Page 40 - 電路板季刊第110期
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38 專業技術 材料高頻介電特性量測技術之發展 Development of High-Frequency Dielectric Properties Measurement Techniques for Materials
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工研院材化所開發之開放式諧振腔介電特性量測系統，涵蓋 20–110 GHz 毫米
波至 220 GHz 次太赫茲，毫米波段（20–110 GHz）是採用半球式架構之開放共振
腔，並突破傳統微擾法厚度限制，可測 10 µm–1 mm 樣品。次太赫茲段（140–220
GHz）則是以雙曲面架構搭配介電透鏡饋入波導訊號，並完成以參考物質PTFE 基
板驗證。系統包含高精度壓電馬達，提供樣品更精細移動與精準定位，系統支援
Anritsu、Keysight、R&S 等國際三大網儀商。
綜合上述市售量測系統，在大於20GHz 以上可測試多點頻譜上可大致分為兩大類
技術路線。自由空間法（Free Space Method）主要利用天線產生準平面波，穿透待
測樣品並量測其散射參數（S 參數），再透過數值反演演算法求得材料之介電常數與
損耗因子。其特點在於可進行連續頻譜掃描，頻率範圍寬廣，適合應用於厚板或中高
損耗材料，因為此類樣品能在 S 參數上產生足夠顯著的差異。然而，對於極薄樣品或
低損耗材料，信號變化往往淹沒於儀器雜訊中，造成解析度不足。
另一類為開放式共振腔（Open Resonator），其透過腔體內的駐波場產生強
烈極化電場，訊號表現為週期性共振峰，而非連續頻譜。由於此結構能實現極高的
品質因子（Q 值），因此特別適合量測損耗極低或厚度極薄的材料。藉由精準比對
共振頻率與 Q 值的微小變化，便能反推出樣品的介電特性，靈敏度顯著高於自由空
間法。
依照產業需求會以薄板為主，工研院材化所目前已建置的毫米波段量測技術涵蓋
20–110 GHz 半球式結構的開放式共振腔系統。其核心演算程式由團隊自行開發，可
支援樣品厚度範圍 0.01 mm 至 2 mm，可涵蓋大部分市售基板材料的標準製程厚度。
系統搭配高解析度的樣品自動化移動平台，能依據不同頻率對應的波長，將樣品精確
定位於電場極化最強處，確保量測結果的準確性。透過核心演算演算法，可針對不同
厚度與介電特性的樣品進行多點式掃頻測試，進一步提升量測的廣度與深度。
圖四、半球式開放共振腔 TEM電磁場分布與樣品測試示意圖
