CSTM-天線用液晶聚合物改性聚酰亞胺（LCPMPI）材料試驗(yàn)方法 編制說明

PAGEPAGE2中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSTMXXXXX-2022《天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法》編制說明任務(wù)來源及簡(jiǎn)要過程1.1任務(wù)來源中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSTMXXXXX-2022《天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法》，為廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃《5G通信用關(guān)鍵材料測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)研究與設(shè)備開發(fā)項(xiàng)目》中測(cè)試技術(shù)的研究成果。根據(jù)項(xiàng)目要求，調(diào)研《天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法》相關(guān)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行LCP/MPI撓性材料試驗(yàn)方法技術(shù)研究與方法標(biāo)準(zhǔn)化工作。該標(biāo)準(zhǔn)主要由工業(yè)和信息化部電子第五研究所（以下簡(jiǎn)稱電子五所）起草，由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)電子材料領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC51）歸口。1.2工作過程LCP是一種新型熱塑性材料，具有傳輸損耗低、靈活性高、密封性好、可彎折等優(yōu)良特性，在高達(dá)110GHz的全部射頻范圍幾乎能保持恒定的介電常數(shù)和較低的正切損耗，是性能優(yōu)異的5G天線材料。MPI是對(duì)傳統(tǒng)PI進(jìn)行配方改進(jìn)得到的新型5G天線材料，在10GHz~15GHz高頻信號(hào)傳輸方面，其綜合性能接近LCP。當(dāng)前5G通信迅速發(fā)展，LCP/MPI作為5G天線首選新型材料，迫切需要更為系統(tǒng)完善的LCP/MPI材料測(cè)試與驗(yàn)證方法來支撐5G高質(zhì)量的發(fā)展。根據(jù)《5G通信用關(guān)鍵材料測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)研究與設(shè)備開發(fā)項(xiàng)目》的項(xiàng)目進(jìn)度，2022年2月成立《天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)的工作團(tuán)隊(duì)，并開始著手調(diào)研有關(guān)LCP/MPI材料測(cè)試的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)方法的技術(shù)研究工作。2022年5月完成了《天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)草稿的編制，6月進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)評(píng)審工作，經(jīng)專家主評(píng)審，同意標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位為電子五所，參與單位為電子科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱電子科大）、安捷利（番禺）電子實(shí)業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱安捷利）、廣東生益科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱生益科技），其中電子五所牽頭開展標(biāo)準(zhǔn)起草與技術(shù)研究，安捷利負(fù)責(zé)測(cè)試需求研究與方法驗(yàn)證，生益科技參與標(biāo)準(zhǔn)起草與方法驗(yàn)證。2.編制原則和確定主要內(nèi)容的論據(jù)及解決的主要問題目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法較少，較為齊全的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)如GB/T13557-2017和GJB7548-2012，但是兩者只關(guān)注撓性基板材料級(jí)或者撓性印制板元件級(jí)單個(gè)級(jí)別的常規(guī)性能要求和測(cè)試方法，在信號(hào)測(cè)試方面缺少高頻信號(hào)下的介電常數(shù)、損耗因子、溫度系數(shù)、插入損耗等試驗(yàn)方法，不能滿足天線用LCP/MPI材料性能試驗(yàn)要求。因此有必要，建立一套完整的針對(duì)天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法，填補(bǔ)該領(lǐng)域的空白。團(tuán)隊(duì)按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，GB/T20001.4—2015《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》給出的規(guī)則，在充分研究、消化和吸收GB/T13557-2017和GJB7548-2012等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合LCP/MPI材料的實(shí)際特點(diǎn)，同時(shí)考慮各項(xiàng)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的“科學(xué)性”、“前瞻性”、“適用性”、實(shí)施檢測(cè)的可行性基礎(chǔ)上，研究制訂了《天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了LCP/MPI撓性材料領(lǐng)域的空白，為L(zhǎng)CP/MPI基板材料及LCP/MPI撓性印制板相關(guān)性能檢測(cè)提供技術(shù)依據(jù)，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。3.標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的分析《天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)LCP/MPI材料級(jí)的性能試驗(yàn)和LCP/MPI撓性印制板（FPCB）元件級(jí)性能驗(yàn)證方法。本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括：1范圍；2規(guī)范性引用文件；3術(shù)語定義；4要求；5尺寸；6電性能；7熱性能；8可加工性；9物理性能；10工藝適應(yīng)性；11環(huán)境性能。本標(biāo)準(zhǔn)在LCP/MPI材料級(jí)電性能增加了1.1GHz~20GHz頻率范圍的介電常數(shù)、損耗因子和溫度系數(shù)試驗(yàn)方法，熱性能熱分解溫度（Td）、X/Y軸膨脹系數(shù)；FPCB元件級(jí)新增電性能插入損耗，工藝適應(yīng)性模擬回流焊等測(cè)試項(xiàng)目，補(bǔ)充相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的欠缺；本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)LCP/MPI材料特性為熱塑性，將溫度沖擊條件設(shè)定為高溫850+5，低溫3.1介電常數(shù)、損耗角正切值及溫度系數(shù)經(jīng)團(tuán)隊(duì)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于介電常數(shù)和損耗因子的測(cè)試方法中，較為成熟的是SPDR（分離介質(zhì)柱諧振腔）法和帶狀線法，相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分別為IEC61189-2-721：2015、和GB/T12636-1990。其中GB/T12636-1990標(biāo)準(zhǔn)的帶狀線法對(duì)試樣的要求較為嚴(yán)格，適用于厚度≥0.5mm的樣品，并且該測(cè)試過程中需要對(duì)試樣施加一定的壓力，LCP/MPI為薄型介質(zhì)材料，不適合在材料上施加壓力，所以帶狀線法測(cè)試LCP/MPI基材的介電常數(shù)和損耗因子不適合。IEC61189-2-721：2015標(biāo)準(zhǔn)中SPDR法測(cè)介電常數(shù)和損耗因子不需要在樣品上施加壓力，且對(duì)樣品厚度雖然要求＞0.4mm，但是可以通過薄樣疊加，對(duì)撓性基材的制樣可行性較強(qiáng)。該方法的測(cè)試頻率可以到20GHz，比較適用。團(tuán)隊(duì)編制的CSTMXXXXX—202X《分離式圓柱諧振腔法測(cè)量低損耗介質(zhì)板的復(fù)介電常數(shù)》可以測(cè)試0.01mm~10mm厚度范圍的介質(zhì)基材的介電常數(shù)和損耗因子，測(cè)試頻率范圍2GHz~100GHz。團(tuán)隊(duì)在綜合考慮后LCP/MPI材料的介電常數(shù)和損耗因子測(cè)試頻率在1.1GHz~15GHz范圍借鑒IEC61189-2-721：2015標(biāo)準(zhǔn)的SPDR法；測(cè)試頻率在2GHz~100GHz范圍借鑒團(tuán)隊(duì)編制的CSTMXXXXX—202X《分離式圓柱諧振腔法測(cè)量低損耗介質(zhì)板的復(fù)介電常數(shù)》SCR法測(cè)量。3.2特性阻抗GJB7548-2012中也涉及到特性阻抗的測(cè)試，但是對(duì)于特性阻抗的具體試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)圖形的設(shè)計(jì)未提及，本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)有50Ω單端傳輸線或100Ω差分阻抗線測(cè)試圖形，其中差分阻抗線的線間距為7mil，線寬可根據(jù)具體基材Dk/Df以及銅厚進(jìn)行調(diào)整，阻抗線長(zhǎng)度設(shè)定為100mm~150mm，圖1所示；在阻抗曲線圖中，不同的測(cè)量區(qū)域選擇對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生直接影響，選擇正確的測(cè)量區(qū)域至關(guān)重要，TDR儀器的水平和垂直參數(shù)的調(diào)整根據(jù)所選的探針技術(shù)、被測(cè)件長(zhǎng)度和測(cè)量精度要求，最大程度提高測(cè)量精度，本標(biāo)準(zhǔn)也給出取值范圍建議，建議取值在曲線圖中50%~70%的范圍或供需雙方協(xié)商確定。圖1阻抗線示意圖3.3插入損耗GJB7548-2012并涉及到PCB插入損耗的測(cè)試項(xiàng)目，高頻信號(hào)傳輸過程中相比低頻信號(hào)，其趨膚效應(yīng)會(huì)較強(qiáng)，同時(shí)對(duì)信號(hào)的插入損耗影響更為明顯，有必要驗(yàn)證高頻基板材料加工成PCB后的插入信號(hào)性能。本標(biāo)準(zhǔn)在增加插入損耗測(cè)試項(xiàng)目的同時(shí)，給出了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖形，圖形設(shè)計(jì)有兩種長(zhǎng)度的單端傳輸線或差分傳輸線，并且該傳輸線為帶狀線結(jié)構(gòu)，傳輸線兩端應(yīng)設(shè)計(jì)有信號(hào)發(fā)射連接器焊盤，該焊盤用于與SMA連接器連接。建議長(zhǎng)線和短線各自線間距均為7mil，傳輸線長(zhǎng)線線長(zhǎng)在5inch~10inch之間，短線線長(zhǎng)在2inch~5inch之間，長(zhǎng)線與短線的長(zhǎng)度差值建議大于2inch，圖2所示，線寬可根據(jù)具體基材Dk/Df以及銅厚進(jìn)行調(diào)整。圖2AFR插入損耗測(cè)試傳輸線示意圖3.4模擬回流焊此項(xiàng)是為了驗(yàn)證將LCP/MPI基板材料加工成FPCB后的耐組裝回流焊接熱應(yīng)力的性能，目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并未涉及到FPCB的模擬回流焊的測(cè)試方法?；贚CP/MPIFPCB的高性能要求，本標(biāo)準(zhǔn)使用更為嚴(yán)格的無鉛回流焊條件，參照通信行業(yè)中的龍頭企業(yè)（如華為、中興、浪潮等）的無鉛回流曲線，在充分分析和吸收這些企業(yè)的回流條件后，將回流曲線的條件確定為：升溫到217℃時(shí)的斜率:（0-3）℃/s；恒溫時(shí)間:從150℃升到210℃：60s～150s；液相線（≥217℃）以上總時(shí)間：60s-150s；回流峰值溫度：260℃±3℃；峰溫以下5℃總時(shí)間:10s～30s，如圖3回流曲線圖所示，回流次數(shù)：3次，必要時(shí)，由供需雙方協(xié)商確定。此外在模擬回流焊前，參考行業(yè)內(nèi)通用去濕方法進(jìn)行125℃烘烤4h~6h。典型的回流曲線見下圖：圖3典型回流曲線圖3.5電路/鍍覆孔與金屬基板之間的絕緣性本測(cè)試依據(jù)GJB7548-20124.8.6.4方法，驗(yàn)證將LCP/MPI基板材料加工成帶有金屬基FPCB后的相鄰網(wǎng)絡(luò)之間介質(zhì)耐電壓性能，并對(duì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了細(xì)化，可操作性更強(qiáng)。選取500V直流極化電壓應(yīng)當(dāng)施加于導(dǎo)體之間和/或連接盤與金屬基板之間，施加的方法應(yīng)當(dāng)使每個(gè)導(dǎo)體/連接盤都受到測(cè)試。4.知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況說明中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSTMXXXXX-2022《天線用液晶聚合物/改性聚酰亞胺（LCP/MPI）材料試驗(yàn)方法》是在充分吸收GB/T13557-2017、GJB7548-2012和IEC61189-2-721:2015等標(biāo)準(zhǔn)而制定的，在制定過程中不涉及國(guó)內(nèi)外專利及知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。5.采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的情況本標(biāo)準(zhǔn)涉及的介電常數(shù)、損耗角正切值及溫度系數(shù)是以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61189-2-721:2015方法為依據(jù)進(jìn)行步驟優(yōu)化而定，便于操作。其他項(xiàng)目的測(cè)試方法未涉及國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。6.與現(xiàn)