設計用介電常數的表征方法考察與分析

朱泳名 葛 鷹

（國家電子電路基材工程技術研究中心，廣東，東莞 523808）

0 前言

介電常數（Dielectric Constant，以下簡稱Dk）在IPC-TM650中的測試方案有十種類繁多，覆蓋的頻率范圍也從赫茲（Hz）到千兆赫茲（GHz），但這些方法測試所得到的Dk也一直受到PCB廠家、終端設計廠家的質疑很多時候如果直接使用該Dk值來進行阻抗或相位設計時，都無法得到一個正確的目標結果，導致PCB廠家和終端需要使用阻抗反推甚至是試錯的實驗方法來得到一個可以最終使用的Dk，所以在前端進行設計Dk的考察還是很有意義的。

1 設計Dk的定義

與傳統的Dk定義不一樣，設計Dk不僅表現了材料本身介電常數的固有特性，還將搭配材料所使用的銅箔對介電常數的影響也歸結到介電常數之中，所以設計Dk的值相比于Dk（基于IPCTM650-2.5.5.9[1]方法的測試結果）來說都是會偏高一些。這也正是設計Dk的定義，即體現實際設計應用時的Dk。

2 設計Dk的實驗方案

目前業內主流的設計Dk思路都是從實際應用出發，依照傳輸線原理先加工成PCB（印制電路板），然后再通過測量PCB線路的諧振或者相位來進行Dk反推。本文就基于微帶線諧振環法和差分相位法兩種形式來進行具體分析。

2.1 諧振環法

諧振環法的原理接近于帶狀線測試方法（IPC-TM650-2.5.5.5[2]），但它將諧振電路做成了環狀，這樣有利于減小耦合位置的邊沿效應[3]。典型的諧振環電路（如圖1）。

圖1 諧振環電路

圖1中：

W：表示設計傳輸線線寬

S：表示耦合間距

r1：表示諧振環內徑

r2：表示諧振環外徑

根據半波長諧振原理[4]，可得到諧振環的設計Dk計算公式見式（1）、式（2）。……