最近，I-Connect007開展了一項針對PCB設計師的調查，約三分之一的受訪者表示，他們會查閱IPC稱之為的材料規格單，如IPC-4101/126，其中包含了有關PCB材料的各種信息。但許多設計師表示，這些規格單中未囊括足夠的信息。有些設計要求制造商選擇材料，還有一些設計師說：“這是射頻PCB，我總是使用供應商X的射頻材料?！蹦敲?，選擇PCB材料的最佳流程是什么？

Doug Sober在1996年開發了IPC-4101《剛性及多層印制板用基材規范》的第一份材料規格單，我們邀請他介紹了規格單，材料規格單是什么，其中不包括什么信息，以及為什么PCB設計師可能會通過專門為設計師開發的IPC材料指南而受益。

Doug Sober

Andy Shaughnessy：Doug，可以先談談你為IPC開發的材料規格單所做的工作嗎？

Doug Sober：1978年，我開始在General Electric公司從事層壓和半固化片業務，1980年被派去參加我的第一次IPC會議。我立即參與了與層壓板、半固化片、銅箔、玻璃織物、樹脂涂層箔等規范任務組的工作。我們開發的第一份標準是IPC-4101，但它并不是憑空產生的。有一份來自軍方的標準——MIL-S-13949H，它規定了對基材的要求。這些要求涉及物理，如彎曲強度和剝離強度，Dk和Df等電氣要求，Tg和浮焊等熱學要求，以及如吸濕性和抗霉等環境要求。IPC-4101全部完成后，包含了各種類型的簡單FR-4和聚酰亞胺基材的規格單。

軍方有這些規格單，描述了特定的基材。作為層壓板和半固化片生產商，必須使產品符合規格單的要求。例如，對應規格單21，需要一系列實驗室測試證明產品符合要求。

然后，軍方的國防電子供應中心（military – Defense Electronics Supply Center ，簡稱DESC）將在其合格產品清單（Qualified Product List ，簡稱QPL）上按商業名稱列出我們公司的產品。

例如，Westinghouse公司的FR-4產品65M38，列在規格單21的QPL中。DESC的Lowell Sherman或Dave Corbett每年會審核每家基材供應商。3-11小組委員會創建IPC-4101時，以MIL-S-13949為基礎，其原因是我們希望IPC-4101得到軍方的認可，使用IPC-4101代替原有標準。1996年，Dave Bergman與軍方高層談判后，啟動IPC-4101，停止使用MIL-S-13949。

在IPC-4101中，簡單的FR-4也符合規格單21的要求。它的名稱與MIL-S-1394中相同，即IPC-4101/21。這就是行業為何將每個規格單稱為“斜線”表/24、/99、/126的原因。但是，我們所說的斜線表從來都不是設計指南，只是對基材提出最低要求，這樣每種材料都可以買賣。每個規格單的標題部分都有一些通用的化學共性，還有其他描述性的詞語。例如，IPC-4101/21表明沒有填料的“大多數環氧樹脂”，編織玻纖增強和Tg最小。

所以，當聽到“對于斜線表，設計師很難決定使用什么材料”時，切記這不是它的初衷。一旦設計師有了他們想要的產品特性，就會通過采購部門進行采購。可互換使用術語“斜線表”和“規格單”。

對于像4101/126這樣的規格單，有10—20個不同的擁有適合其要求的層壓板和半固化片供應商，能夠采購到這些材料，合理地相互替代。

現在，由于我們有這么多低Dk、低Df和超高Tg材料，我認為是時候為4101的剛性材料制定設計指南了。這是我審視3-11分委員會自1996年以來所做工作的思考過程。我們已經發布了很多帶有規格單的基材規范，但我們應該開發幫助設計師的設計指南。目前有撓性印制板和高速/高頻印制板設計指南，也應該開發標準剛性板的設計指南。

這個理念將是非常好的項目：組建由6—8名設計師和基材專家組成的Tiger Team團隊，使用其他設計指南的作為模式，我們可以很容易地為這些材料開發設計指南。

Shaughnessy：難道設計師就不了解IPC設計指南嗎？缺失環節在何處？

Sober：設計師們談論的是高速和高頻，所以他們在尋找低Dk和低Df。我們有最小值，或者在Dk和Df的情況下，這些屬性有最大值。對于10GHz的Dk，最大值可以是0.008，但設計者可能想要小于這個值。他們想要性能更好的基材，但有時他們找不到符合其需求的規格單。

供應商的數據表是他們可以找到想要的實際Dk和Df的資源，因為供應商的數據表“應該”是采購材料時得到的典型值。

如果設計師在規劃時使用數據表，他們可以在這些數據表的底部找到適用的規格單。每家基材供應商都把它們放在那里。合格證書規定必須參考此規格單。

如果4101標準太繁瑣而無法處理，那么設計師就可以在那里找到這些數據。但作為行業專家，我們最好開發一份設計指南，列出適合應用的不同類型材料和規格單，例如，“對于高速路由器，使用斜線表X、Y或Z?！庇辛薚iger Team小組，他們可以很容易地提出這些要求。

Shaughnessy：更新斜線表的流程是什么？

Sober：很簡單，與我們在4101中添加任何內容的流程相同。有人說，“我想添加一份新的斜線表”，主席將其列入議程。新數據表的提案人來參加3-11A會議，將其掛在墻上，進行討論，并為其提出標題名。在后續會議中，我們投票決定是否應將其納入IPC-4101修訂版。在這個流程中，也可能會收到一些行業修改建議。例如，如果有人想包括需要斷裂韌性或抗CAF作為要求，他們可以做演示文件。提案人必須推動新的斜線表，并說明他們認為其對行業很重要的原因。

Shaughnessy：斜線表主要是用來采購嗎？

Sober：是的，它們是為采購部門和客戶服務部門設計的，讓他們可以輕松地反復訂購。

Shaughnessy：聽起來前進的道路在于為材料設計師開發特定的指南，而不是修改斜線表。

Sober：我認為該小組不會允許在每個規格單中列出目標應用領域。所以反過來，如果我們有設計指南，我們會說，“對于5G路由器，這些是最有可能采用的斜線表”。如果正在嘗試為汽車應用提供高CAF阻抗，可以列出最適合這些應用的規格單。

Matties：關于清單和規格單，也會包括材料供應商嗎？

Sober：是的，你可以這樣做。但IPC的規則是不列出任何供應商的名字。我也認為標準中不應該列出供應商的名稱。

我可能會通過IPC Works發布一份調查報告，其中的調查問題有：“我們希望開發一份設計指南來幫助設計師使用4101材料。你認為這是個好主意嗎？你愿意參與嗎？”基于此，IPC可以為設計指南創建另一個任務組。我仍想為業界貢獻自己的微薄之力，仍然對新理念和新事物感興趣。

我們需要一些設計師將他們的知識運用到設計指南開發中，他們可能來自不同的領域，比如汽車設計師、電信設計師和航空航天設計師。Denny Fritz的書中有一章關于設計的內容，他讓我審核關于基材的章節。Gary Ferrari也做了同樣的事情，其他一些人也做了。我們只需要匯集這些知識，并將其整合成為典型的IPC標準。

Shaughnessy：Doug，一些讀者指定了材料，但另一些讀者去找他們的制造商說，“你認為我們應該使用什么材料？”選擇材料的最佳方法是什么？

Sober：很簡單。如果購買的是高速、高頻材料，是由OEM驅動的。在材料的高頻端，沒有可互換的材料。每個OEM都必須測試材料，以確保其在應用中有效，然后他們會特別告訴PCB制造商必須購買AGC 公司的A、B、C材料。它永遠不會給出規格單。銷售這些高速和高頻材料的公司會直接聯系OEM，跳過中間的所有環節，然后制造商被迫購買清單上的產品，不可進行修改。

在低端，制造商會告訴OEM，“這是你們的設計，這是我們最喜歡的半固化片和層壓產品?！彼裕麄儼阉腥肓饲鍐巍Ｔ谀壳暗氖袌錾?，有更多的采購是基于供應商的確切規格，而不是4101或4103包含的通用規格單。

對于中低端產品，OEM會問PCB制造商，“在這個范圍內，你們最喜歡的材料是什么？”有時他們會說，“你告訴我們必須用這種材料來制造，而且這種材料很有效，會為我們進行材料測試嗎？”這就是如何采用一些更中端材料的方式，但高端產品都是由OEM指定的，一直延伸到PCB制造商。

Shaughnessy：我在看4101/126，其中有很多關于材料的信息。設計師需要更多信息嗎？

Sober：是的。信息從斜線表的標題開始，其描述了增強材料的化學成分和類型，可能是玻纖或Kevlar。它還描述材料是溴化阻燃還是無鹵，這對設計師來說很重要。有些人關心填料和玻璃化轉變范圍，這些也列在標題中。然后按順序列出的項目是：剝離強度、體積電阻率、表面電阻率、吸濕性、介電擊穿、Dk、Df、高溫下的彎曲強度，最后一項是耐電弧性。

現在，也許我們可以說，例如，134、126、150和130都非常適合制造低端服務器，并在設計指南中列出這些規格單。我們也可以列出適合航空航天、汽車或任何終端應用的規格單。

Happy Holden：當著眼于設計師的需求時，會發現IPC的標準一直是為OEM、制造商和供應商而開發的。但在設計領域一直較弱，所以開發設計指南來簡化設計會有助于設計師和PCB行業，尤其是在更廣闊的市場中有這么多新人的情況下。我們談論汽車是有原因的：因為電動汽車領域，每年將制造8000萬至1億塊額外的電路板。

PCB行業隨著發展而變得越來越復雜。做出極佳的設計很難，因為適用于航空航天和高速的標準可能并不適用于汽車，汽車強調更高的可靠性、高電流和高電壓。

Matties：在材料選擇方面，設計師應該把注意力轉向哪里？Doug，最重要的指標是什么？

Sober：在如今的行業，每個人都注重10GHz的Df。如果我正在做決策樹，并且正在設計一些與低頻天線有關的新產品，最多的就是Dk與這些要求相關。它涉及到一些可靠性因素，如Z軸膨脹和Td，分解溫度，然后擴展到玻璃化轉變溫度。

但幾乎可以根據目前看到的低Df材料構建決策樹。從Dk和Df開始，然后是熱可靠性特性，包括Tg，接著是剝離強度和CAF阻抗。這些似乎是關鍵因素。

Matties：Doug，非常感謝你。

Sober：謝謝。

編輯：黃飛

?