铜铜箔基板品质术语之诠释

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1、铜铜箔基板品质术语之诠释(一)1.      前言：有关铜箔基板(CopperCladedLaminates，简称CCL)的重要成文国际规范，早期以美国军规MIL-S-13949H(1993)马首是瞻，直至1998.11.15后才被一向视为配角的IPC-4101所取代。原因是业界进步太快，而美军规范一向保守谨慎，来不及跟上HDI商品化的实质进步，于是只好退守军品的严格领域。至于为数庞大的商业电子产品，就另行遵循灵活新颖的IPC商用规范了。IPC-4101(1993.12)之硬质铜箔基板规范，其21号规格单为最常见FR-4板材之品质详细规格，共列有13种品质项目。其中有的

2、较为浅显者，几乎一看就懂无需赘言，如铜箔之抗撕强度等。但有的不但字面费解难以查考，且经常是同一术语却有数种不同说法，似是而非扑朔迷离，每每令人困惑而不知所从。然久而久之也就见怪不怪麻木不仁了，只要按方法去检验，或按规格去允收即可，管那许多原理原因做什么。至于那些项目为何而设？影响下游如何？每项是否一定要做？也就懒得再去追究，甚至连真正定义原理也多半似懂非懂，反正人云亦云以讹传讹。唬来唬去只要朗朗上口，就显得学问奇大无比经验炉火纯青，日久积非成是之余，一旦有人以正确说法称呼之，难免不遭白眼视为异类。鸣呼！君不见"Longtimenosee与nocando"早已成了漂亮的英

3、文，说不定那天"Peoplemountainpeoplesea"也会大流其行呢。但不管众口能否铄金，是非真理总还是要讲个清楚说得明白才不失学术良心，做人做事也才有格，这应与学历或官位扯不上关系。以下即按IPC-4101后列规格单(SpecificationSheet)中的顺序对各术语试加诠释，尚盼高明指正。2.IPC-4101/21规格总表PC-4101/21规格总表3.最重要的品质术语诠释3.1.ReliativePermitivity(εr)相对容电率或DielectricConstant(Dk)介质常数(最重要)3.1.1错误说法此词经常被不明原理者，仅就其“字面

4、”似是而非的误称为“介电常数”!？有时连一些不够严谨的字典也常犯错。事实上，Dielectric本身是名词，即“绝缘材料”或“介电物质”之意；故知“介质常数”本身是“名词+名词”所组成的名词，是材料的一种常数。而Dielectric此字并非形容词的“介电”，用以形容“常数”而得到的“介电常数”，似乎是在说“介电性质的常数”。请问这倒底指的是什么？天天挂在嘴上的人有谁曾用心想过？人之通病多半是想当然耳!3.1.2原理说明此词原指每“单位体积”的绝缘物质，在每一单位之“电位梯度”下，所能储蓄“静电能量”（ElectrostaticEnergy）的多寡而言。猛看之下，一时并不

5、容易听懂。此词尚另有较新的同义字“容电率”（Permittivity日文称为诱电率），由字面上可体会到与电容（Capacitance）之间的关系与含义。当多层板绝缘板材之“容电率”较大时，即表示讯号线中的传输能量已有不少被蓄容在板材中，如此将造成“讯号完整性”（SignalIntegrity）之品质不佳，与传播速率（PropagationVelocity）的减慢。换言之即表示已有部分传输能量被不当浪费或容存在介质材料中了。是故绝缘材料的“介质常数”（或容电率）愈低者，其对讯号传输的品质才会更好。目前各种板材中以铁氟龙（PTFE），在1MHz频率下所测得介质常数的2.5为

6、最好，FR-4约为4.7。3.1.3电容诠释上述介质常数（Dk）若在多层板讯号传输的场合中，还可以电容的观点详加诠释如下： 　　由上左图可知MLB中，其讯号线层与大地层两平行金属板之间，夹有绝缘介质（即胶片之玻纤与环氧树脂）时，在讯号传输工作中（也有很小的电流通过）将会出现一种电容器（Capacitor）的效应，其公式如下：由式中可知其电容量的多寡，与上下重叠之面积A（即讯号线宽与线长之乘积）及介质常数Dk成正比，而与其间的介质厚度d成反比。从电容计算公式看来，原“介质常数”的说法并无不妥。但若用以表达板材之不良“极性”时，则不如“容电率”来得更为贴切。因而目前对此Dk

7、，在正式规范中均已改称为更标准说法的“相对电容率εr”了。注意ε是希腊字母Episolon，并非大写的E，许多半桶水者经常写错也念错。事实上，绝缘板材之所以会出现这种不良的“容电”效果，主要是源自其材板材本身分子中具有极性（polarity）所致。由于其极性的存在，于是又产生一种电双极式的“偶极矩”（DipoleMoment，例如纯水25℃于Benzene中之数值即为1.36），进而造成平行金属板间之介质材料，对静电电荷产生“蓄或容”的负面效果，极性愈大时Dk也愈大，容蓄的静电电荷也愈多。纯水本身的Dk常高达75，故板材必须尽量避免吸水，