 3GB/T5594.4—2015 说明: 1———电极连接线; 2———热电偶; 3———屏蔽盒; 4———加热丝; 5———石英管;6———保温层; 7———电极; 8———试样; 9———炉体。 图3 加热炉、试样与夹具示意图 6.3 连接线 连接线要尽量短,最好小于25cm,连接线为镀银铜片,宽10mm,厚0.6mm。连接线也可用屏蔽 线。连接线长时要用1m补偿线。 7 测量方法 可采用直接测量法和替代法两种。当采用直接测量法时,应消除连接线和试样夹具等分布参数的 影响。 测量电路的分布参数可用图4表示,图中LS、RS为与试样串联的连接线、夹具等的等效电感及电 阻,CP、RP为与试样并联的连接线、夹具等的等效电容及电阻。当LS、RS很小,且可忽略时,或当CP< CX,RP>RX时,试样的介质损耗角正切值可用式(3)修正: tanδx=tanδ+(tanδ-tanδ0)C0 CX…………………………(3) 式中: tanδx———介质损耗角正切值修正值; tanδ0———接入试样前测量仪器损耗角正切值读数,即连接线、夹具等测量系统的损耗角正切值; tanδ———接入试样后测量仪器的损耗角正切值读数; 4GB/T5594.4—2015 C0———接入试样前测量仪器的电容读数,即连接线、夹具等测量系统的分布电容,单位为皮法 (pF); CX———试样电容,单位为皮法(pF)。 说明: LS———连接线、夹具和试样串联等效电路电感; RS———连接线、夹具和试样串联等效电路电阻; RP———连接线、夹具和试样并联等效电路电阻; CP———连接线、夹具和试样并联等效电路电容; CX———试样电容; RX———试样有损耗的等效电阻。 图4 连接线、夹具和试样的等效电路 8 测量步骤 测量步骤如下: a) 按图5连接测量仪器和放置被测试样; b) 控制加热炉升温至所需温度,保温10min。夹具中不放置试样时,测出C0、tanδ0; c) 将准备好的试样放置测量夹具中,在同一温度下保温10min,测出C、tanδ; d) 按所用仪器相应的公式计算试样的介电常数ε和损耗角正切值tanδ。 由式(2)计算介电常数。按所用仪器相应的公式计算出或读出损耗角正切值tanδ。 说明: A———测量仪器; B———控温加热炉; C———夹具和试样。 图5 测量设备连接示意图 5GB/T5594.4—2015 9 测量误差 测量误差的描述: 当采用上述原理、方法和步骤进行测量时,由连接线和夹具