RU2188433C1 - Microwave device for nondestructive measurements of electrophysical parameters of insulating materials - Google Patents
Microwave device for nondestructive measurements of electrophysical parameters of insulating materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2188433C1 RU2188433C1 RU2001110890/09A RU2001110890A RU2188433C1 RU 2188433 C1 RU2188433 C1 RU 2188433C1 RU 2001110890/09 A RU2001110890/09 A RU 2001110890/09A RU 2001110890 A RU2001110890 A RU 2001110890A RU 2188433 C1 RU2188433 C1 RU 2188433C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- dielectric
- waveguide
- coaxial
- coaxial resonator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может использоваться для неразрушающего локального определения диэлектрической проницаемости (ε′) и тангенса угла потерь (tgδ) диэлектрических материалов для микроэлектроники. The invention relates to a microwave measurement technique and can be used for non-destructive local determination of permittivity (ε ′) and loss tangent (tanδ) of dielectric materials for microelectronics.
Известно устройство для неразрушающего измерения комплексной диэлектрической проницаемости материалов в СВЧ диапазоне (Tanable E., Joines W.Z. А nondestructive method vor measuring the complex permitivity of dielectric materials at microwave frequencis // IEEE Trans. on Instrum. and measur. 1976, Vol. IM-25, 9, P. 222-226). Оно состоит из резонатора, образованного отрезком коаксиальной линии, открытый конец которой используется как измерительное отверстие в виде кольцевой щели. На другом конце отрезка расположен элемент связи с устройством, возбуждающим в резонаторе колебания и обеспечивающим измерение его резонансной частоты и добротности. Пластина из диэлектрического материала прижимается к измерительному отверстию резонатора и по величине изменения его резонансной частоты и добротности по полученным аналитическим соотношениям вычисляют диэлектрическую проницаемость ε′ и потери tgδ в локальной области воздействия краевого поля резонатора на диэлектрик. Измерения можно проводить на частотах до 4 ГГц. A device is known for non-destructive measurement of the complex dielectric constant of materials in the microwave range (Tanable E., Joines WZ A nondestructive method vor measuring the complex permitivity of dielectric materials at microwave frequenciesen // IEEE Trans. On Instrum. And measur. 1976, Vol. IM- 25, 9, P. 222-226). It consists of a resonator formed by a segment of a coaxial line, the open end of which is used as a measuring hole in the form of an annular gap. At the other end of the segment, there is a communication element with a device that excites oscillations in the resonator and provides a measurement of its resonant frequency and quality factor. The dielectric material plate is pressed against the measuring hole of the resonator, and the dielectric constant ε ′ and the loss tanδ in the local area of the resonator edge field influence on the dielectric are calculated from the obtained changes in the resonant frequency and Q factor. Measurements can be carried out at frequencies up to 4 GHz.
Недостатком устройства является невозможность проведения измерений потерь диэлектрического материала при увеличении рабочей частоты, так как в этом случае значительно возрастает излучение электромагнитной волны из резонатора. Это излучение приводит к существенно большему уменьшению добротности резонатора, чем происходит за счет потерь в испытуемом материале. The disadvantage of this device is the inability to measure the loss of dielectric material with an increase in the operating frequency, since in this case the radiation of the electromagnetic wave from the resonator increases significantly. This radiation leads to a significantly larger decrease in the Q factor of the resonator than occurs due to losses in the test material.
Известно устройство для неразрушающего измерения ε′ и tgδ диэлектрических материалов, состоящее из открытой с одного конца коаксиальной линии и генератора, подсоединенного с другого конца (Stuchli M. A., Bradi M.M. Stuchli S.S., Gajda G.B. Equiwalent circuit of an open-ended coaxal line in a lossy dielectric // IEEE Trans. on Instrum. and Measur. 1982, Vol.31, N2, pp.116-119). A device for non-destructive measurement of ε ′ and tanδ of dielectric materials is known, consisting of a coaxial line open at one end and a generator connected at the other end (Stuchli MA, Bradi MM Stuchli SS, Gajda GB Equiwalent circuit of an open-ended coaxal line in a lossy dielectric // IEEE Trans. on Instrum. and Measur. 1982, Vol.31, N2, pp. 116-119).
Недостаток этого устройства - значительное возрастание погрешности определения ε′ и tgδ с увеличением рабочей частоты и параметра ε′ исследуемого материала, связанные с пренебрежением учета излучения из коаксиальной линии, при этом относительная погрешность определения tgδ намного больше, чем ε′.
Известно устройство для измерения электрофизических параметров диэлектрических материалов, содержащее коаксиальный резонатор с измерительным отверстием в торце и металлический прижим. На торце резонатора вокруг измерительного отверстия выполнена кольцевая проточка, заполненная диэлектриком (авт. свид. СССР 907465, МПК G 01 R 27/26). Измерения можно проводить на частоте 10 ГГц.The disadvantage of this device is a significant increase in the error in determining ε ′ and tgδ with an increase in the operating frequency and parameter ε ′ of the material under study, which are associated with neglecting the inclusion of radiation from the coaxial line, and the relative error in determining tgδ is much larger than ε ′.
A device for measuring the electrophysical parameters of dielectric materials, containing a coaxial resonator with a measuring hole in the end and a metal clip. An annular groove filled with a dielectric is made at the end of the resonator around the measuring hole (author's certificate. USSR 907465, IPC G 01 R 27/26). Measurements can be taken at 10 GHz.
Недостаток этого устройства заключается в том, что при толщине испытуемой пластины менее половины радиуса измерительного отверстия возрастает излучение из резонатора, что приводит к увеличению погрешности измерения tgδ или измерение становится невозможным. The disadvantage of this device is that when the thickness of the test plate is less than half the radius of the measuring hole, the radiation from the cavity increases, which leads to an increase in the measurement error tanδ or measurement becomes impossible.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для неразрушающего измерения ε′ и tgδ подложек интегральных схем (Дувинг В. Г. Локальные измерения диэлектрической проницаемости и потерь подложек интегральных схем на СВЧ // Электронная техника, серия 1, 1984, вып.12, с.34-38). Устройство содержит коаксиальный резонатор с измерительным отверстием в торце, имеющий резонансную частоту около 10 ГГц, с двумя элементами связи с внешними цепями, предназначенными для измерения его резонансной частоты и добротности, прижим, выполненный из диэлектрического материала. The closest technical solution (prototype) is a device for non-destructive measurement of ε ′ and tanδ of substrates of integrated circuits (Duving V.G. Local measurements of dielectric constant and loss of substrates of integrated circuits on microwave // Electronic Engineering,
Недостатками этого устройства являются возрастание погрешности определения tgδ материалов с большим значением ε′(ε′>7) из-за излучения из резонатора и сложность вычисления tgδ тонких испытуемых образцов из-за влияния на добротность резонатора также и диэлектрического прижима. The disadvantages of this device are the increase in the error in determining tanδ of materials with a large value of ε ′ (ε ′> 7) due to radiation from the resonator and the difficulty in calculating tanδ of thin test samples due to the influence of dielectric clamp on the quality factor of the resonator.
Задачей изобретения является повышение точности измерения потерь диэлектрических материалов на СВЧ. The objective of the invention is to improve the accuracy of measuring the loss of dielectric materials in the microwave.
Эта задача решается тем, что устройство для измерения электрофизических параметров диэлектрических материалов, содержащее коаксиальный резонатор с измерительным отверстием в торце и прижим, снабжено запредельным волноводом круглого сечения, соосным с измерительным отверстием, и с внутренним радиусом, превышающим радиус измерительного отверстия не менее чем в три раза, а площадь торца резонатора превышает площадь поперечного сечения запредельного волновода, при этом на внешней стороне запредельного волновода у его одного края выполнен фланец и на нем размещено кольцо из эластичного материала, а другой край запредельного волновода ограничен торцевой стенкой, и запредельный волновод помещен в цилиндрическое отверстие, выполненное в прижиме, и связан с прижимом через кольцо из эластичного материала. This problem is solved in that the device for measuring the electrophysical parameters of dielectric materials, containing a coaxial resonator with a measuring hole in the end and a clip, is equipped with a transverse waveguide of circular cross section, coaxial with the measuring hole, and with an internal radius exceeding the radius of the measuring hole by at least three times, and the area of the end face of the resonator exceeds the cross-sectional area of the transcendental waveguide, while on the outside of the transcendental waveguide at its one edge The flange is mounted and a ring of elastic material is placed on it, and the other edge of the transcendental waveguide is bounded by the end wall, and the transcendental waveguide is placed in a cylindrical hole made in the clip and connected to the clip through a ring of elastic material.
Изобретение поясняется чертежами на фиг.1 - 5. The invention is illustrated by drawings in figures 1 to 5.
На фиг.1 представлен чертеж устройства для неразрушающего измерения электрофизических параметров диэлектрических материалов: 1 - коаксиальный резонатор, 2 - измерительное отверстие кольцевой формы, 3 - торец коаксиального резонатора, 4 - запредельный волновод, 5 - испытуемая пластина из диэлектрического материала, 6 - фланец на краю запредельного волновода, 7 - кольцо из эластичного материала, 8 - торцевая стенка, 9 - прижим, 10 - диэлектрический резонатор. Figure 1 shows a drawing of a device for non-destructive measurement of the electrophysical parameters of dielectric materials: 1 - coaxial resonator, 2 - measuring ring hole, 3 - end face of the coaxial resonator, 4 - transverse waveguide, 5 - test plate of dielectric material, 6 - flange on the edge of the transcendental waveguide, 7 - a ring of elastic material, 8 - the end wall, 9 - clip, 10 - dielectric resonator.
На фиг.2 представлены зависимости уходов резонансной частоты Δf коаксиального резонатора от толщины h испытуемых образцов из диэлектрического материала с различным значением ε′: кривая 1 получена при ε′ = 2,06 (фторопласт), 2 - при ε′ = 3,81 (кварц), 3 - при ε′ = 7 (слюда), 4 - при ε′ = 10, 5 - при ε′ = 14,7. Значения Δf даны в логарифмическом масштабе. Δf = fO-fε, fO- резонансная частота коаксиального резонатора без диэлектрика на торце и без прижима, fε- резонансная частота коаксиального резонатора с диэлектриком на торце. Кривая 1 получена без применения фторопластового прижима.Figure 2 shows the dependences of the drift of the resonance frequency Δf of the coaxial resonator on the thickness h of the tested samples of dielectric material with different values of ε ′:
На фиг. 3 показано изменение нормированной добротности Qε/QO коаксиального резонатора с прижимом из фторопласта в прототипе в зависимости от толщины h испытуемых пластин на его торце с разным значением ε′. QO - нагруженная добротность коаксиального резонатора без испытуемых пластин и без прижима на торце. Qε- нагруженная добротность коаксиального резонатора с испытуемой пластиной под прижимом из фторопласта на торце. Кривая 1 - нормированная добротность коаксиального резонатора с фторопластовым прижимом при ε′ = 2,06, 2 - при ε′ = 3,81, 3 - при ε′ = 7, 4 - при ε′ = 10, 5 - при ε′ = 14,7.
На фиг.4 показано изменение нормированной добротности коаксиального резонатора Qε/QO в устройстве, представленном на фиг.1, в зависимости от толщины h тех же испытуемых образцов, что и на фиг.3. Кривая 1 - фторопластовые пластины разной толщины.In FIG. 3 shows the change in the normalized Q factor Q ε / Q O of a coaxial resonator with a fluoroplastic clip in the prototype, depending on the thickness h of the tested plates at its end with different ε ′ values. Q O - loaded figure of merit of a coaxial resonator without test plates and without pressure at the end. Q ε is the loaded figure of merit of the coaxial resonator with the test plate under the fluoroplastic clip at the end.
Figure 4 shows the change in the normalized Q factor of the coaxial resonator Q ε / Q O in the device shown in figure 1, depending on the thickness h of the same test samples as in figure 3. Curve 1 - fluoroplastic plates of different thicknesses.
На фиг.5 приведена зависимость уходов резонансной частоты Δf коаксиального резонатора в зависимости от отношения радиусов запредельного волновода (радиус R) и измерительного отверстия на торце (радиус r) при отсутствии испытуемых образцов. Figure 5 shows the dependence of the drift of the resonant frequency Δf of the coaxial resonator depending on the ratio of the radii of the transcendental waveguide (radius R) and the measuring hole at the end (radius r) in the absence of test samples.
Устройство работает следующим образом. Процесс измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь такой же, как и на известных устройствах. Испытуемая пластина определенной толщины (а диэлектрические пластины, используемые в микроэлектронике как подложки интегральных схем, могут иметь толщину от десятков микрон до 1,5-2 мм) помещается между торцом 3 коаксиального резонатора и краем запредельного волновода 4 вплотную к ним. Изменение резонансной частоты Δf коаксиального резонатора за счет увеличения краевой емкости у измерительного отверстия 2 содержит информацию о величине ε′ диэлектрического материала, а уменьшение добротности - информацию о потерях. Вычисление ε′ и tgδ осуществляется по одному из известных методов. The device operates as follows. The process of measuring the dielectric constant and the loss tangent is the same as on known devices. The test plate of a certain thickness (and the dielectric plates used in microelectronics as substrates of integrated circuits can have a thickness of tens of microns to 1.5-2 mm) is placed between the
Преимущество изобретения заключается в устранении на частотах более 4 ГГц излучения электромагнитной волны из измерительного отверстия на торце коаксиального резонатора, к которому приложен диэлектрик, в интервале толщины диэлектрических подложек, используемых в микроэлектронике. Поэтому уменьшение добротности коаксиального резонатора происходит только за счет потерь диэлектрического материала, что и обеспечивает точность расчета tgδ.
Излучение из открытого конца коаксиальной линии или коаксиального резонатора с измерительным отверстием можно объяснить следующим образом. Открытый конец коаксиальной линии является неизлучающей системой, так как в этом случае линия нагружена на бесконечно большое сопротивление по сравнению с ее волновым сопротивлением, поэтому коэффициент отражения от конца линии практически равен единице. Но при наложении на открытый конец коаксиальной линии диэлектрика он начинает выполнять роль согласующего устройства между волновым сопротивлением коаксиальной линии и волновым сопротивлением свободного пространства, причем с ростом величины ε′ это согласование улучшается и все большая часть энергии колебаний, запасенной в резонаторе, излучается из измерительного отверстия. Вследствие этого на частоте 10 ГГц при ε′ = 100 невозможно измерить резонансную частоту коаксиального резонатора, так как сигнал на его выходном элементе связи не обнаруживается. Таким образом, при больших значениях ε′ диэлектрика у измерительного отверстия коаксиального резонатора его открытый конец оказывается хорошо согласован с волновым сопротивлением свободного пространства и вся СВЧ энергия, поступающая в резонатор через входной элемент связи, теряется на излучение. Уменьшение энергии колебаний в резонаторе за счет излучения воспринимается как уменьшение его добротности. Это подтверждают экспериментальные кривые на фиг.2 и 3, полученные для прототипа. На фиг.2 показано изменение резонансной частоты Δf коаксиального резонатора в прототипе для пяти значений ε′ пластин разной толщины при радиусе торцевого отверстия r=1 мм и при начальной резонансной частоте fO около 10 ГГц. Величина Δf становится неизменной при толщине пластины чуть больше радиуса r, когда все силовые линии краевого поля коаксиального резонатора находятся в диэлектрике. В этом случае и добротность коаксиального резонатора также не должна бы меняться. Но при неизменной частоте fε коаксиального резонатора с ростом толщины испытуемых пластин, как видно на фиг.3, происходит уменьшение его добротности не за счет потерь в диэлектрике, а из-за наличия излучения. В этом случае становится невозможным использование измеренного значения Qε для вычисления tgδ диэлектрического материала.An advantage of the invention is the elimination at frequencies of more than 4 GHz of electromagnetic wave radiation from the measuring hole at the end of the coaxial resonator to which the dielectric is applied, in the thickness range of the dielectric substrates used in microelectronics. Therefore, a decrease in the quality factor of a coaxial resonator occurs only due to the loss of dielectric material, which ensures the accuracy of the calculation of tanδ.
Radiation from the open end of a coaxial line or a coaxial resonator with a measuring hole can be explained as follows. The open end of the coaxial line is a non-radiating system, since in this case the line is loaded with infinitely large resistance compared to its wave impedance, therefore, the reflection coefficient from the end of the line is practically equal to unity. But when a dielectric is applied to the open end of the coaxial line, it begins to play the role of a matching device between the wave resistance of the coaxial line and the wave resistance of the free space, and with an increase in ε ′, this matching improves and an increasing part of the vibration energy stored in the resonator is emitted from the measuring hole . As a result, at the frequency of 10 GHz with ε ′ = 100, it is impossible to measure the resonant frequency of the coaxial resonator, since no signal is detected at its output coupling element. Thus, at large ε ′ values of the dielectric at the measuring hole of the coaxial resonator, its open end is in good agreement with the wave impedance of the free space and all microwave energy entering the resonator through the input coupling element is lost to radiation. A decrease in the vibrational energy in the resonator due to radiation is perceived as a decrease in its quality factor. This is confirmed by the experimental curves in figure 2 and 3, obtained for the prototype. Figure 2 shows the change in the resonant frequency Δf of the coaxial resonator in the prototype for five values of ε ′ plates of different thicknesses with an end hole radius r = 1 mm and an initial resonant frequency f O of about 10 GHz. The value Δf becomes unchanged when the plate thickness is slightly larger than the radius r, when all the lines of force of the edge field of the coaxial resonator are in the dielectric. In this case, the quality factor of the coaxial resonator should also not change. But at a constant frequency f ε of the coaxial resonator with increasing thickness of the test plates, as can be seen in Fig. 3, its Q factor decreases not due to losses in the dielectric, but because of the presence of radiation. In this case, it becomes impossible to use the measured value of Q ε to calculate the tanδ of the dielectric material.
Устранение излучения электромагнитной волны из измерительного отверстия коаксиального резонатора в устройстве, показанном на фиг.1, можно объяснить следующим образом. Когда испытуемая пластина 5 из диэлектрического материала прижимается к отверстию 2 на торце 3 коаксиального резонатора запредельным волноводом 4, то образуется плоский диэлектрический резонатор 10 на металлическом основании, ограниченный торцом запредельного волновода. Для образования диэлектрического резонатора радиус торца 3 коаксиального резонатора должен превышать радиус R запредельного волновода 4. Предпочтительно выбирать диаметр торца 3 коаксиального резонатора и наружный диаметр фланца 6 запредельного волновода одинакового размера, что удобно при сборке устройства. Если же диаметр торца коаксиального резонатора меньше внутреннего сечения запредельного волновода, то излучение волны из отверстия 2 не устраняется. The elimination of electromagnetic wave radiation from the measuring hole of the coaxial resonator in the device shown in FIG. 1 can be explained as follows. When the
Диэлектрический резонатор в свободном пространстве или на металлической плоскости является слабо излучающей системой при возбуждении в нем колебаний в области резонансной частоты. Если же частота возбуждающего колебания значительно отличается от его резонансной частоты, то в этом случае диэлектрический резонатор представляет собой систему с большим затуханием. Оценка резонансной частоты диэлектрического резонатора, расположенного на металлическом основании, показала, что при его диаметре 7 мм, при его толщине 1 мм и при ε′ = 100, она составляет около 33 ГГц, а при уменьшении ε′, радиуса резонатора и его толщины - возрастает (оценка проведена по материалам работы: Черный Б.С. и др. Влияние металлической поверхности на свойства открытого диэлектрического резонатора СВЧ // Известия ВУЗОВ СССР - Радиоэлектроника, том XXI, 1978, 8, с.52-59). Уменьшение радиуса диэлектрического резонатора путем изменения радиуса запредельного волновода ограничивается появляющимся влиянием его металлических стенок на краевую емкость коаксиального резонатора. На фиг.5 показано, что при отношении радиусов R/r < 3 начинается интенсивное влияние металлических стенок запредельного волновода на краевую емкость коаксиального резонатора, и будет получаться большая погрешность измерения ε′, особенно пластин малой толщины (пленочных материалов). Таким образом, радиус R запредельного волновода 4 должен превышать радиус r измерительного отверстия 2 на торце коаксиального резонатора не менее чем в 3 раза. A dielectric resonator in free space or on a metal plane is a weakly radiating system when excitations of oscillations in it in the region of the resonant frequency are generated. If the frequency of the exciting oscillation is significantly different from its resonant frequency, then in this case the dielectric resonator is a system with a large attenuation. An estimate of the resonant frequency of a dielectric resonator located on a metal base showed that with its diameter of 7 mm, with its thickness of 1 mm and with ε ′ = 100, it is about 33 GHz, and with a decrease in ε ′, the radius of the resonator and its thickness - increases (the assessment was based on the materials of the work: Cherny BS and others. The influence of a metal surface on the properties of an open dielectric microwave resonator // Bulletin of the USSR Universities - Radioelectronics, vol. XXI, 1978, 8, p. 52-59). The decrease in the radius of the dielectric resonator by changing the radius of the transcendental waveguide is limited by the appearing influence of its metal walls on the edge capacitance of the coaxial resonator. Figure 5 shows that when the ratio of radii R / r <3, the intense influence of the metal walls of the transverse waveguide on the edge capacitance of the coaxial resonator begins, and a large measurement error ε ′ will be obtained, especially for plates of small thickness (film materials). Thus, the radius R of the
Образованный на торце коаксиального резонатора из испытуемой пластины диэлектрический резонатор 10, имеющий резонансную частоту, значительно превышающую рабочую частоту измерения, препятствует распространению электромагнитной волны вдоль пластины в радиальном направлении от отверстия на торце. Перпендикулярно торцу коаксиального резонатора волна распространяться также не может, так как в запредельном для частоты измерения волноводе она интенсивно затухает. Например, для круглого запредельного волновода волна EO1 затухает на 20,9 дБ на длине, равной его радиусу. По этой же причине запредельный волновод исключает резонансные явления на торце коаксиального резонатора.The
Для образования диэлектрического резонатора фланец 6 запредельного волновода должен плотно без воздушного зазора прижиматься к испытуемой пластине. Не должно быть воздушного зазора и между торцом коаксиального резонатора и испытуемой пластиной. Плотность прижатия в устройстве на фиг.1 обеспечивается кольцом 7 из эластичного материала, через которое запредельный волновод связан с прижимом, причем даже в случае пластин с непараллельными сторонами. For the formation of a dielectric resonator, the
Несмотря на то что в качестве прижима испытуемых пластин используется запредельный волновод, в котором волна интенсивно затухает, наличие торцевой стенки 8 на конце запредельного волновода необходимо. Дело в том, что в нелинейном краевом поле коаксиального резонатора у измерительного отверстия 2 возбуждаются колебания высших типов. Волны высших типов, как и волны с частотой измерения, при наличии диэлектрического резонатора 10 в радиальном направлении вдоль пластины не распространяются. Так, например, в случае, когда их частота больше или меньше резонансной частоты диэлектрического резонатора, то в этом резонаторе они не возбуждаются. Если же частота хотя бы одной из волн высших типов находится вблизи резонансной частоты диэлектрического резонатора, то колебания в этом резонаторе возбуждаются, но не излучаются, так как он является слабоизлучающей системой. Но в запредельном волноводе 4 колебания высших типов у отверстия 2, находящегося на оси этого волновода, возбуждают волны высших типов. Они могут распространяться вдоль волновода 4, который для них не является запредельным, и если нет торцевой стенки 8, то они далее распространяются по коаксиальной линии с малым значением волнового сопротивления, образованной корпусом запредельного волновода 4 и стенкой отверстия в прижиме 9, и излучаются в свободное пространство через кольцо 7 из эластичного диэлектрического материала. Таким образом, без торцевой стенки 8 на краю запредельного волновода излучение из коаксиального резонатора не устраняется. Despite the fact that a transcendental waveguide is used as a clamp for the test plates, in which the wave is rapidly attenuated, the presence of the end wall 8 at the end of the transcendental waveguide is necessary. The fact is that in the nonlinear edge field of the coaxial resonator at the measuring
Излучение из отверстия коаксиального резонатора устраняется только при толщине испытуемых пластин h < 2r (эксперимент проводился при r = 1 мм), что подтверждают экспериментальные данные на фиг.4. По-видимому, необходимые параметры диэлектрического резонатора обеспечиваются только при его малой толщине. На фиг. 4 видно, что с увеличением толщины испытуемых пластин из фторопласта (кривая 1) и из слюды (кривая 3) в интервале h < r происходит уменьшение добротности коаксиального резонатора в соответствии с коэффициентом заполнения диэлектриком краевого поля у измерительного отверстия. При толщине испытуемых пластин в интервале r < h < 2r добротность коаксиального резонатора остается постоянной, как и величина Δf на фиг.2, т.е. в этом случае нет влияния на коаксиальный резонатор той части диэлектрика испытуемой пластины, которая находится вне краевого поля измерительного отверстия, и, следовательно, отсутствует излучение электромагнитной волны. При h > 2r с увеличением ε′ испытуемых пластин начинается все более быстрое уменьшение добротности коаксиального резонатора из-за возникающего излучения из его измерительного отверстия. В этом случае использование полученного значения добротности Qε для вычисления tgδ, как и в прототипе, будет приводить к значительной погрешности результата измерения. Но диэлектрические подложки толще 1,5-2 мм не используются в микроэлектронике и устройство можно применять для определения параметров ε′ и tgδ подложек интегральных схем на частотах более 4 ГГц. Расширяется также интервал измеряемых значений диэлектрической проницаемости испытуемых пластин.The radiation from the hole of the coaxial resonator is eliminated only when the thickness of the test plates h <2r (the experiment was carried out at r = 1 mm), which is confirmed by the experimental data in Fig. 4. Apparently, the necessary parameters of the dielectric resonator are provided only with its small thickness. In FIG. Figure 4 shows that with increasing thickness of the tested fluoroplastic plates (curve 1) and mica (curve 3) in the interval h <r, the Q factor of the coaxial resonator decreases in accordance with the fill factor of the edge field at the measuring hole by the dielectric. When the thickness of the test plates in the range r <h <2r, the quality factor of the coaxial resonator remains constant, as well as the value Δf in figure 2, i.e. in this case, there is no effect on the coaxial resonator of that part of the dielectric of the test plate that is outside the edge field of the measuring hole, and, therefore, there is no electromagnetic wave radiation. For h> 2r, as ε ′ of the tested plates increases, an ever faster decrease in the Q factor of the coaxial resonator begins due to the radiation arising from its measuring hole. In this case, the use of the obtained Q factor Q ε for calculating tanδ, as in the prototype, will lead to a significant error of the measurement result. But dielectric substrates thicker than 1.5-2 mm are not used in microelectronics and the device can be used to determine the parameters ε ′ and tanδ of integrated circuit substrates at frequencies of more than 4 GHz. The range of measured values of the dielectric constant of the test plates is also expanding.
Изобретение использовалось для неразрушающего локального измерения на частотах 9,3...10 ГГц тангенса угла потерь tgδ в интервале значений 10-6... 10-2, диэлектрической проницаемости ε′ в интервале значений 1...30, подложек интегральных схем произвольной толщины в интервале значений 0,03...2 мм с применением специальных методов измерения добротности сверхвысокочастотного резонатора и расчета ε′ и tgδ.еThe invention was used for non-destructive local measurement at frequencies of 9.3 ... 10 GHz of the tangent of the loss angle tanδ in the range of 10 -6 ... 10 -2 , dielectric constant ε 'in the range of 1 ... 30, substrates of integrated circuits of arbitrary thickness in the range of 0.03 ... 2 mm using special methods for measuring the quality factor of a microwave cavity and calculating ε ′ and tanδ.е
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001110890/09A RU2188433C1 (en) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | Microwave device for nondestructive measurements of electrophysical parameters of insulating materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001110890/09A RU2188433C1 (en) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | Microwave device for nondestructive measurements of electrophysical parameters of insulating materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2188433C1 true RU2188433C1 (en) | 2002-08-27 |
Family
ID=20248752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001110890/09A RU2188433C1 (en) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | Microwave device for nondestructive measurements of electrophysical parameters of insulating materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2188433C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2665357C1 (en) * | 2017-08-07 | 2018-08-29 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Electromagnetic wave in the shf devices slowing structures film local absorbers differential attenuation discrete measurement method with long-term interaction |
-
2001
- 2001-04-19 RU RU2001110890/09A patent/RU2188433C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДУВИНГ В.Г. Локальные измерения диэлектрической проницаемости и потерь подложек интегральных схем на СВЧ, Электронная техника, серия 1, 1984, вып.12, с.34-38. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2665357C1 (en) * | 2017-08-07 | 2018-08-29 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Electromagnetic wave in the shf devices slowing structures film local absorbers differential attenuation discrete measurement method with long-term interaction |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10067075B2 (en) | Biosensor with integrated antenna and measurement method for biosensing applications | |
| US11079339B2 (en) | Biosensor with integrated antenna and measurement method for biosensing applications | |
| US7173435B1 (en) | Thickness measuring apparatus and method using a microwave cavity resonator | |
| Varadan et al. | In situ microwave characterization of nonplanar dielectric objects | |
| Alahnomi et al. | Microwave planar sensor for permittivity determination of dielectric materials | |
| JP2004045262A (en) | Method for measuring complex dielectric constant using resonator, and instrument for executing the method | |
| RU2188433C1 (en) | Microwave device for nondestructive measurements of electrophysical parameters of insulating materials | |
| Dvorsky et al. | Microwave surface conductivity measurement using an open-ended circular waveguide probe | |
| CN113848217B (en) | Crack detection device and method based on coplanar integrated mirror image dielectric waveguide | |
| EP3985349A1 (en) | Device and method for measuring thickness of a dielectric layer on a metal surface | |
| RU2713162C1 (en) | Method of determining dielectric permeability of material | |
| JP3532069B2 (en) | How to measure surface resistance | |
| JP5428085B2 (en) | Measuring method of electromagnetic characteristics | |
| JP2004117220A (en) | Dielectric constant measuring method | |
| JP2006300856A (en) | Dielectric characteristic measuring method of dielectric thin film | |
| RU2249178C2 (en) | Super-high frequency method of measurement of dielectric permeability and thickness of dielectric plates | |
| JP2004226379A (en) | Dielectric resonator and electric physical property value measurement method | |
| RU2521722C1 (en) | Measuring device of physical parameters of object | |
| JP4428232B2 (en) | Dielectric constant measuring apparatus and dielectric constant measuring method using the same | |
| SU824081A1 (en) | Method of measuring electric field strength absolute values | |
| RU2247400C1 (en) | Device for measurement of complex permittivity of low- impedance materials at microwave frequencies | |
| Matveichuk | Waveguide-dielectric resonator method for accurate measurement of parameters of materials at high frequencies | |
| JP2006266944A (en) | Dielectric property measuring method, and dielectric property measuring tool | |
| RU2634090C1 (en) | Physical features of substance in flux measuring device | |
| SU1720032A1 (en) | Liquid permittivity sensing cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040420 |