Iec 61189 2 721 2015

I E C 61 -2 -7 ® Edition 201 5-04 I N TE RN ATI ON AL S TAN D ARD N ORM E I N TE RN ATI ON ALE colour i n sid e Tes t m eth od s for el ectri cal m ate ri al s, pri n te d board s an d oth er i n tercon n e cti on s tru ctu res an d ass em bl i es – P art -72 : Tes t m e th od s for m ate ri al s for i n te rcon n ecti on s tru ctu res – M eas u rem e n t of re l ati ve perm i tti vi ty an d l os s tan g en t for coppe r cl ad l am i n ate at m i crowave freq u en cy u s i n g s pl i t pos t d i el e ctri c res on ator M éth od e s d ' ess pou r l es m atéri au x él e ctri q u e s , l e s cartes i m pri m é es e t au tres s tru ctu res d ' i n tercon n e xi on e t en s em bl e s – P arti e -7 : M é th od es d ' es sai d es m atéri au x pou r s tru ctu res d ' i n te rcon n exi on – M es u re d e l a perm i tti vi té re l ati ve et d e l a tan g e n te d e perte pou r l es s trati fi és recou ve rts d e cu i vre en h ype rfré q u e n ces l ' d e d ' u n rés on ateu r d i él ectri q u e IEC 61 89-2-721 :201 5-04(en-fr) en an n eau x fe n d u s T H I S P U B L I C AT I O N I S C O P YRI G H T P RO T E C T E D C o p yri g h t © I E C , G e n e v a , S wi tz e rl a n d All rights reserved Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either IEC or IEC's member National Committee in the country of the requester If you have any questions about I EC copyright or have an enquiry about obtaining additional rights to this publication, please contact the address below or your local I EC member National Committee for further information Droits de reproduction réservés Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'IEC ou du Comité national de l'IEC du pays du demandeur Si vous avez des questions sur le copyright de l'IEC ou si vous désirez obtenir des droits supplémentaires sur cette publication, utilisez les coordonnées ci-après ou contactez le Comité national de l'IEC de votre pays de résidence IEC Central Office 3, rue de Varembé CH-1 21 Geneva 20 Switzerland Tel.: +41 22 91 02 1 Fax: +41 22 91 03 00 info@iec.ch www.iec.ch Ab ou t th e I E C The I nternational Electrotechnical Commission (I EC) is the leading global organization that prepares and publishes I nternational Standards for all electrical, electronic and related technologies Ab o u t I E C p u b l i ca ti o n s The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC Please make sure that you have the latest edition, a corrigenda or an amendment might have been published I E C Catal og u e - webstore i ec ch /catal og u e The stand-alone application for consulting the entire bibliographical information on IEC International Standards, Technical Specifications, Technical Reports and other documents Available for PC, Mac OS, Android Tablets and iPad I E C pu bl i cati on s s earch - www i ec ch /search pu b The advanced search enables to find IEC publications by a variety of criteria (reference number, text, technical committee,…) It also gives information on projects, replaced and withdrawn publications E l ectroped i a - www el ectroped i a org The world's leading online dictionary of electronic and electrical terms containing more than 30 000 terms and definitions in English and French, with equivalent terms in additional languages Also known as the International Electrotechnical Vocabulary (IEV) online I E C G l os sary - s td i ec ch /g l oss ary More than 60 000 electrotechnical terminology entries in English and French extracted from the Terms and Definitions clause of IEC publications issued since 2002 Some entries have been collected from earlier publications of IEC TC 37, 77, 86 and CISPR I E C J u st Pu bl i s h ed - webstore i ec ch /j u stpu bl i sh ed Stay up to date on all new IEC publications Just Published details all new publications released Available online and also once a month by email I E C C u stom er S ervi ce C en tre - webstore i ec ch /csc If you wish to give us your feedback on this publication or need further assistance, please contact the Customer Service Centre: csc@iec.ch A propos d e l 'I E C La Commission Electrotechnique I nternationale (IEC) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des Normes internationales pour tout ce qui a trait l'électricité, l'électronique et aux technologies apparentées A propos d es pu bl i cati on s I E C Le contenu technique des publications IEC est constamment revu Veuillez vous assurer que vous possédez l’édition la plus récente, un corrigendum ou amendement peut avoir été publié Catal og u e I E C - webstore i ec ch /catal og u e Application autonome pour consulter tous les renseignements bibliographiques sur les Normes internationales, Spécifications techniques, Rapports techniques et autres documents de l'IEC Disponible pour PC, Mac OS, tablettes Android et iPad Rech erch e d e pu bl i cati on s I E C - www i ec ch /search pu b La recherche avancée permet de trouver des publications IEC en utilisant différents critères (numéro de référence, texte, comité d’études,…) Elle donne aussi des informations sur les projets et les publications remplacées ou retirées E l ectroped i a - www el ectroped i a org Le premier dictionnaire en ligne de termes électroniques et électriques Il contient plus de 30 000 termes et définitions en anglais et en franỗais, ainsi que les termes ộquivalents dans langues additionnelles Egalement appelé Vocabulaire Electrotechnique International (IEV) en ligne G l oss re I E C - s td i ec ch /g l ossary Plus de 60 000 entrộes terminologiques ộlectrotechniques, en anglais et en franỗais, extraites des articles Termes et Définitions des publications IEC parues depuis 2002 Plus certaines entrées antérieures extraites des publications des CE 37, 77, 86 et CISPR de l'IEC I E C J u st Pu bl i s h ed - webstore i ec ch /j u stpu bl i s h ed Restez informé sur les nouvelles publications IEC Just Published détaille les nouvelles publications parues Disponible en ligne et aussi une fois par mois par email S ervi ce Cl i en ts - webstore i ec ch /csc Si vous désirez nous donner des commentaires sur cette publication ou si vous avez des questions contactez-nous: csc@iec.ch I E C 61 -2 -7 ® Edition 201 5-04 I N TE RN ATI ON AL S TAN D ARD N ORM E I N TE RN ATI ON ALE colour i n sid e Te s t m eth od s for el ectri cal m ate ri al s, pri n ted board s an d oth er i n tercon n ecti on s tru ctu res an d ass em bl i e s – P art -72 : Te s t m eth od s for m ateri al s for i n te rcon n ecti on s tru ctu res – M eas u re m en t of re l ati ve perm i tti vi ty an d l os s tan g en t for copper cl ad l am i n ate at m i crowave fre q u en cy u s i n g s pl i t pos t d i el ectri c res on ator M éth od es d ' ess pou r l e s m atéri au x él e ctri q u es , l es cartes i m pri m ées et au tres s tru ctu res d ' i n tercon n exi on et en s e m bl e s – P arti e -7 : M éth od es d ' es sai d es m atéri au x pou r s tru ctu res d ' i n te rcon n exi on – M es u re d e l a perm i tti vi té re l ati ve et d e l a tan g en te d e pe rte pou r l es s trati fi és re cou verts d e cu i vre e n h yperfré q u en ces l ' d e d ' u n ré s on ateu r d i é l ectri q u e en an n eau x fen d u s INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE ICS 31 80 ISBN 978-2-8322-2648-3 Warn i n g ! M ake s u re th at you obtai n ed th i s p u b l i ca ti on from an au th ori zed d i stri b u tor Atten ti on ! Veu i l l ez vou s ass u rer q u e vou s avez obten u cette pu bl i cati on vi a u n d i stri b u teu r ag ré é ® Registered trademark of the International Electrotechnical Commission –2– I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 CONTENTS FOREWORD Scope Test specim ens Specimen size 2 Preparation Marking Thickness Equipm ent/apparatus General Vector network anal yzer (VNA) 3 SPDR test fixture 3 General 3 Param eters 3 Frequency Verify unit Micrometer Circulating oven Test chamber Procedure Preconditioning Testing of relative perm ittivity and loss tangent at room tem perature Test conditions 2 Preparation Fixture 4 Connection to VNA VN A parameter Frequency and Q-factor without specim en Microm eter Setting the specim en Frequency and Q-factor with specim en Comparison 1 Calculation 1 2 Change the specim en Change in test frequency Testing of relative perm ittivity and loss tangent at variable temperatures Test conditions Preparation 3 Fixture 4 Connection to VNA VN A parameter Tem perature in the cham ber Frequency and Q-factor without specim en Microm eter Setting of the specim en Frequency and Q-factor with specim en 1 Calculation I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 –3– Options 3 Thermal coefficient 4 Change in test frequency Report At room tem perature At variable tem perature Additional inform ation Accuracy Maintenance Matters to be attended Additional inform ation concerning fixtures and results Additional inform ation on Kε ( ε r , h ) and p es Annex A (informative) Exam ple of test fixture and test result A Example of test fixture A Example of test result Annex B (informative) Additional information on Kε ( ε r, h ) and p es Bibliograph y 22 Figure – Scheme of SPDR test fixture Figure – Component diagram of test system Figure – Scheme of the change of resonance frequency with or without the specim en Figure A – Test fixture Figure A – Relative permittivity versus frequency (lam inate of Dk 3, and thickness 0, 51 mm ) Figure A – Loss tangent versus frequency (lam inate of Dk 3, and thickness 0, 51 m m) Figure A – Curve of relative perm ittivity and loss tangent at variable temperatures (lam inate of Dk 3, and thickness 0,51 m m) Figure B – Kε ( ε r , h ) versus relative perm ittivity at different sam ple thicknesses Figure B – Distribution of the electric field of the split dielectric resonator (side view of the dielectric resonators) 20 Figure B – Distribution of the electric field of the split dielectric resonator (top view between the dielectric resonators) 21 Figure B – p es versus relative perm ittivity at different sample thicknesses 21 Table – Specim en dimensions Table – SPDR test fixture’s parameter Table B – Results of measurem ents of different materials using a GH z SPDR 20 –4– I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 INTERNATI ONAL ELECTROTECHNI CAL COMMISSI ON T E S T M E T H O D S F O R E L E C T RI C AL M AT E RI AL S , P RI N T E D B O ARD S AN D O T H E R I N T E RC O N N E C T I O N S T RU C T U R E S AN D AS S E M B L I E S – P a rt -7 : T e s t m e t h o d s fo r m a te ri a l s fo r i n te rc o n n e c ti o n s tru c tu re s – M e a s u re m e n t o f re l a ti ve p e rm i t ti vi t y a n d l o s s ta n g e n t fo r c o p p e r c l a d l a m i n a te a t m i c ro w a ve fre q u e n c y u s i n g s p l i t p o s t d i e l e c tri c re s o n a to r FOREWORD ) The I nternati on al Electrotechni cal Comm ission (I EC) is a worl d wid e organization for stan dardization com prisin g all n ation al el ectrotechnical comm ittees (I EC National Comm ittees) The object of I EC is to prom ote internati onal co-operation on all questions concerni ng stand ardi zati on in the el ectrical an d electronic fields To this end and in additi on to other acti vities, I EC publish es I nternational Stan dards, Techn ical Specifications, Technical Reports, Publicl y Avail abl e Specificati ons (PAS) an d Gu ides (h ereafter referred to as “I EC Publication(s)”) Thei r preparation is entrusted to technical comm ittees; any I EC National Comm ittee interested in the subj ect dealt with m ay partici pate in this preparatory work I nternational, governm ental an d n on governm ental organ izations l iaising with th e I EC also participate i n this preparation I EC collaborates closel y with the I ntern ational Organi zation for Stand ardization (I SO) in accordance with ditions determ ined by agreem ent between th e two organi zati ons 2) The form al decisions or ag reem ents of I EC on tech nical m atters express, as n early as possible, an i nternati onal consensus of opi nion on the rel evant subjects since each technical com m ittee has representati on from all interested I EC N ational Com m ittees 3) I EC Publications have the form of recomm endations for intern ational use an d are accepted by I EC National Com m ittees in that sense While all reasonable efforts are m ade to ensure that the tech nical content of I EC Publications is accu rate, I EC cann ot be h eld responsi ble for th e way in which th ey are used or for an y m isinterpretation by an y en d u ser 4) I n order to prom ote intern ational u niform ity, I EC National Com m ittees und ertake to apply I EC Publications transparentl y to the m axim um extent possible i n their national an d regi on al publicati ons Any d ivergence between an y I EC Publication and the correspondi ng national or regi on al publicati on sh all be clearl y in dicated in the latter 5) I EC itself d oes n ot provi de an y attestation of conform ity I n depend ent certificati on bodies provi de conform ity assessm ent services and, in som e areas, access to I EC m arks of conform ity I EC is not responsi ble for an y services carri ed out by ind ependent certification bodi es 6) All users shou ld ensure that they h ave the l atest editi on of thi s publicati on 7) No liability shall attach to I EC or its directors, em ployees, servants or ag ents inclu din g in divi dual experts an d m em bers of its tech nical com m ittees and I EC Nati on al Com m ittees for any person al i nju ry, property d am age or other dam age of any n ature whatsoever, wheth er di rect or indirect, or for costs (includ i ng leg al fees) and expenses arisi ng out of the publ ication, use of, or relian ce upon, this I EC Publicati on or any other I EC Publications 8) Attention is drawn to th e N orm ative references cited in th is publ ication Use of the referenced publ ications is indispensable for the correct applicati on of this publication 9) Attention is drawn to the possibility that som e of the elem ents of this I EC Publication m ay be the su bject of patent rig hts I EC shall not be held responsibl e for identifyi ng any or all such patent ri ghts I nternational Standard I EC 61 89-2-721 has been prepared by I EC technical comm ittee 91 : Electronics assem bl y technology The text of this standard is based on the following docum ents: FDI S Report on votin g 91 /1 246/FDI S 91 /1 258/RVD Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on voting indicated in the above table I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 –5– A list of all parts in the I EC 61 89 series, published under the general title Test methods for electrical materials, printed boards and other interconnection structures and assemblies , can be found on the I EC website Future standards in this series will carry the new general title as cited above Titles of existing standards in this series will be updated at the time of the next edition This publication has been drafted in accordance with the I SO/I EC Directives, Part The committee has decided that the contents of this publication will rem ain unchanged until the stability date indicated on the I EC website under "http: //webstore iec ch" in the data related to the specific publication At this date, the publication will be • • • • reconfirm ed, withdrawn, replaced by a revised edition, or amended I M P O R T AN T – T h e ' c o l o u r i n s i d e ' th at it tai n s u n d e rs t a n d i n g c o l o u r p ri n t e r of c o l o u rs i ts wh i c h c o n te n ts l og o a re U s e rs on th e co ve r p ag e o f th i s c o n s i d e re d sh ou l d to t h e re fo re be p u b l i c a ti o n u s e fu l p ri n t th i s fo r i n d i c ate s th e d o cu m en t c o rre c t u sin g a –6– I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 T E S T M E T H O D S F O R E L E C T RI C AL M AT E RI AL S , P RI N T E D B O ARD S AN D O T H E R I N T E RC O N N E C T I O N S T RU C T U R E S AN D AS S E M B L I E S – P a rt -7 : T e s t m e t h o d s fo r m a te ri a l s fo r i n te rc o n n e c ti o n s tru c tu re s – M e a s u re m e n t o f re l a ti ve p e rm i t ti vi t y a n d l o s s ta n g e n t fo r c o p p e r c l a d l a m i n a te a t m i c ro w a ve fre q u e n c y u s i n g s p l i t p o s t d i e l e c tri c re s o n a to r S cop e This part of I EC 61 89 outlines a way to determine the relative perm ittivity ( ε r) and loss tangent (tan δ ) (also called dielectric constant ( Dk) and dissipation factor ( Df) ) of copper clad lam inates at microwave frequencies (from , GH z to 20 GH z) using a split post dielectric resonator (SPDR) This part of I EC 61 89 is applicable to copper clad lam inates and dielectric base materials 2 Te s t s p e ci m e n s S p e ci m en si ze The size of the specim en shall be larger than the internal diameter D of the metal enclosures, and the maximum thickness of the specim en shall be smaller than the distance h g between the m etal enclosures of the fixture (See Figure ) Z Support D Dielectric resonators L hg hr Coupling loop Sample dr Metal enclosure Ke y distance between the metal enclosures of the fi xtu re; internal diameter of the metal enclosures; L internal height of the metal enclosures; dr diameter of the dielectric resonator; hg D hr thickness of the dielectric resonator F i g u re – S c h e m e o f S P D R t e s t fi xt u re IEC I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 –7– Three specim ens for the test at room temperature and one specimen for the test at variable temperatures are required for each SPDR test fixture for this test Table shows the supported specimen dimensions Table – Specimen dimensions SPDR test fixture’ s nominal frequ ency Supported specimen sizes M aximum thickness of speci mens GHz mm mm ,1 50 × 50 6, 80 × 80 3, to 80 × 80 2, to 80 × 80 0, to 50 × 35 0, to 20 15 × 15 0, I f applicable, a specim en size different from those given in Table can be used For example, specimen size “1 30 mm × 30 mm ” can be used for , GH z 2.2 Preparation Copper clad lam inates shall have all copper cladding rem oved by etching, and shall be thoroughly cleaned 2.3 M arking Mark each specimen in the upper left corner with an engraving pencil or other suitable method 2.4 Thickness Within the limits of the test fixture, the thicker the specimen is, the less error occurs in the measurem ents Thin specimen can be stacked up to a m inim um of 0,4 mm to im prove measurem ent accuracy NOTE Air gaps between the sam ple and fi xtu re d o not affect the m easurem ent 3.1 Equipment/apparatus General The com ponent diagram of the test system is shown in Figure –8– Room temperature test I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 Variable temperature test VNA VNA Envi ronmental test chamber SPDR test fi xture Sample Sample SPDR test fi xture IEC Figure – Component diagram of test system 3.2 Vector network analyzer (VN A) The following values are required : a) The frequency range of VNA shall be 500 MH z to 20 GH z b) The d ynam ic range of VN A shall be m ore than 60 dB 3.3 3.3.1 SPDR test fixture General Figure shows the scheme of SPDR test fixture 3.3.2 Parameters Table shows the typical relationship between the SPDR test fixture’s nom inal frequency and and D hg 3.3.3 Frequency For different test frequencies, use a corresponding SPDR test fixture of nom inal frequency – 32 – I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 d'essai SPDR avec une fréquence nominale de GH z La taille d'éprouvette prise en charge est de 80 mm × 80 mm et l'épaisseur maximale est inférieure 0, mm 4.2.4 Connexion au VN A Connecter l'appareil d'essai SPDR au VN A L'appareil d'essai doit être maintenu l'horizontale 4.2.5 Paramètres du VN A Se reporter aux instructions du fabricant et la fréquence nominale de l'appareil SPDR pour définir les paramètres du VN A 4.2.6 Fréquence et facteur de surtension sans éprouvette Mesurer les valeurs de fréquence de résonance ( f0 ) et de facteur de surtension ( Q ) du résonateur vide 4.2.7 Micromètre Utiliser un micromètre pour m esurer l'épaisseur de l'éprouvette, enregistrée com me h 4.2.8 Réglage de l'éprouvette I nsérer l'éprouvette dans l'appareil d'essai La face com portant le m arquage est tournée vers le haut et le bord de cette face doit être aligné au bord de l'appareil 4.2.9 Fréquence et facteur de surtension avec éprouvette Mesurer les valeurs de fréquence de résonance ( fs ) et de facteur de surtension ( Q s ) du résonateur contenant l'éprouvette 4.2.1 Comparaison Amplitude de résonance Un schém a m ontrant le changem ent de fréquence de résonance avec ou sans éprouvette est présenté la Figure Résonateur vide Résonateur conten ant l'éprou vette fS f0 Fréquence de résonance IEC Figure – Schéma montrant le changement de fréquence de résonance avec ou sans éprouvette I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 4.2.1 4.2.1 1 – 33 – Calcul Généralités Calcul de la permittivité relative et de la tangente de perte température am biante La permittivité relative et la tangente de perte température ambiante doivent être calculées comm e énoncé ci-après I l convient d'utiliser le logiciel inform atique procuré par le fournisseur d'équipem ent pour effectuer les calculs 4.2.1 Permittivité relative La permittivité relative ( ε r) doit être calculée l'aide de l'Equation (1 ): εr = + f0 − fs hf0 Kε (ε r , h ) (1 ) où εr h f0 fs Kε ( ε r, h ) 4.2.1 est la perm ittivité relative; est l'épaisseur de l'éprouvette soum ise l'essai, en m m; est la fréquence de résonance de l'appareil SPDR vide; est la fréquence de résonance du résonateur avec éprouvette diélectrique; est une fonction de ε r et h Pour une cavité résonante fixe, il convient d'identifier au préalable ses paramètres ph ysiques (taille, ε r des résonateurs diélectriques) Kε ( ε r, h ) est précalculé et évalué par simulation de cham ps électrom agnétiques l'aide de la m éthode Rayleigh-Ritz stricte Placer dans l'Equation (1 ) les valeurs de fréquence SPDR vide ( f0 ), de fréquence de résonance avec éprouvette diélectrique ( fs ) et d'épaisseur de l'éprouvette ( h ) soum ise l'essai Entrer une valeur arbitraire similaire la permittivité relative de l'échantillon et utiliser un algorithm e d'approximation successive Après plusieurs itérations, arrêter le calcul lorsque l'erreur relative des deux dernières valeurs de perm ittivité relative calculées est inférieure 0, % La dernière donnée calculée est considérée comme valeur de la permittivité relative de l'éprouvette Des inform ations complém entaires sont données l'Annexe B Tangente de perte La tangente de perte doit être calculée conformément l'Equation (2): tan δ où tan δ Qs Qc QDR p es = (QS −1 − QDR −1 − QC −1 ) p es (2) est la tangente de perte; est le facteur de surtension vide de l'appareil résonant contenant l'éprouvette; est le facteur de surtension dépendant des pertes m étalliques pour l'appareil résonant contenant l'éprouvette; est le facteur de surtension dépendant des pertes diélectriques dans les poteaux diélectriques pour l'appareil contenant l'éprouvette; est le facteur de remplissage en énergie électromagnétique de l'éprouvette Après avoir identifié les param ètres ph ysiques de la cavité résonante, le facteur de remplissage en énergie électrom agnéti que p es peut être déterm iné par sim ulation de champs électromagnétiques Pour une cavité résonante fixe, p es est la valeur constante Des inform ations complém entaires sont données l'Annexe B – 34 – 4.2.1 I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 Changement d'éprouvette Mesurer les deux autres éprouvettes en répétant les étapes 4.2 1 4.2.1 Changement de fréquence d'essai Si une autre fréquence d'essai est sélectionnée, changer d'appareil d'essai SPDR conformément la fréquence d'essai Puis répéter les étapes 2.3 2 4.3 4.3.1 Essais de permittivité relative et de tangente de perte températu re variable Conditions d'essai Il convient que la tem pérature am biante d'essai soit de (23 variations ne dépassent pas °C au cours de l'essai 4.3.2 ± 2) °C I l convient que les Préparation Laisser le VN A se réchauffer pendant au m oins 30 m inutes 4.3.3 Appareil Sélectionner un appareil d'essai SPDR conforme la fréquence d'essai La taille et l'épaisseur de l'éprouvette doivent respecter les exigences spécifiées au Tableau Par exem ple, si la fréquence d'essai est de GH z, il convient de sélectionner un appareil d'essai SPDR avec une fréquence nominale de GH z La taille d'éprouvette prise en charge est de 80 m m × 80 mm et l'épaisseur maximale est inférieure 0, mm 4.3.4 Connexion au VN A Connecter l'appareil d'essai SPDR au VN A L'appareil d'essai doit être maintenu l'horizontale dans la chambre d'essai 4.3.5 Paramètres du VN A Se reporter aux instructions du fabricant et la fréquence nom inale de l'appareil SPDR pour définir les paramètres du VN A 4.3.6 Température de la chambre d'essai Régler la température d'essai de la cham bre d'essai U ne fois la tem pérature d'essai ( T) atteinte, la m aintenir pendant au m oins m in 4.3.7 Fréquence et facteur de surtension sans éprouvette Mesurer les valeurs de fréquence de résonance f0 ( T) et de facteur de surtension résonateur vide Q ( T) du I l convient que la crête de résonance se situe entre –40 dB et –45 dB Tout en la m aintenant sym étrique, aj uster la position des boucles de couplage pour atteindre une valeur appartenant cet intervalle Lors de la mesure du facteur de surtension, il convient d'aj uster la plage de fréquences du VN A afin qu'elle soit com prise entre 1 % et 200 % de la largeur totale la moitié de la valeur m axim ale de la courbe de résonance 4.3.8 M icromètre Utiliser un m icrom ètre pour mesurer l'épaisseur de l'éprouvette, et enregistrer comme h I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 4.3.9 – 35 – Réglage de l'éprouvette La chambre d'essai doit revenir température ambiante I nsérer l'éprouvette dans l'appareil d'essai La face comportant le marquage est tournée vers le haut et le bord de cette face doit être aligné au bord de l'appareil 4.3.1 Fréquence et facteur de surtension avec éprouvette Répéter l'étape Mesurer les valeurs de fréquence de résonance fs ( T) et de facteur de surtension Qs ( T) du résonateur contenant l'éprouvette la température T Lors de la mesure du facteur de surtension, il convient d'aj uster la plage de fréquences du VN A afin qu'elle soit com prise entre 1 % et 200 % de la largeur totale la moitié de la valeur maximale de la courbe de résonance 4.3.1 Calcul Suivre l'étape 1 , savoir calculer la perm ittivité relative Dk( T) et la tangente de perte Df( T) la température T 4.3.1 Options Si une autre température d'essai est sélectionnée, répéter les étapes 1 4.3.1 Coefficient thermique 4.3.1 3.1 Généralités Coefficient therm ique de la permittivité relative et coefficient therm ique de la tangente de perte 4.3.1 3.2 Permittivité relative Le coefficient thermique de la permittivité relative ε r (form e raccourcie de TCε r) correspond au taux de variation de la permittivité relative en cas de changement de tem pérature L'unité de TCε r est -6 /°C En règle générale, la permittivité relative d'une éprouvette sa température de référence Tref de 23 °C est utilisée comm e permittivité relative de référence Dk( Tref) Pour la tem pérature T, TCε r doit être calculé conform ément l'Equation (3): TCε r = Dk(T ) − Dk(Tref ) (T − Tref ) × Dk(Tref ) (3) ó TCε r T Tref Dk( T) Dk( Tref) est est est est est 4.3.1 3.3 Tangente de perte le la la la la coefficient thermique de ε r, en -6 /°C; température d'essai, en °C; température de référence, en °C; permittivité relative la tem pérature T; permittivité relative la tem pérature Tref Le coefficient thermique de tan δ ( TC tan δ ) correspond au taux de variation de la tangente de perte en cas de changement de température (pour °C de plus ou de m oins) L'unité de TC tan δ est –6 /°C En règle générale, la tangente de perte d'une éprouvette la température de référence Tref de 23 °C est utilisée com me tangente de perte de référence Df( Tref) Pour une tem pérature T, TC tan δ est calculé conformém ent l'Equation (4) – 36 – TC tan δ = I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 Df (T ) − Df (Tref ) (T − Tref ) × Df (Tref ) (4) où TC tan δ T Tref Df( T) Df( Tref) 4 est est est est est le la la la la coefficient therm ique de tan δ , en ppm /°C; tem pérature d'essai, en °C; tem pérature de référence, en °C; tangente de perte la température T; tangente de perte la température Tref C h a n g e m e n t d e fré q u e n c e d ' e s s a i Si une autre fréquence d'essai est sélectionnée, changer d'appareil d'essai SPDR conform ément la fréquence d'essai Puis répéter les étapes 3 3 5 Ra p p o rt A t e m p é t u re a m b i a n t e Pour les essais tem pérature ambiante, m ettre les éléments suivants dans le rapport: a) environnement d'essai (température, humidité); b) fréquence d'essai; c) valeurs et valeurs m oyen nes de la permittivité relative et tangente de perte la fréquence d'essai; d) préconditionnement de l'éprouvette; e) toute anom alie au cours de l'essai ou toute variation par rapport la présente m éthode d'essai A t e m p é t u re v a ri a b l e Pour les essais tem pérature variable, m ettre les éléments suivants dans le rapport: a) tem pérature d'essai ( T) et température de référence ( Tref); b) fréquence d'essai; c) Dk( T) et Df( T) température d'essai ( T); d) TCε r et TC tan δ ; e) Dk( Tref) et Df( Tref); f) si plusieurs températures d'essai sont utilisées, indiquer le diagramme en courbes de permittivité relative et de tangente de perte conform ément aux variations de température; g) préconditionnem ent de l'éprouvette; h) toute anomalie au cours de l'essai ou toute variation par rapport la présente méthode d'essai 6 I n fo rm a t i o n s c o m p l é m e n t a i re s P ré c i s i o n Précision des m esures d'un échantillon d'épaisseur h Mesure de la permittivité: ∆ ε /ε = ± (0, 001 + ∆ h / h ) I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 Tangente de perte: utiliser ∆ tan δ – 37 – = ± × − ou ± 0,03 tan δ , la valeur la plus élevée étant celle M n te n an ce Nettoyer régulièrement les têtes d'essai, les matériaux normalisés et les appareils E l é m e n t s p re n d re e n co m p te Pour éviter d'endomm ager l'appareil d'essai lors des essais tem pérature variable, vérifier régulièrem ent le système d'essai l'aide d'un échantillon de référence norm alisé Par exem ple, le quartz monocristallin est utilisé comm e échantillon de référence normalisé d'une épaisseur de 0, mm L'écart de la m esure de la permittivité relative entre le résultat d'essai et la valeur nominale de l'échantillon de référence normalisé doit être inférieur ± 0, %, et l'écart de la m esure de la tangente de perte doit être inférieur ± × −5 I n fo rm a t i o n s c o m p l é m e n t a i re s re l a t i v e s a u x a p p a re i l s e t a u x ré s u l t a t s Un exem ple d'appareil d'essai et de résultats d'essai est donné l'Annexe A I n fo rm a t i o n s c o m p l é m e n t a i re s re l a t i v e s Kε ( ε , h ) r et p es Des informations complémentaires relatives Kε ( ε r, h ) et p es sont données l'Annexe B – 38 – I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 Annexe A (informative) Exemple d'appareil d'essai et de résultats d'essai A.1 Exemple d'appareil d'essai La Figure A fournit une photo d'un appareil SPDR de GH z Utiliser un adaptateur femelle / fem elle de 3, mm pour connecter le câble coaxial et l'appareil d'essai SPDR Un appareil SPDR est doté d'une boucle de couplage ses deux extrémités afin d'ajuster le coefficient de couplage L'épaisseur m aximale de l'éprouvette est de mm pour cet appareil Boucle de couplage Marquage Boucle de couplage IEC Figure A.1 – Appareil d'essai A.2 Exemple de résultats d'essai La Figure A et la Figure A.3 illustrent la mesure type de la perm ittivité relative et de la tangente de perte en h yperfréquences (entre , GH z et GH z) pour un stratifié recouvert de cuivre d'une permittivité relative ( ε r) de 3, La Figure A m ontre un diagramme en courbes de la permittivité relative et de la tangente de perte des températures variables (entre –1 25 °C et 1 °C) pour un stratifié recouvert de cuivre d'une perm ittivité relative ( ε r) de 3, Permittivité relative I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 – 39 – 4, DK 3, 3, 3, 3, 3, 3, 10 12 14 16 18 20 Fréquence, GH z IEC F i g u re A – P e rm i tti vi té rel ati ve s el o n l a fréq u en ce (s trati fi é d e 3, et , 51 m m d ' é pai s s eu r) Tangente de perte Dk 0, 01 Df 0, 009 0, 008 0, 007 10 12 14 16 18 20 Fréquence, GH z IEC F i g u re A – Tan g en te d e p e rte s e l on l a fréq u e n ce (s trati fi é d e 3, et , 51 m m d ' é pa i s s eu r) Dk I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 3, 92 0, 01 0, 01 3, 88 0, 01 3, 84 0, 008 0, 006 3, 80 0, 004 Dk 3, 76 0, 002 Df 3, 72 − 50 Tangente de perte Permittivité relative – 40 – − 00 − 50 50 Température, °C 00 0, 000 50 IEC Figure A.4 – Courbe de la permittivité relative et de la tangente de perte températures variables (stratifié de Dk 3,8 et 0,51 mm d'épaisseur) I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 – 41 – An n e xe B (informative) I n fo rm a ti o n s c o m p l é m e n ta i re s re l a t i ve s Kε ( ε , h ) r et p es Par définition, les valeurs de la fonction Kε ( ε r, h ) sont déterminées pour un appareil résonant spécifique et des valeurs fixes ε r et h , comm e indiqué ci-dessous: K ε (ε r , h ) = f−f (ε − ) hf s r (B ) Kε ( ε r, h ) La fonction Kε ( ε r, h ) est calculée et donne lieu un tableau pour chaque appareil SPDR Les fréquences de résonance exactes et les valeurs résultantes de Kε ( ε r, h ) sont calculées pour un nom bre de ε r et de h , puis notées sous form e de tableau L'interpolation a été utilisée pour calculer Kε ( ε r, h ) pour toutes les autres valeurs de ε r et h La valeur initiale de Kε ( ε r, h ) dans l'évaluation de la perm ittivité l'aide de l'Equation (1 ) est prise en com pte comm e valeur identique correspondante pour une valeur h donnée et ε r = Les valeurs suivantes de Kε ( ε r, h ) sont déterminées pour les valeurs constantes diélectriques suivantes obtenues lors de la procédure itérative Etant donné que Kε ( ε r, h ) est une fonction de ε r et h qui varie lentem ent, les itérations l'aide de l'Equation (1 ) convergent rapidement La Figure B.1 illustre la valeur Kε ( ε r, h ) selon la permittivité relative différentes épaisseurs d'échantillon pour un appareil SPDR de GH z 2, h = 0, mm 2, h = 0, mm 2, h = 0, mm 2, h = 0, mm 2, h = 0, mm 2, 10 12 14 εr IEC F i g u re B – Kε ( ε , h ) r s e l o n l a p e rm i t t i v i t é re l a t i v e d i ffé re n t e s é p a i s s e u rs d ' é c h a n t i l l o n Par définition, la valeur de p es est déterminée pour un appareil résonant spécifique et des valeurs fixes ε′ r et h , comm e indiqué ci-dessous: p es = h ε r′ K1 (ε r′ , h ) (B 2) – 42 – I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 où ε′ r h K1 ( ε′ r, h ) est la perm ittivité relative; est l'épaisseur de l'éprouvette, en m m; est une fonction de ε′ r et h La méthode Rayleigh-Ritz permet de calculer la valeur de p es pour une structure résonante spécifique Ces param ètres ont été calculés pour un nombre de h et de ε′ r Pour un appareil SPDR de GH z avec une structure résonante D = 6, mm , L = mm, dr = m m, h r = mm , h g = mm et une permittivité relative de résonateur diélectrique de 38, la distribution du com posant de champ électrique E dans le résonateur diélectrique fendu fonctionnant une fréquence nom inale (sans échantillon) de GH z est indiquée la Figure B et la Figure B La Figure B présente des valeurs de p es selon la perm ittivité relative différentes épaisseurs d'échantillon Pour un appareil SPDR de GH z avec différents échantillons, les paramètres sont fournis au Tableau B Tableau B.1 – Résultats des mesures de différents matériaux l'aide d'un appareil SPDR de GHz Dk Df Epaisseu r mm 2, 05 0, 000 0, 3, 0, 003 0, p es –4 8, × ,2 × –3 × –3 3, 0, 009 0, 3 4, 0, 01 0, 4, × –3 Kε ( ε r, h ) Qc QDR M atériau 2, 477 > 05 000 PTFE 2, 41 > 05 000 FR4 fai ble Dk 2, 364 > 05 000 FR4 fai ble perte 2, 332 > 05 000 FR4 sans h alogèn e IEC Figure B.2 – Distribution du champ électrique du résonateur diélectriqu e fendu (vue latérale des résonateurs diélectriques) I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 – 43 – IEC p es Figure B.3 – Distribution du champ électrique du résonateur diélectrique fendu (vue de dessus entre les résonateurs diélectriques) h 0, h = 0, mm 0, 01 h h = 0, mm = 0, mm = 0, mm -3 -4 20 40 60 80 00 Permitti vité relative IEC Figure B.4 – Valeurs de p es selon la permittivité relative différentes épaisseurs d'échantillon – 44 – I EC 61 89-2-721 : 201 © I EC 201 Bibliographie [1 ] Nishikawa, T.; Wakino, K ; Tanaka, H ; I shikawa, Y , "Dielectric Resonator Method for [2] Mazierska, J ; Krupka, J ; J acob, M.V.; Leden yov, D., "Complex permittivity Nondestructive Measurement of Complex Permittivity of Microwave Dielectric Substrates", M icrowave Conference, 990 20th European, vol , pp.501 -506, 990 measurements at variable temperatures of low loss dielectric substrates employing split post and single post dielectric resonators", Microwave Sym posium Digest, 2004 I EEE MTT-S I nternational, vol 3, pp.1 825-1 828, 2004 [3] Mazierska, J ; J acob, Mohan V ; Harring, A ; Krupka, J ; Barnwell, P ; Sims, T , "Measurements of loss tangent and relative permittivity of LTCC ceramics at varying temperatures and frequencies", J ournal of the European Ceramic Society, vol 23, issue 4, pp 261 –261 5, 2003 [4] Krupka, J ; Clarke, R N ; Rochard, O C ; Gregory, A P , "Split post dielectric resonator technique for precise measurements of laminar 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