CN104833857A

CN104833857A - 一种ltcc材料介电常数的测试方法及其适用于该方法的夹具和谐振环器件

Info

Publication number: CN104833857A
Application number: CN201510073005.1A
Authority: CN
Inventors: 罗昌桅; 孙超; 王莉; 唐雄心; 陆德龙
Original assignee: JIAXING JIALI ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: JIAXING JIALI ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2015-08-12

Abstract

本发明涉及一种LTCC材料介电常数的测试方法及其适用于该方法的夹具和谐振环器件，测试方法步骤如下：1）先制作LTCC谐振环；2）利用光学显微镜量测LTCC谐振环的内外半径，线宽，厚度；3）将网络分析仪与测试夹具连接好，再将制作好的LTCC谐振环放入测试夹具测试；4）根据光学显微镜的测量数据和网络分析仪的测试结果，利用换算公式计算该LTCC谐振环所用的LTCC材料的介电常数值；同理，根据实际测试结果，对仿真模型进行修正，是其谐振频率到达测试频点，以此得出介电常数的仿真反馈结果；5）将理论计算结果、仿真反馈结果与进料标定值进行对比验证。本发明利用现成的LTCC制成工艺，制作和测试上更为方便。

Description

一种LTCC材料介电常数的测试方法及其适用于该方法的夹具和谐振环器件

技术领域

本发明涉及属于微波材料电磁参数测试技术领域，尤其涉及一种LTCC材料介电常数的测试方法及其适用于该方法的夹具和谐振环器件。

背景技术

LTCC低温共烧陶瓷材料现已广泛应用于航空航天、LNB卫星接收系统、手机、蓝牙耳机，笔记本等领域，因此掌握LTCC材料参数对其研发、生产以及使用有很重要的意义。目前，大部分LTCC厂家测试LTCC的材料介电常数，基本都用腔体谐振法，基于这种方法存在以下几点不足：1.被测材料的制成工艺与LTCC射频元器件的制成工艺不同，因此会存在一定误差；2.腔体谐振法的谐振频点基本在9GHz左右，甚至更高，而民用的LTCC射频元器件的使用频段基本在900MHz到6GHz之间，众所周知，同一介质材料在不同的频段其介电常数会有所不同，因此测试存在一定的偏值；3.用LTCC材料压的圆块，能用于测试的圆块合格率不高。

发明内容

针对普遍应用的LTCC圆块腔体测试方法的几个技术问题，本发明的第一目的提出了一种LTCC材料介电常数的测试装置的测试方法。该方法利用环形谐振法进行测试并计算其介电常数值，能有效规避不同工艺带来的测试误差，而且操作起来更方便。本发明的第二个目的是提供一种适用于上述方法的测试装置。本发明的第三个目的是提供一种适用于上述方法的谐振环器件。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种LTCC材料介电常数的测试方法,该方法包括以下步骤：

1)先用同一批生瓷片通过LTCC工艺进行制作LTCC谐振环；

2)利用光学显微镜的自带测量工具量测LTCC谐振环的内外半径，线宽，厚度，并保存数据；

3)将网络分析仪的两个端口通过同轴线与测试夹具的两个SMA头连接好，再将制作好的LTCC谐振环放入测试夹具的制定区域内进行测试，保存测试数据；

4)根据光学显微镜的测量数据和网络分析仪的测试结果，利用换算公式

π (r 1 + r 2) = \frac{c \cdot p}{f \cdot {\sqrt{ϵ}}_{e}}

p＝1,2,3…，

ϵ_{r} = \frac{1 + (2 ϵ_{e} - 1) \sqrt{1 + 12 \frac{h}{w}}}{1 + \sqrt{1 + 12 \frac{h}{w}}}

其中，r1代表LTCC谐振环内圈的半径，r2代表LTCC谐振环外圈的半径，h为LTCC谐振环的厚度，w为LTCC谐振环表面的线宽；计算该LTCC谐振环所用的LTCC材料的介电常数值；同理，根据实际测试结果，对仿真模型进行修正，是其谐振频率到达测试频点，以此得出介电常数的仿真反馈结果；

5)将理论计算结果、仿真反馈结果与进料标定值进行对比验证。

作为优选，所述的LTCC谐振环大小为生瓷片1/16。

作为优选，所述的LTCC谐振环包括层叠体，所述的层叠体由沿层叠方向由多层薄膜片层叠而成绝缘介质层；所述的层叠体两侧面分别设置有输入输出电极，所述的层叠体上端设置一个环形谐振圈，所述的环形谐振圈包括一个圆环；所述的圆环两端分别通过设置两个输入输出引线与所述的输入输出电极相连，所述的层叠体下端设置接地外电极。

作为优选，所述的接地外电极的两端分别设置凹槽，所述的输入输出电极的下端分别置于凹槽内。

作为优选，所述的测试夹具包括两个测试弹簧片、PCB基板和塑料板，所述的PCB基板的两端分别设置SMA头，所述的SMA头分别通过设置输入输出线与所述的测试弹簧片相连接，所述的塑料板安装设置在PCB基板上端，且中部设置孔槽，所述的测试弹簧片分别位于孔槽的两端，且部分伸入孔槽内部。

作为再优选，所述的输入输出线为50欧姆阻抗线。

为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种用于上述的方法的测试夹具,该测试夹具包括两个测试弹簧片、PCB基板和塑料板，所述的PCB基板的两端分别设置SMA头，所述的SMA头分别通过设置输入输出线与所述的测试弹簧片相连接，所述的塑料板安装设置在PCB基板上端，且中部设置孔槽，所述的测试弹簧片分别位于孔槽的两端，且部分伸入孔槽内部。

作为进一步改进，所述的输入输出线为50欧姆阻抗线。

为了实现上述的第三个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种用于上述的方法的LTCC谐振环，该LTCC谐振环包括层叠体，所述的层叠体由沿层叠方向由多层薄膜片层叠而成绝缘介质层；所述的层叠体两侧面分别设置有输入输出电极，所述的层叠体上端设置一个环形谐振圈，所述的环形谐振圈包括一个圆环；所述的圆环两端分别通过设置两个输入输出引线与所述的输入输出电极相连，所述的层叠体下端设置接地外电极。

作为进一步改进，所述的接地外电极的两端分别设置凹槽，所述的输入输出电极的下端分别置于凹槽内。

本发明的有益效果是：

1.用于测量的谐振环是基于LTCC制成工艺，因此其测试结果更能反映LTCC元器件所用材料的介电常数值；

2.其测试的谐振频率在800MHz-2500MHz之间，这个频道是LNB大部分LTCC射频器件应用于LNB领域的通信频段，因此更能反映出测试的真实数据；

3.利用现成的LTCC制成工艺，制作和测试上更为方便。

附图说明

图1 是本发明LTCC材料介电常数的测试装置的结构示意图。

图2 是本发明LTCC谐振环的外表面结构示意图。

图3是本发明LTCC谐振环的分解透视图。

图4是LTCC谐振环的尺寸定义。

图5是本发明LTCC谐振环的仿真结果。

图6是本发明测试方法的测试结果、仿真结果以及计算结果的数据对比。

具体实施方式

下面结合附图对发明的具体实施方式做一个详细的说明。

实施例1

如图1所示的一种LTCC材料介电常数的测试装置,该测试装置包括两个测试弹簧片105，1051、PCB基板102和塑料板103，所述的PCB基板102的两端分别设置SMA头101，1011，所述的SMA头101，1011分别通过设置输入输出线106，1061与所述的测试弹簧片105，1051相连接，所述的塑料板103安装设置在PCB基板102上端，且中部设置孔槽104，孔槽104为被测件的放置位置，所述的测试弹簧片105，1051分别位于孔槽104的两端，且部分伸入孔槽104内部，该两个弹簧片是用来提高器件接触的可靠性和稳定性。上述的输入输出线106，1061为50欧姆阻抗线。

实施例2

如图2，如3所示一种LTCC谐振环，该LTCC谐振环包括层叠体202，所述的层叠体202由沿层叠方向由多层薄膜片层叠而成绝缘介质层；所述的层叠体202两侧面分别设置有输入输出电极202，204，所述的层叠体202上端设置一个环形谐振圈201，所述的环形谐振圈201包括一个圆环3031；所述的圆环3031两端分别通过设置两个输入输出引线303，3032与所述的输入输出电极202，204相连，该圆环3031的大小和介电常数主要决定了该谐振环的谐振频率。所述的层叠体202下端设置接地外电极301，所述的接地外电极301的两端分别设置凹槽3011,3012，所述的输入输出电极202，204的下端分别置于凹槽3011,3012内。图2、3中带斜线的斜线阴影部分为金属导体，例如Ag、Cu、Au、或其它金属化合物等材料，通过印刷、蒸发涂覆等技术形成。

实施例3

一种LTCC材料介电常数的测试方法,该方法包括以下步骤：

1)先用同一批生瓷片通过LTCC工艺进行制作LTCC谐振环，LTCC谐振环的大小为生瓷片1/16，故可同时检测生瓷片的16个区域的介电常数值；

3)将网络分析仪的两个端口通过同轴线与测试夹具的两个SMA头连接好，再将制作好的LTCC谐振环放入测试夹具的制定区域内进行测试，即能得到一个谐振频率如图4所示；保存测试数据；

π (r 1 + r 2) = \frac{c \cdot p}{f \cdot {\sqrt{ϵ}}_{e}}

p＝1,2,3…，

ϵ_{r} = \frac{1 + (2 ϵ_{e} - 1) \sqrt{1 + 12 \frac{h}{w}}}{1 + \sqrt{1 + 12 \frac{h}{w}}}

其中，r1代表LTCC谐振环内圈的半径，r2代表LTCC谐振环外圈的半径，h为LTCC谐振环的厚度，w为LTCC谐振环表面的线宽，计算该LTCC谐振环所用的LTCC材料的介电常数值；同理，根据实际测试结果，对仿真模型进行修正，是其谐振频率到达测试频点，以此得出介电常数的仿真反馈结果；

Claims

1.一种LTCC材料介电常数的测试方法,其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)先用同一批生瓷片通过LTCC工艺进行制作LTCC谐振环；

4)根据光学显微镜的测量数据和网络分析仪的测试结果，利用换算公式 p＝1,2,3…，其中，r1代表LTCC谐振环内圈的半径，r2代表LTCC谐振环外圈的半径，h为LTCC谐振环的厚度，w为LTCC谐振环表面的线宽；计算该LTCC谐振环所用的LTCC材料的介电常数值；同理，根据实际测试结果，对仿真模型进行修正，是其谐振频率到达测试频点，以此得出介电常数的仿真反馈结果；

2.根据权利要求1所述的一种LTCC材料介电常数的测试方法, 其特征在于：所述的LTCC谐振环大小为生瓷片1/16。

3.根据权利要求1所述的一种LTCC材料介电常数的测试方法, 其特征在于：所述的LTCC谐振环包括层叠体（202），所述的层叠体（202）由沿层叠方向由多层薄膜片层叠而成绝缘介质层；所述的层叠体（202）两侧面分别设置有输入输出电极（202，204），所述的层叠体（202）上端设置一个环形谐振圈（201），所述的环形谐振圈（201）包括一个圆环（3031）；所述的圆环（3031）两端分别通过设置两个输入输出引线（303，3032）与所述的输入输出电极（202，204）相连，所述的层叠体（202）下端设置接地外电极（301）。

4.根据权利要求3所述的一种LTCC材料介电常数的测试方法, 其特征在于：所述的接地外电极（301）的两端分别设置凹槽（3011,3012），所述的输入输出电极（202，204）的下端分别置于凹槽（3011,3012）内。

5.根据权利要求1所述的一种LTCC材料介电常数的测试方法, 其特征在于：测试夹具包括两个测试弹簧片（105，1051）、PCB基板（102）和塑料板（103），所述的PCB基板（102）的两端分别设置SMA头（101，1011），所述的SMA头（101，1011）分别通过设置输入输出线（106，1061）与所述的测试弹簧片（105，1051）相连接，所述的塑料板（103）安装设置在PCB基板（102）上端，且中部设置孔槽（104），所述的测试弹簧片（105，1051）分别位于孔槽（104）的两端，且部分伸入孔槽（104）内部。

6.根据权利要求1所述的一种LTCC材料介电常数的测试方法, 其特征在于：所述的输入输出线（106，1061）为50欧姆阻抗线。

7.一种用于权利要求1所述的方法的测试夹具, 其特征在于：该测试夹具包括两个测试弹簧片（105，1051）、PCB基板（102）和塑料板（103），所述的PCB基板（102）的两端分别设置SMA头（101，1011），所述的SMA头（101，1011）分别通过设置输入输出线（106，1061）与所述的测试弹簧片（105，1051）相连接，所述的塑料板（103）安装设置在PCB基板（102）上端，且中部设置孔槽（104），所述的测试弹簧片（105，1051）分别位于孔槽（104）的两端，且部分伸入孔槽（104）内部。

8.根据权利要求1所述的测试夹具, 其特征在于：所述的输入输出线（106，1061）为50欧姆阻抗线。

9.一种用于权利要求1所述的方法的LTCC谐振环，其特征在于：该LTCC谐振环包括层叠体（202），所述的层叠体（202）由沿层叠方向由多层薄膜片层叠而成绝缘介质层；所述的层叠体（202）两侧面分别设置有输入输出电极（202，204），所述的层叠体（202）上端设置一个环形谐振圈（201），所述的环形谐振圈（201）包括一个圆环（3031）；所述的圆环（3031）两端分别通过设置两个输入输出引线（303，3032）与所述的输入输出电极（202，204）相连，所述的层叠体（202）下端设置接地外电极（301）。

10.根据权利要求9所示的LTCC谐振环，其特征在于：所述的接地外电极（301）的两端分别设置凹槽（3011,3012），所述的输入输出电极（202，204）的下端分别置于凹槽（3011,3012）内。