一种宽带无过孔可复用介电常数测量装置及测量方法

1.本发明属于介电常数测试技术领域，涉及电磁带隙结构技术以及多模谐振腔技术，具体为一种基于电磁带隙谐振腔的一种宽带无过孔可复用介电常数测量装置及测量方法。


背景技术：

2.近年来，由于印制电路板在极高频波段面临许多问题，影响系统性能，导致效率较低，在此背景下，为提高在毫米波频段的性能，先进电子封装迅速发展。先进的电子封装，如晶圆级封装，在5g通信、汽车雷达等各个细分市场中大量应用，推动了更先进的系统集成的设计。
3.先进的封装技术为毫米波天线集成提供了多种集成策略，包括封装天线和片上天线。天线和系统在如此高的频率受封装材料的电磁特性影响很大，因此精确了解封装材料的复介电常数对于设计这样的系统是很重要的。在先进的封装技术中，大多数介质为薄膜形，所以直接从介质膜上测量复介电常数至关重要。
4.多年来，出现了各种提取材料特性的方法。这些测量方法大致可分为两类，即透射/反射法和谐振腔法。在大多数情况下，透射/反射方法的带宽较宽，精度较低。谐振法的优势主要体现在较高的测试精度。
5.在这种背景下，本发明提出了一种新型的宽带无过孔可复用介电常数测量方法，相对于现有的测试方法，其具有成本低、测试精度较高、可复用、对待测介质薄膜加工要求低的特点。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种无过孔、可复用、成本低、加工难度低、高精度、应用于封装薄膜材料领域的介电常数测量方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种宽带无过孔可复用介电常数测量方法，其特征在于：其特征在于：包括金属地板1、金属垫片2、待测基片3、周期性电磁带隙结构4和标准波导结构5，
9.所述的金属地板1包括金属板11、销钉孔12和螺钉孔13，金属板为矩形，销钉孔和螺钉孔在金属板的长边两侧交替排列；
10.金属垫片2从中间到外侧包含矩形窗21，金属板22，销钉孔23和螺钉孔24，金属板22为矩形，矩形窗21开在金属板中间位置，销钉孔23和螺钉孔24在金属板长边两侧；
11.待测基片3为矩形，位置位于金属地板中心点，厚度由金属垫片的厚度决定；
12.周期性电磁带隙结构4从上到下依次为金属板41，耦合孔42，周期性金属柱43，其中金属板41为矩形，周期性金属柱43和金属地板1形成间隙波导谐振腔，周期性金属柱43和金属地板1不接触，中间存在空气层，耦合孔42为矩形孔，位置位于金属板中轴线上，分别在间隙波导谐振腔的两端；
13.标准波导结构5从下到上依次为金属圆台51，标准波导52，长方体金属主体53和标准法兰54。
14.作为优选方式，待测频段为w波段，即测量待测介质薄膜3在w波段的介电常数特性。
15.作为优选方式，使用w波段标准波导和标准法兰。
16.作为优选方式，金属地板1、金属垫片2、周期性电磁带隙结构4和标准波导结构5的长为50mm，宽为33mm。
17.作为优选方式，两耦合孔42在间隙波导谐振腔的两侧，耦合孔42的长和宽分别为1.1mm和0.35mm，耦合孔位于电磁带隙结构金属板41的长边中轴线上，与电磁带隙结构在长边方向上的距离为3mm。
18.作为优选方式，周期性金属柱43的边长分别为0.4mm、0.4mm和0.7mm，形成的间隙波导谐振腔尺寸为2.54mm*26mm*0.8mm。
19.作为优选方式，金属垫片2的厚度为0.8mm。
20.本发明的工作原理在于：
21.通过周期性的电磁带隙结构和地板，构成间隙波导谐振腔，待测的介质基片置于谐振腔中，通过两个耦合孔将电磁能量馈入谐振腔；基于谐振腔的基本原理，通过网络分析仪测量该结构的传输系数，根据传输系数的谐振频点和品质因数，解算出待测介质的复介电常数。
22.本发明的有益效果为：
23.1.可测试频带较宽，可测量整个w频段，经过尺寸变换后可测量其他频段。
24.2.采用谐振式测量方法，测试精度高。
25.3.对介质薄膜的加工要求低，无需金属化过孔。
26.4.加工成本较低且可复用。
27.5.采用矩形波导作为馈电结构，而不是采用微带线和地-信号-地(gsg)探头，不容易受环境的电磁干扰影响，测试精度较高。
附图说明
28.图1是本发明提供的宽带无过孔可复用介电常数测量方法的整体结构图。
29.图2是本发明提供的宽带无过孔可复用介电常数测量方法的侧视图。
30.图3是本发明提供的宽带无过孔可复用介电常数测量方法的金属地板结构图。
31.图4是本发明提供的宽带无过孔可复用介电常数测量方法的金属垫片结构图。
32.图5是本发明提供的宽带无过孔可复用介电常数测量方法的周期性电磁带隙结构图。
33.图6是本发明提供的宽带无过孔可复用介电常数测量方法的标准波导结构图。
34.图7是本发明提供的宽带无过孔可复用介电常数测量方法的测量方法示意图。
具体实施方式
35.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本发明可以通过其他不同的实施方式加以应用，本领域技术人员可以根据此说明书的内容对此发明进行了解。
36.如图1所示，一种宽带无过孔可复用介电常数测量装置，包括金属地板1、金属垫片2、待测基片3、周期性电磁带隙结构4和标准波导结构5；
37.如图3所示，所述的金属地板1包括金属板11、销钉孔12和螺钉孔13，金属板为矩形，销钉孔和螺钉孔在金属板的长边两侧交替排列，金属板11的长为50mm，宽为30mm，高为5mm，销钉孔12的直径为1.65mm，螺钉孔13为标准m2螺钉孔，销钉孔12和螺钉孔13距离金属板11边缘2.5mm；
38.如图4所示，金属垫片2从中间到外侧包含矩形窗21，金属板22，销钉孔23和螺钉孔24，金属板22为矩形，矩形窗21开在金属板中间位置，销钉孔23和螺钉孔24在金属板长边两侧，矩形窗21的长为40mm，宽为23mm，金属板22长为50mm，宽为30mm，高为0.8mm，销钉孔23直径为1.65mm，螺钉孔24直径为2.1mm，销钉孔23和螺钉孔24距离金属板22边缘2.5mm；
39.待测基片3为矩形，长为33mm，宽为22mm，高为0.1mm，位置位于金属地板中心点；
40.如图5所示，周期性电磁带隙结构4从上到下依次为金属板41，耦合孔42，周期性金属柱43，其中金属板41为矩形，周期性金属柱43和金属地板1形成间隙波导谐振腔，周期性金属柱43和金属地板1不接触，耦合孔42为矩形孔，位置位于金属板中轴线上，分别在间隙波导谐振腔的两端，两耦合孔42在间隙波导谐振腔的两侧，耦合孔42的长和宽分别为1.1mm和0.35mm，耦合孔位于电磁带隙结构金属板41的长边中轴线上，与电磁带隙结构在长边方向上的距离为3mm，周期性金属柱43的边长分别为0.4mm、0.4mm和0.7mm，形成的间隙波导谐振腔尺寸为2.54mm*26mm*0.8mm。
41.如图6所示，标准波导结构5从下到上依次为金属圆台51，标准波导52，长方体金属主体53和标准法兰54。
42.本发明提供的宽带无过孔可复用介电常数测量方法，具有可测试频带较宽、测试精度高、无需金属化过孔、加工成本较低、可复用等优点，通过周期性的电磁带隙结构和地板，构成间隙波导谐振腔，待测的介质基片置于谐振腔中，通过两个耦合孔将电磁能量馈入谐振腔；基于谐振腔的基本原理，通过网络分析仪测量该结构的传输系数，根据传输系数的谐振频点和品质因数，解算出待测介质的复介电常数。
43.以上所述，上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。