"介電常數" 在工具書(shū)中的解釋:

1.又稱(chēng)電容率或相對電容率，表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)重要數據，常用ε表示。它是指在同一電容器中用同一物質(zhì)為電介質(zhì)和真空時(shí)的電容的比值，表示電介質(zhì)在電場(chǎng)中貯存靜電能的相對能力?？諝夂虲S2的ε值分別為1.0006和2.6左右，而水的ε值較大，10℃時(shí)為 83.83。

2.介電常數是物質(zhì)相對于真空來(lái)說(shuō)增加電容器電容能力的度量。介電常數隨分子偶極矩和可極化性的增大而增大。在化學(xué)中，介電常數是溶劑的一個(gè)重要性質(zhì)，它表征溶劑對溶質(zhì)分子溶劑化以及隔開(kāi)離子的能力。介電常數大的溶劑，有較大隔開(kāi)離子的能力，同時(shí)也具有較強的溶劑化能力。介電常數用ε表示，一些常用溶劑的介電常數見(jiàn)下表:

"介電常數" 在學(xué)術(shù)文獻中的解釋:

1.介電常數是指物質(zhì)保持電荷的能力，損耗因數是指由于物質(zhì)的分散程度使能量損失的大小。理想的物質(zhì)的兩項參數值較小

2.其介質(zhì)常數具有復數形式，實(shí)數部分稱(chēng)為介電常數，虛數部分稱(chēng)為損耗因子.通常用損耗角的正切值tanθ(損耗因子與介電常數之比)來(lái)表示材料與微波的耦合能力，損耗正切值越大，材料與微波的耦合能力就越強

3.介電常數是指在同一電容器中用某一物質(zhì)為電介質(zhì)與該電容器在真空中的電容的比值.在高頻線(xiàn)路中信號傳播速度的公式如下:V=K

4.為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，后面將相對介電常數均稱(chēng)為介電常數.反射脈沖信號的強度，與界面的波反射系數和透射波的衰減系數有關(guān)，主要取決于周?chē)橘|(zhì)與反射體的電導率和介電常數。

介電常數的應用：

近十年來(lái)，半導體工業(yè)界對低介電常數材料的研究日益增多，材料的種類(lèi)也五花八門(mén)。然而這些低介電常數材料能夠在集成電路生產(chǎn)工藝中應用的速度卻遠沒(méi)有人們想象的那么快。其主要低介電常數薄膜機械性質(zhì)量測結果原因是許多低介電常數材料并不能滿(mǎn)足集成電路工藝應用的要求。圖2是不同時(shí)期半導體工業(yè)界預計低介電常數材料在集成電路工藝中應用的前景預測。

早在1997年，人們就認為在2003年，集成電路工藝中將使用的絕緣材料的介電常數(k值)將達到1.5。然而隨著(zhù)時(shí)間的推移，這種樂(lè )觀(guān)的估計被不斷更新。到2003年，半導體技術(shù)規劃(ITRS 2003[7])給出低介電常數材料在集成電路未來(lái)幾年的應用，其介電常數范圍已經(jīng)變成2.7~3.1。

造成預計與現實(shí)如此大差異的原因是，在集成電路工藝中，低介電常數材料必須滿(mǎn)足諸多條件，例如:足夠的機械強度(MECHANICAL strength)以支撐多層連線(xiàn)的架構、高楊氏系數(Young's modulus)、高擊穿電壓(breakdown voltage>4MV/cm)、低漏電(leakage current<10-9 at 1MV/cm)、高熱穩定性(thermal stability >450oC)、良好的粘合強度(adhesion strength)、低吸水性(low moisture uptake)、低薄膜應力(low film stress)、高平坦化能力(planarization)、低熱漲系數(coefficient of thermal expansion)以及與化學(xué)機械拋光工藝的兼容性(compatibility with CMP process)等等。能夠滿(mǎn)足上述特性的的低介電常數材料并不容易獲得。例如，薄膜的介電常數與熱傳導系數往往就呈反比關(guān)系。因此，低介電常數材料本身的特性就直接影響到工藝集成的難易度。

目前在超大規模集成電路制造商中，TSMC、 Motorola、AMD以及NEC等許多公司為了開(kāi)發(fā)90nm及其以下技術(shù)的研究，先后選用了應用材料公司(Applied Materials)的Black Diamond 作為低介電常數材料。該材料采用PE-CVD技術(shù)[8] ，與現有集成電路生產(chǎn)工藝*融合，并且引入BLOk薄膜作為低介電常數材料與金屬間的隔離層，很好的解決了上述提及的諸多問(wèn)題，是目前已經(jīng)用于集成電路商業(yè)化生產(chǎn)為數不多的低介電常數材料之一。

測量方法：

相對介電常數εr可以用靜電場(chǎng)用如下方式測量:首先在兩塊極板之間為真空的時(shí)候測試電容器的電容C0。然后，用同樣的電容極板間距離但在極板間加入電介質(zhì)后測得電容Cx。然后相對介電常數可以用下式計算

εr=Cx/C0

在標準大氣壓下，不含二氧化碳的干燥空氣的相對電容率εr=1.00053.因此，用這種電極構形在空氣中的電容Ca來(lái)代替C0來(lái)測量相對電容率εr時(shí)，也有足夠的準確度。(參考GB/T 1409-2006)

對于時(shí)變電磁場(chǎng)，物質(zhì)的介電常數和頻率相關(guān)，通常稱(chēng)為介電系數

什么是介質(zhì)損耗：

介質(zhì)損耗 什么是介質(zhì)損耗：絕緣材料在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導和介質(zhì)極化的滯后效應，在其內部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡(jiǎn)稱(chēng)介損。

2、介質(zhì)損耗角δ 在交變電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內流過(guò)的電流相量和電壓相量之間的夾角(功率因數角Φ)的余角(δ)。 簡(jiǎn)稱(chēng)介損角。

3、介質(zhì)損耗正切值tgδ 又稱(chēng)介質(zhì)損耗因數，是指介質(zhì)損耗角正切值，簡(jiǎn)稱(chēng)介損角正切。介質(zhì)損耗因數的定義如下:

如果取得試品的電流相量和電壓相量，則可以得到如下相量圖：

總電流可以分解為電容電流Ic和電阻電流IR合成，因此：

這正是損失角δ=(90°-Φ)的正切值。因此現在的數字化儀器從本質(zhì)上講，是通過(guò)測量δ或者Φ得到介損因數。 測量介損對判斷電氣設備的絕緣狀況是一種傳統的、十分有效的方法。絕緣能力的下降直接反映為介損增大。進(jìn)一步就可以分析絕緣下降的原因，如：絕緣受潮、絕緣油受污染、老化變質(zhì)等等。測量介損的同時(shí)，也能得到試品的電容量。如果多個(gè)電容屏中的一個(gè)或幾個(gè)發(fā)生短路、斷路，電容量就有明顯的變化，因此電容量也是一個(gè)重要參數。 4、功率因數cosΦ功率因數是功率因數角Φ的余弦值，意義為被測試品的總視在功率S中有功功率P所占的比重。功率因數的定義如下:

有的介損測試儀習慣顯示功率因數(PF:cosΦ)，而不是介質(zhì)損耗因數(DF:tgδ)。一般cosΦ<tgδ，在損耗很小時(shí)這兩個(gè)數值非常接近。 5、高壓電容電橋高壓電容電橋的標準通道輸入標準電容器的電流、試品通道輸入試品電流。通過(guò)比對電流相位差測量tgδ，通過(guò)出比電流幅值測量試品電容量。因此用電橋測量介損還需要攜帶標準電容器、升壓PT和調壓器。接線(xiàn)也十分煩瑣。 6、高壓介質(zhì)損耗測量?jì)x 簡(jiǎn)稱(chēng)介損儀，是指采用電橋原理，應用數字測量技術(shù)，對介質(zhì)損耗角正切值和電容量進(jìn)行自動(dòng)測量的一種新型儀器。一般包含高壓電橋、高壓試驗電源和高壓標準電容器三部分。 AI-6000利用變頻抗干擾原理，采用傅立葉變化數字波形分析技術(shù)，對標準電流和試品電流進(jìn)行計算，抑制干擾能力強，測量結果準確穩定。 7、外施使用外部高壓試驗電源和標準電容器進(jìn)行試驗，對介損儀的示值按一定的比例關(guān)系進(jìn)行計算得到測量結果的方法。 8、內施使用介損儀內附高壓電源和標準器進(jìn)行試驗，直接得到測量結果的方法。 9、正接線(xiàn)用于測量不接地試品的方法，測量時(shí)介損儀測量回路處于地電位。 10、反接線(xiàn)用于測量接地試品的方法，測量時(shí)介損儀測量回路處于高電位，他與外殼之間承受全部試驗電壓。11、常用介損儀的分類(lèi)現常用介損儀有西林型和M型兩種，QS1和AI-6000為西林型。12、常用抗干擾方法 在介質(zhì)損耗測量中常見(jiàn)抗干擾方法有三種： 倒相法、移相法和變頻法。AI-6000采用變頻法抗干擾，同時(shí)支持倒相法測量。13、準確度的表示方法tgδ：±（1%D+0.0004） Cx：±（1%C+1pF） +前表示為相對誤差，+后表示為誤差。相對誤差小表示儀器的量程線(xiàn)性度好，誤差小表示儀器的誤差起點(diǎn)低。校驗時(shí)讀數與標準值的差應小于以上準確度，否則就是超差。14、抗干擾指標抗干擾指標為滿(mǎn)足儀器準確度的前提下，干擾電流與試驗電流的大比例，比例越大，抗干擾性能越好。AI-6000在200%干擾（即I干擾/ I試品≤2）下仍能達到上述準確度。

介質(zhì)損耗因數 

介質(zhì)損耗(dielectric loss )指的是絕緣材料在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導和介質(zhì)極化的滯后效應，在其內部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡(jiǎn)稱(chēng)介損。

介質(zhì)損耗因數(dielectric loss factor)指的是衡量介質(zhì)損耗程度的參數

下面是我公司生產(chǎn)的介電常數測試儀參數：

介電常數測試儀

陶瓷介電常數測試儀由BH916測試裝置（夾具）、GDAT型高頻Q表、數據采集和tanδ自動(dòng)測量控件（裝入GDAT)、及LKI-1型電感器組成，它依據國標GB/T 1409-2006、美標ASTM D150以及電工委員會(huì )IEC60250的規定設計制作。系統提供了絕緣材料的高頻介質(zhì)損耗角正切值(tanδ)和介電常數(ε)自動(dòng)測量的解決方案。

1、《BH916介質(zhì)損耗裝置》(測試夾具)是測試系統的核心檢測部件，它由一個(gè)LCD數字顯示的微測量裝置和一對經(jīng)精密加工的、間距可調的平板電容器極片組成。平板電容器極片用于夾持被測材料樣品，微測量裝置則顯示被測材料樣品的厚度。通過(guò)被測材料樣品放進(jìn)平板電容器和不放進(jìn)樣品時(shí)的Q值變化的量化，測得絕緣材料的損耗角正切值。從平板電容器平板間距的讀值變化則可換算得到絕緣材料介電常數。BH916介質(zhì)損耗測試裝置是本公司研制的更新?lián)Q代產(chǎn)品，精密的加工設計、的LCD數字讀出、一鍵式清零功能，克服了機械刻度讀數誤差和圓筒形電容裝置不可避免的測量誤差。

2、基于串聯(lián)諧振原理的《GDAT高頻Q表》是測試系統的二次儀表，其數碼化主調電容器的創(chuàng )新設計代表了行業(yè)的成就，隨之帶來(lái)了頻率、電容雙掃描GDAT的全新搜索功能。該表具有先進(jìn)的人機界面，采用LCD液晶屏顯示各測量因子：Q值、電感L、主調電容器C、測試頻率F、諧振趨勢指針等。高頻信源采用直接數字合成,測試頻率10KHz-60MH或200KHz-160MHz，頻率精度高達1×10^-6。國標GB/T 1409-2006規定了用Q表法來(lái)測定電工材料高頻介質(zhì)損耗角正切值(tanδ)和介電常數(ε)，把被測材料作為平板電容的介質(zhì)，與輔助電感等構成串聯(lián)諧振因子引入Q表的測試回路，以獲取測試靈敏度。因而Q表法的測試結果更真實(shí)地反映了介質(zhì)在高頻工作狀態(tài)下的特征。

　　 GDAT高頻Q表的全數字化界面和微機控制使讀數清晰穩定、操作簡(jiǎn)便。操作者能在任意點(diǎn)頻率或電容值的條件下檢測Q值甚至tanδ，無(wú)須關(guān)注量程和換算，*摒棄了傳統Q表依賴(lài)面板上印制的輔助表格操作的落后狀況，它無(wú)疑是電工材料高頻介質(zhì)損耗角正切值(tanδ)和介電常數(ε)測量的理想工具。

3、數據采集和tanδ自動(dòng)測量控件（裝入GDAT)，實(shí)現了數據采集、數據分析和計算的微處理化，tanδ 測量結果的獲得無(wú)須繁瑣的人工處理，因而提高了數據的度和測量的同一性，是人工讀值和人工計算*的。

4、一個(gè)高品質(zhì)因數（Q)的電感器是測量系統*的輔助工具，關(guān)乎測試的靈敏度和精度，在系統中它與平板電容（BH916）構成了基于串聯(lián)諧振的測試回路。本系統推薦的電感器為LKI-1電感組，共由9個(gè)高性能電感器組成，以適配不同的檢測頻率。

平板電容極片：Φ50mm/Φ38mm可選

間距可調范圍：≥15mm  

頻率范圍     ：   20KHz-60MHz/200KHz-160MHz

頻率指示誤差：3×10^-5±1個(gè)字

夾具插頭間距：25mm±0.01mm

主電容調節范圍：30-500/18-220pF

測微桿分辨率：0.001mm

主調電容誤差：<1%或1pF

夾具損耗角正切值：≦4×10^-4 （1MHz)

Q測試范圍：2～1023

標簽：介電常數測試儀，介電常數介質(zhì)損耗測試儀