Keysight E4990A阻抗分析儀MLCC陶瓷電容器介電溫譜測試

一、引言

多層片式瓷介電容器（MLCC）憑借體積小、比容大、可靠性高及適配表面貼裝等優勢，廣泛應用于消費電子、通信設備、汽車電子等核心領域。介電性能作為MLCC的核心指標，其隨溫度的變化特性（介電溫譜）直接決定器件在不同工況下的穩定性與使用壽命。尤其對于鈦酸鋇（BaTiO?）基等Ⅱ類陶瓷材料，介電常數易受溫度影響產生非線性變化，需通過精準測試實現性能評估。

介電溫譜測試的核心在于捕捉材料在寬溫度范圍內介電常數、介電損耗、電容值等參數的變化規律，進而揭示材料微觀結構與宏觀性能的關聯。本文采用以Keysight E4990A阻抗分析儀為核心的測試系統，針對陶瓷圓片樣品與MLCC產品開展介電溫譜測試，驗證系統測試精度與樣品性能穩定性，為相關材料與器件的研發及量產檢測提供技術參考。

二、測試系統組成及核心設備特性

本次測試采用果果儀器集成化介電溫譜測試系統，由核心檢測單元、溫度控制單元、信號傳輸單元及數據處理單元構成，各組件協同工作實現溫度精準調控與介電參數高效采集，系統配置如下：

2.1 核心測試設備

Keysight E4990A阻抗分析儀作為系統核心檢測設備，具備40Hz~110MHz寬頻率范圍與±0.08%的基本阻抗精度，可精準測量電容（Cp/D、Cs/Q）、阻抗（Z）、導納（Y）等多類電學參數，支持CP-D模式直接獲取樣品電容值與損耗因數，為介電常數計算提供高精度數據基礎。其四路端子對配置能有效消除電纜寄生參數干擾，確保低頻至高頻段測試數據的準確性。

2.2 溫度控制單元

溫度控制單元以ECH600探針冷熱臺為核心，搭配溫度控制器、致冷控制器、液氮罐及循環水機構成閉環溫控系統：

ECH600探針冷熱臺采用液氮致冷與電阻加熱復合方式，實現-190℃~600℃超寬溫度范圍調控，配備銀質載樣臺與磁吸式鍍金探針，確保樣品與電極的可靠接觸及溫度均勻性；

溫度控制器采用PID調節算法，溫控精度達±0.1℃，升降溫速率可在0~30℃/min范圍內調節，滿足不同測試場景下的溫度程序需求；

循環水機用于冷熱臺外殼冷卻，避免高溫對設備部件的影響，同時配合液氮排氣系統實現低溫環境下視窗除霜，保障測試過程可視化與穩定性。

2.3 輔助設備

信號切換器實現多通道信號的快速切換，支持批量樣品高效測試；上位機搭載專用測試軟件，集成數據采集、實時繪圖、自動計算功能，可通過輸入樣品尺寸（厚度、面積），基于介電常數公式εr=C·d/(ε?·A)（其中C為測量電容，d為樣品厚度，A為電極面積，ε?為真空介電常數8.854×10?12 F/m）自動計算不同溫度下的介電常數。

三、測試方法與實驗流程

本次測試采用平行板電容法，該方法因原理直觀、操作簡便、精度較高，廣泛應用于固體陶瓷材料介電性能測試，具體實驗流程如下：

3.1 樣品預處理

選取兩類陶瓷圓片樣品（A-BT、B-BT）及MLCC產品作為測試對象，對樣品進行外觀檢查，確保表面平整、無劃痕、無破損。使用高精度測厚儀測量樣品厚度，游標卡尺測量電極面積，各參數重復測量3次取平均值，作為后續介電常數計算的基礎數據。

3.2 測試系統校準與搭建

測試前對Keysight E4990A阻抗分析儀進行開路、短路校準，消除寄生電容與導線電阻對測試結果的干擾。將陶瓷燒銀片放置于ECH600冷熱臺載樣臺上，確保燒銀層與載樣臺良好貼合；將樣品置于燒銀片上方，調整磁吸式探針位置，使一根探針與樣品上電極緊密接觸，另一根探針與燒銀層導通，形成完整測試回路。

3.3 測試參數設置

通過上位機軟件設置測試參數：升溫速率3℃/min，測試溫度范圍覆蓋樣品實際工作溫度區間；頻率選取4個典型頻段，對應MLCC實際應用場景；測試電壓設定為0.5V，避免高壓導致樣品極化或擊穿。將預處理后的樣品尺寸參數輸入軟件，開啟自動數據采集功能。

3.4 樣品測試與數據記錄

啟動溫控系統與阻抗分析儀，按照預設程序升溫，系統自動采集不同溫度、不同頻率下樣品的TCC、Dk、Df、Cp等參數。每個樣品完成升溫初測后，進行回溫處理并重復測試（二測），通過多次測試驗證結果重復性。所有測試數據由上位機實時記錄并生成原始曲線。

四、測試結果與分析

對三類樣品的測試數據進行整理與分析，重點評估TCC重復性、Dk/Df穩定性及MLCC電容值一致性，結果如下：

4.1 陶瓷圓片樣品測試結果

陶瓷圓片A-BT：TCC曲線重復性優異，不同測試輪次曲線重合度高，差異極小；Dk及Df參數在初測、回溫、二測過程中變化趨勢完全一致，數值偏差控制在允許范圍內，表明該樣品介電性能隨溫度變化穩定，微觀結構均一性良好。

陶瓷圓片B-BT：TCC重復性較好，多輪測試曲線差異較小，無明顯漂移；Dk參數隨溫度變化趨勢一致，雖部分溫度點存在微小波動，但整體符合Ⅱ類陶瓷材料介電特性規律；Df參數穩定性滿足測試要求，未出現異常突變。

4.2 MLCC產品測試結果

MLCC產品TCC多次測試吻合程度良好，電容溫度變化率控制在±15%以內，符合電子設備對電容器溫度穩定性的設計需求；Cp測試值范圍為0.085μF~0.115μF，同一溫度下二測與一測數值差異小于7%，重復性達標；0.5V測試條件下，所有參數均與產品標稱值一致，表明該批次MLCC產品性能合格，可滿足實際應用需求。

4.3 溫控系統精度驗證

測試過程中對溫控精度進行同步驗證，結果顯示：在3℃/min升溫速率下，同一溫度4個頻率采樣的實際溫差小于0.2℃，同一品類樣品相鄰測試點溫差≤0.2℃，溫控精度穩定在±0.1℃，與設備配置單標稱值一致，確保了介電參數測試的準確性與可靠性。

五、結論

1. 測試系統性能可靠：基于Keysight E4990A阻抗分析儀與ECH600探針冷熱臺構建的介電溫譜測試系統，溫控精度高、數據采集準確，能有效捕捉樣品介電參數隨溫度的變化規律，滿足MLCC及陶瓷材料介電溫譜測試的技術需求。

2. 樣品性能達標：本次測試的陶瓷圓片（A-BT、B-BT）及MLCC產品，TCC、Dk、Df等核心參數重復性與穩定性良好，MLCC電容值及溫度變化率符合標稱要求，產品性能一致性優異。

3. 測試方案實用：采用的平行板電容法結合集成化測試系統，操作簡便、測試效率高，可實現樣品介電性能的系統化表征，為MLCC及陶瓷材料的研發優化、量產質量管控提供可靠技術手段。

六、拓展應用：多品牌儀表兼容適配

該介電溫譜測試系統具備良好的兼容性，除搭配Keysight E4990A阻抗分析儀外，還可與同惠TH2838精密LCR測試儀適配。同惠TH2838具備寬頻率范圍與高精度測量能力，在中低頻段介電測試中表現優異，可根據測試需求與預算靈活選擇核心儀表，進一步拓展系統的應用場景，滿足不同用戶的測試需求。