IPC-TM-650 2.5.5.5 解析：帶狀線法 (Stripline) 測試流程與治具選擇

在 5G 毫米波與未來 6G 的高頻電路設計中，基板材料的「各向異性 (Anisotropy)」已成為不可忽視的關鍵變數，當電路設計涉及垂直過孔 (Vias)、貼片天線 (Patch Antenna) 或帶狀線 (Stripline) 結構時，電磁波的主要電場分量是垂直於板材表面的（即 Z 軸方向），然而大多數常見的實驗室測試方法（如 SPDR 或分裂圓柱諧振腔）主要量測的是平面方向（X-Y 平面）的特性。

若直接使用 X-Y 平面的 Dk (介電常數) 數值來模擬 Z 軸的電路行為，對於含有玻璃纖維編織的複合材料而言，可能會產生顯著的頻率偏移與設計誤差，為了解決此一難題，IPC-TM-650 2.5.5.5 標準（又稱 X-Band 帶狀線法）成為了業界量測 Z 軸介電特性的權威方法，本文目標在於解析此標準的運作原理、測試流程以及如何選擇合適的測試治具來克服常見的量測誤差。

什麼是帶狀線法 (Stripline Method)？

帶狀線法是一種「共振式」量測技術，其核心理念是利用待測材料 (MUT) 與特定的金屬圖樣卡 (Pattern Card)，在測試治具中構建出一個臨時的「三明治」結構諧振器。

物理結構：精密的三明治

根據 IPC 標準，測試堆疊由下而上依序為：

• 下接地層 (Ground Plate)：精密加工的金屬塊。
• 下待測樣品 (MUT)：去除銅箔的介電材料薄片。
• 諧振線路卡 (Resonator Pattern Card)：這是一片極薄的介電薄膜，中間蝕刻有特定的銅箔線路（通常為直線型諧振器）。
• 上待測樣品 (MUT)：第二片去除銅箔的介電材料薄片。
• 上接地層 (Ground Plate)：另一塊精密金屬塊。

電磁場分佈：鎖定 Z 軸

當訊號饋入中間的諧振線路卡時，由於上下皆為接地金屬，電磁場被限制在上下兩個接地層之間，在這種帶狀線結構的 TEM 模態（橫電磁波）中，電場線 (E-field) 是從中間的銅箔導體垂直射向上下接地層，這意味著電場向量完全平行於 Z 軸，直接穿透待測材料的厚度方向。因此，此方法測得的 Dk 與 Df 值，真實反映了材料在 Z 軸方向的介電特性。

測試流程解析

執行 IPC-TM-650 2.5.5.5 測試並非單純將樣品放入機器，它包含了一系列嚴謹的準備與操作步驟：

第一階段：樣品製備

不同於非破壞性的 SPDR 測試，帶狀線法需要特定的樣品尺寸，通常需要準備兩片長方形的樣品（例如 50mm x 70mm 或類似尺寸），並將表面的銅箔完全蝕刻乾淨，樣品的厚度均勻性至關重要，因為厚度變異會直接影響阻抗匹配與共振頻率。

第二階段：諧振卡 (Pattern Card) 的選擇

中間那層「餡料」——諧振線路卡，通常由低損耗材料製成，標準建議使用與待測物 Dk 值相近的材料來製作諧振卡，以減少阻抗不連續性；或者，現代測試方法傾向使用標準化的低損耗諧振卡（如 PTFE 材質），並透過軟體演算法進行「去嵌入 (De-embedding)」，將諧振卡本身的影響從總測量結果中扣除。

第三階段：堆疊與加壓 (關鍵步驟)

這是最容易產生誤差的環節，將樣品與諧振卡堆疊後，必須使用治具施加壓力，為什麼需要壓力？ 因為微觀下的材料表面並非絕對平整，如果層與層之間存在微米等級的空氣隙 (Air Gap)，由於空氣的 Dk 為 1，這層薄薄的空氣會形成串聯電容，導致測量出的 Dk 值嚴重偏低（被空氣稀釋了），IPC 標準建議施加足夠的壓力（通常需達數百磅，或特定的壓強如 4.45 kN），以盡可能排除空氣隙，確保緊密接觸。

第四階段：VNA 量測與參數提取

透過向量網路分析儀 (VNA) 測量 S21 傳輸參數，觀察共振峰。

• 介電常數 (Dk)：
  取決於共振頻率，材料 Dk 越高，波長縮短，共振頻率會向低頻移動。
• 損耗因數 (Df)：
  取決於品質因子 (Q 值) 與頻寬，Q 值越高（峰越尖銳），代表材料損耗越低，計算時需扣除導體損耗 (1/Qc) 的影響。

治具選擇的技術考量

為了符合 IPC-TM-650 2.5.5.5 並取得可信數據，選擇治具時應關注以下技術指標：

剛性與平行度

治具的上下金屬接地塊必須具備極高的平面度與平行度，在高壓下，治具若發生微小形變，會導致樣品受力不均，產生氣隙誤差。

壓力控制機制

傳統的手動螺絲鎖緊難以量化壓力，理想的治具應配備定量壓力顯示或自動恆壓系統，特別是在進行變溫測試時，材料會熱脹冷縮，如果治具沒有彈性補償或恆壓控制，接觸壓力會隨溫度劇烈變化，導致數據失真（例如高溫下樣品軟化，壓力變小產生氣隙）。

寬頻與高溫支援

雖然標準名稱提及 "X-Band" (8-12 GHz)，但現代研發往往需要掃描更寬的頻率（例如 2.5 GHz 到 13 GHz 或更高），此外針對車用電子需求，治具必須能放入環境試驗箱，承受 -50°C 至 +150°C 的循環測試，且連接線材需選用耐高溫的半剛性電纜。

結論

IPC-TM-650 2.5.5.5 帶狀線法是解析材料 Z 軸特性與異向性的黃金標準，雖然其樣品製備與操作較為繁瑣，且對接觸氣隙極為敏感，但透過選用具備精密加壓控制與高品質諧振卡的治具，研發工程師可以獲得最接近真實電路應用情境的 Dk/Df 數據。這對於高頻濾波器、天線以及多層板結構的模擬準確度，具有決定性的影響。

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