Анализ диэлектрических потерь, температурного спектра диэлектрика и технологии испытаний импедансного температурного спектра керамических подложек

Керамическая подложка — это основной материал силовой электроники, радиочастотной связи и полупроводниковой упаковки. Его диэлектрические свойства и импедансные характеристики напрямую определяют эффективность передачи сигнала, термическую стабильность и долговременную надежность устройства. Диэлектрические потери, температурный спектр диэлектрика и температурный спектр импеданса являются ключевыми показателями для оценки электрических характеристик керамических подложек. Стандартизация и точность технологий тестирования имеют решающее значение для исследований и разработок материалов, оптимизации процессов и контроля качества.

Диэлектрические потери (tanδ) представляют собой степень потерь керамических подложек при преобразовании энергии в тепловую энергию в переменном электрическом поле. Это основной параметр для измерения характеристик материалов с низкими потерями. Испытание основано на GB/T 5594.4-2015, IEC 60250 и других стандартах, и обычно используются метод параллельных пластинчатых электродов и резонансный метод. Во время испытания подготовленный образец керамической подложки (гладкая поверхность, без трещин, равномерная толщина) помещается между электродами, прикладывается переменное электрическое поле определенной частоты (1 кГц ~ 1 МГц), значение емкости и значение потерь измеряются с помощью измерителя LCR или анализатора импеданса, а после преобразования получается значение тангенса угла диэлектрических потерь. В высокочастотных сценариях (например, в радиочастотных устройствах 5G) метод полоскового резонанса используется для проверки резонансной частоты и добротности с помощью сетевого анализатора для точного расчета диэлектрических потерь в микроволновом диапазоне частот.

Температурный спектр диэлектрика отражает изменения Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери зависят от температуры и являются основным тестом для оценки температурной стабильности керамических подложек. Испытательная система состоит из блока контроля высоких и низких температур, модуля диэлектрических испытаний и системы сбора данных. Процесс испытания включает в себя: предварительную обработку образца (очистка, сушка, устранение влияния влаги и примесей), подготовку электродов (вакуумное испарение серебряных электродов или нанесение проводящей пасты), калибровку температуры (калибровка датчика с помощью стандартного образца), а затем фиксацию частоты (например, 10 кГц, 100 кГц), нагрев/охлаждение с постоянной скоростью в заданном диапазоне температур, одновременный сбор данных о диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерях и построение кривой температурного спектра. Этот тест может точно определить точку фазового перехода материала, поведение релаксации и мутацию высокотемпературных потерь, обеспечивая поддержку данных для применения подложек в условиях широкого температурного диапазона.

Импедансная термоспектроскопия анализирует проводящий механизм, характеристики интерфейса и распределение дефектов керамических подложек, проверяя изменения значения моды и фазы импеданса в зависимости от температуры и частоты. На основе технологии спектра импеданса подается синусоидальный сигнал переменного тока, сканируется в заданном частотном диапазоне и заданном температурном интервале, измеряется комплексный импеданс образца (Z=Z'+iZ'') и строится трехмерный спектр импеданс-температура-частота. Посредством подбора эквивалентной схемы можно различить вклад импеданса зерен, границ зерен и границ раздела электродов, а также проанализировать влияние температуры на миграцию носителей и энергию активации дефектов. Он особенно подходит для оценки надежности изоляции и характеристик старения керамических подложек при высоких температурах.

Во время процесса тестирования состояние образца, условия окружающей среды и калибровка оборудования являются ключом к обеспечению точности данных. Образец должен гарантировать, что шероховатость поверхности составляет ≤ Ra0,8 мкм, а погрешность однородности толщины составляет <1%; испытательная среда поддерживается при температуре (23±2)°С и влажности 50%±5%, чтобы избежать влияния адсорбции водяного пара на диэлектрические характеристики; оборудование необходимо регулярно калибровать по стандартной емкости и стандартному сопротивлению для устранения системных ошибок.

Подводя итог, испытания на диэлектрические потери, температурный спектр диэлектрика и температурный спектр импеданса могут всесторонне охарактеризовать электрические свойства керамических подложек, от нормальной потери температуры, широкой температурной стабильности до микроскопических механизмов проводимости. Стандартизированные процедуры тестирования и точная поддержка оборудования обеспечивают научную основу для выбора материала керамической подложки, оптимизации формулы и улучшения процессов, поддерживая разработку электронных устройств в направлении высокой частоты, миниатюризации и высокой надежности.