最近，I-Connect007開展了一項(xiàng)針對(duì)PCB設(shè)計(jì)師的調(diào)查，約三分之一的受訪者表示，他們會(huì)查閱IPC稱之為的材料規(guī)格單，如IPC-4101/126，其中包含了有關(guān)PCB材料的各種信息。但許多設(shè)計(jì)師表示，這些規(guī)格單中未囊括足夠的信息。有些設(shè)計(jì)要求制造商選擇材料，還有一些設(shè)計(jì)師說(shuō)：“這是射頻PCB，我總是使用供應(yīng)商X的射頻材料。”那么，選擇PCB材料的最佳流程是什么？

Doug Sober在1996年開發(fā)了IPC-4101《剛性及多層印制板用基材規(guī)范》的第一份材料規(guī)格單，我們邀請(qǐng)他介紹了規(guī)格單，材料規(guī)格單是什么，其中不包括什么信息，以及為什么PCB設(shè)計(jì)師可能會(huì)通過(guò)專門為設(shè)計(jì)師開發(fā)的IPC材料指南而受益。

Doug Sober

Andy Shaughnessy：Doug，可以先談?wù)勀銥镮PC開發(fā)的材料規(guī)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(yè)務(wù)，1980年被派去參加我的第一次IPC會(huì)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(guī)范任務(wù)組的工作。我們開發(fā)的第一份標(biāo)準(zhǔn)是IPC-4101，但它并不是憑空產(chǎn)生的。有一份來(lái)自軍方的標(biāo)準(zhǔn)——MIL-S-13949H，它規(guī)定了對(duì)基材的要求。這些要求涉及物理，如彎曲強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度，Dk和Df等電氣要求，Tg和浮焊等熱學(xué)要求，以及如吸濕性和抗霉等環(huán)境要求。IPC-4101全部完成后，包含了各種類型的簡(jiǎn)單FR-4和聚酰亞胺基材的規(guī)格單。

軍方有這些規(guī)格單，描述了特定的基材。作為層壓板和半固化片生產(chǎn)商，必須使產(chǎn)品符合規(guī)格單的要求。例如，對(duì)應(yīng)規(guī)格單21，需要一系列實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證明產(chǎn)品符合要求。

然后，軍方的國(guó)防電子供應(yīng)中心（military – Defense Electronics Supply Center ，簡(jiǎn)稱DESC）將在其合格產(chǎn)品清單（Qualified Product List ，簡(jiǎn)稱QPL）上按商業(yè)名稱列出我們公司的產(chǎn)品。

例如，Westinghouse公司的FR-4產(chǎn)品65M38，列在規(guī)格單21的QPL中。DESC的Lowell Sherman或Dave Corbett每年會(huì)審核每家基材供應(yīng)商。3-11小組委員會(huì)創(chuàng)建IPC-4101時(shí)，以MIL-S-13949為基礎(chǔ)，其原因是我們希望IPC-4101得到軍方的認(rèn)可，使用IPC-4101代替原有標(biāo)準(zhǔn)。1996年，Dave Bergman與軍方高層談判后，啟動(dòng)IPC-4101，停止使用MIL-S-13949。

在IPC-4101中，簡(jiǎn)單的FR-4也符合規(guī)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(yè)為何將每個(gè)規(guī)格單稱為“斜線”表/24、/99、/126的原因。但是，我們所說(shuō)的斜線表從來(lái)都不是設(shè)計(jì)指南，只是對(duì)基材提出最低要求，這樣每種材料都可以買賣。每個(gè)規(guī)格單的標(biāo)題部分都有一些通用的化學(xué)共性，還有其他描述性的詞語(yǔ)。例如，IPC-4101/21表明沒(méi)有填料的“大多數(shù)環(huán)氧樹脂”，編織玻纖增強(qiáng)和Tg最小。

所以，當(dāng)聽到“對(duì)于斜線表，設(shè)計(jì)師很難決定使用什么材料”時(shí)，切記這不是它的初衷。一旦設(shè)計(jì)師有了他們想要的產(chǎn)品特性，就會(huì)通過(guò)采購(gòu)部門進(jìn)行采購(gòu)。可互換使用術(shù)語(yǔ)“斜線表”和“規(guī)格單”。

對(duì)于像4101/126這樣的規(guī)格單，有10—20個(gè)不同的擁有適合其要求的層壓板和半固化片供應(yīng)商，能夠采購(gòu)到這些材料，合理地相互替代。

現(xiàn)在，由于我們有這么多低Dk、低Df和超高Tg材料，我認(rèn)為是時(shí)候?yàn)?101的剛性材料制定設(shè)計(jì)指南了。這是我審視3-11分委員會(huì)自1996年以來(lái)所做工作的思考過(guò)程。我們已經(jīng)發(fā)布了很多帶有規(guī)格單的基材規(guī)范，但我們應(yīng)該開發(fā)幫助設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)指南。目前有撓性印制板和高速/高頻印制板設(shè)計(jì)指南，也應(yīng)該開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)剛性板的設(shè)計(jì)指南。

這個(gè)理念將是非常好的項(xiàng)目：組建由6—8名設(shè)計(jì)師和基材專家組成的Tiger Team團(tuán)隊(duì)，使用其他設(shè)計(jì)指南的作為模式，我們可以很容易地為這些材料開發(fā)設(shè)計(jì)指南。

Shaughnessy：難道設(shè)計(jì)師就不了解IPC設(shè)計(jì)指南嗎？缺失環(huán)節(jié)在何處？

Sober：設(shè)計(jì)師們談?wù)摰氖歉咚俸透哳l，所以他們?cè)趯ふ业虳k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(duì)于10GHz的Dk，最大值可以是0.008，但設(shè)計(jì)者可能想要小于這個(gè)值。他們想要性能更好的基材，但有時(shí)他們找不到符合其需求的規(guī)格單。

供應(yīng)商的數(shù)據(jù)表是他們可以找到想要的實(shí)際Dk和Df的資源，因?yàn)楣?yīng)商的數(shù)據(jù)表“應(yīng)該”是采購(gòu)材料時(shí)得到的典型值。

如果設(shè)計(jì)師在規(guī)劃時(shí)使用數(shù)據(jù)表，他們可以在這些數(shù)據(jù)表的底部找到適用的規(guī)格單。每家基材供應(yīng)商都把它們放在那里。合格證書規(guī)定必須參考此規(guī)格單。

如果4101標(biāo)準(zhǔn)太繁瑣而無(wú)法處理，那么設(shè)計(jì)師就可以在那里找到這些數(shù)據(jù)。但作為行業(yè)專家，我們最好開發(fā)一份設(shè)計(jì)指南，列出適合應(yīng)用的不同類型材料和規(guī)格單，例如，“對(duì)于高速路由器，使用斜線表X、Y或Z。”有了Tiger 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(jiǎn)單，與我們?cè)?101中添加任何內(nèi)容的流程相同。有人說(shuō)，“我想添加一份新的斜線表”，主席將其列入議程。新數(shù)據(jù)表的提案人來(lái)參加3-11A會(huì)議，將其掛在墻上，進(jìn)行討論，并為其提出標(biāo)題名。在后續(xù)會(huì)議中，我們投票決定是否應(yīng)將其納入IPC-4101修訂版。在這個(gè)流程中，也可能會(huì)收到一些行業(yè)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(dòng)新的斜線表，并說(shuō)明他們認(rèn)為其對(duì)行業(yè)很重要的原因。

Shaughnessy：斜線表主要是用來(lái)采購(gòu)嗎？

Sober：是的，它們是為采購(gòu)部門和客戶服務(wù)部門設(shè)計(jì)的，讓他們可以輕松地反復(fù)訂購(gòu)。

Shaughnessy：聽起來(lái)前進(jìn)的道路在于為材料設(shè)計(jì)師開發(fā)特定的指南，而不是修改斜線表。

Sober：我認(rèn)為該小組不會(huì)允許在每個(gè)規(guī)格單中列出目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域。所以反過(guò)來(lái)，如果我們有設(shè)計(jì)指南，我們會(huì)說(shuō)，“對(duì)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(yīng)用提供高CAF阻抗，可以列出最適合這些應(yīng)用的規(guī)格單。

Matties：關(guān)于清單和規(guī)格單，也會(huì)包括材料供應(yīng)商嗎？

Sober：是的，你可以這樣做。但I(xiàn)PC的規(guī)則是不列出任何供應(yīng)商的名字。我也認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)中不應(yīng)該列出供應(yīng)商的名稱。

我可能會(huì)通過(guò)IPC Works發(fā)布一份調(diào)查報(bào)告，其中的調(diào)查問(wèn)題有：“我們希望開發(fā)一份設(shè)計(jì)指南來(lái)幫助設(shè)計(jì)師使用4101材料。你認(rèn)為這是個(gè)好主意嗎？你愿意參與嗎？”基于此，IPC可以為設(shè)計(jì)指南創(chuàng)建另一個(gè)任務(wù)組。我仍想為業(yè)界貢獻(xiàn)自己的微薄之力，仍然對(duì)新理念和新事物感興趣。

我們需要一些設(shè)計(jì)師將他們的知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)指南開發(fā)中，他們可能來(lái)自不同的領(lǐng)域，比如汽車設(shè)計(jì)師、電信設(shè)計(jì)師和航空航天設(shè)計(jì)師。Denny Fritz的書中有一章關(guān)于設(shè)計(jì)的內(nèi)容，他讓我審核關(guān)于基材的章節(jié)。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(shí)，并將其整合成為典型的IPC標(biāo)準(zhǔn)。

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(shuō)，“你認(rèn)為我們應(yīng)該使用什么材料？”選擇材料的最佳方法是什么？

Sober：很簡(jiǎn)單。如果購(gòu)買的是高速、高頻材料，是由OEM驅(qū)動(dòng)的。在材料的高頻端，沒(méi)有可互換的材料。每個(gè)OEM都必須測(cè)試材料，以確保其在應(yīng)用中有效，然后他們會(huì)特別告訴PCB制造商必須購(gòu)買AGC 公司的A、B、C材料。它永遠(yuǎn)不會(huì)給出規(guī)格單。銷售這些高速和高頻材料的公司會(huì)直接聯(lián)系OEM，跳過(guò)中間的所有環(huán)節(jié)，然后制造商被迫購(gòu)買清單上的產(chǎn)品，不可進(jìn)行修改。

在低端，制造商會(huì)告訴OEM，“這是你們的設(shè)計(jì)，這是我們最喜歡的半固化片和層壓產(chǎn)品。”所以，他們把它列入了清單。在目前的市場(chǎng)上，有更多的采購(gòu)是基于供應(yīng)商的確切規(guī)格，而不是4101或4103包含的通用規(guī)格單。

對(duì)于中低端產(chǎn)品，OEM會(huì)問(wèn)PCB制造商，“在這個(gè)范圍內(nèi)，你們最喜歡的材料是什么？”有時(shí)他們會(huì)說(shuō)，“你告訴我們必須用這種材料來(lái)制造，而且這種材料很有效，會(huì)為我們進(jìn)行材料測(cè)試嗎？”這就是如何采用一些更中端材料的方式，但高端產(chǎn)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(guān)于材料的信息。設(shè)計(jì)師需要更多信息嗎？

Sober：是的。信息從斜線表的標(biāo)題開始，其描述了增強(qiáng)材料的化學(xué)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(wú)鹵，這對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)很重要。有些人關(guān)心填料和玻璃化轉(zhuǎn)變范圍，這些也列在標(biāo)題中。然后按順序列出的項(xiàng)目是：剝離強(qiáng)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(qiáng)度，最后一項(xiàng)是耐電弧性。

現(xiàn)在，也許我們可以說(shuō)，例如，134、126、150和130都非常適合制造低端服務(wù)器，并在設(shè)計(jì)指南中列出這些規(guī)格單。我們也可以列出適合航空航天、汽車或任何終端應(yīng)用的規(guī)格單。

Happy Holden：當(dāng)著眼于設(shè)計(jì)師的需求時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)IPC的標(biāo)準(zhǔn)一直是為OEM、制造商和供應(yīng)商而開發(fā)的。但在設(shè)計(jì)領(lǐng)域一直較弱，所以開發(fā)設(shè)計(jì)指南來(lái)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)會(huì)有助于設(shè)計(jì)師和PCB行業(yè)，尤其是在更廣闊的市場(chǎng)中有這么多新人的情況下。我們談?wù)撈囀怯性虻模阂驗(yàn)殡妱?dòng)汽車領(lǐng)域，每年將制造8000萬(wàn)至1億塊額外的電路板。

PCB行業(yè)隨著發(fā)展而變得越來(lái)越復(fù)雜。做出極佳的設(shè)計(jì)很難，因?yàn)檫m用于航空航天和高速的標(biāo)準(zhǔn)可能并不適用于汽車，汽車強(qiáng)調(diào)更高的可靠性、高電流和高電壓。

Matties：在材料選擇方面，設(shè)計(jì)師應(yīng)該把注意力轉(zhuǎn)向哪里？Doug，最重要的指標(biāo)是什么？

Sober：在如今的行業(yè)，每個(gè)人都注重10GHz的Df。如果我正在做決策樹，并且正在設(shè)計(jì)一些與低頻天線有關(guān)的新產(chǎn)品，最多的就是Dk與這些要求相關(guān)。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(kuò)展到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

但幾乎可以根據(jù)目前看到的低Df材料構(gòu)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(qiáng)度和CAF阻抗。這些似乎是關(guān)鍵因素。

Matties：Doug，非常感謝你。

Sober：謝謝。

編輯：黃飛

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