IPC-4101 持续发展以满足新的环保要求
作为大多数电子产品的基座，印制电路板正持续演变以适应不断变化的环境规章。这些变化促使 IPC-4101 标准进行重大扩充。该标准旨在确保层板、预浸材料及其它板材满足设计师、制造商及终端用户的要求。
自 1997 年起该标准便已广泛投入使用，而今，构成这个标准的规范表已进行了更新，涵盖了 11 种新材料。层板和板材供应商使用此规范制定层板要求，以满足细节设计要求。
新旧文件都注重环保技术，并且修改了工作温度及其它参数。IPC-4101 的第四版本论述了卤素含量低的无铅高性能材料。这些规范表确保了层板和预浸材料供应商所提供的材料符合预定水准。
The Dow Chemical Co. 环氧树脂产品与中间产物研发部的 Bob Hearn 表示: “规范表为我们提供了一种我们都能理解的通用语言和一套通用规范。”
这种通用语言使用户获得符合其要求的电路板变得更加简单。扩充标准可以让电路板设计师更加轻松地与供应商进行沟通。
IPC PCB 计划、标准与技术部主管 Tom Newton 说: “他们可以去查询 IPC-4101，找到他们想要的特性，然后制定出一种规范表。” 他还说，当他们根据规范表的要求购买电路板时，设计师可以确保他们获得所需的性能。
Newton 解释说，材料的变化无以数计，而且对材料的化学构成进行微小调整都会对电路板的性能特性产生重大影响。
这些微妙之处让材料供应商能创造出满足各种不同用户要求的层板和预浸材料。有了规范表，化学家便可以将这些产品作为一个目标，从而制定新的解决方案。Hearn 说：“在我们开发新型环氧树脂时，我们会查看这些要求，从中了解我们需要达到怎样的特性。”
大量新规范表的出现正好强调了过去几年里出现的许多变化。
我们需要作出重大变更，以使规范文件在无铅环境下更加有用。“从历史上看，玻璃转换温度 (Tg) 一直是区分不同 FR-4 的一种方法。单凭 Tg 已经无法判断一种材料是否有利于还是不利于您的应用，尤其是对于无铅组件而言。” 负责管理流行标准的 3-11 层板/预浸材料附属委员会主席 Antonio Senese 说。
为消除有害材料而正在产生的变化将不断在复杂的材料世界中提出许多问题。当这些变化结合不同行业的各种要求时，工程师需要帮助找出哪些材料将会满足其终端产品的要求。
多年来一直作为 3-11 委员会成员的 Hearn 说：“在无铅应用中，有必要提高我们所供应环氧树脂和硬化剂系统的热稳定性。“我们需要提供功能更强、具有更高交叉结合密度的环氧树脂系统，以便提供更高的热稳定性。有关热稳定性的三项新测量标准已添至无铅应用规范表中。这三项标准分别是: 热分解温度 (Td)，在 288 摄氏度 (T288) 下的分层时间，以及在低于和高于 Tg 时相应扩展的 Z 轴热膨胀系数 (CTE) (分别命名为 Alpha 1 和 Alpha 2)。”
无铅只是影响 IPC-4101 演变的因素之一。欧洲的监管机构及其它机构已经禁止使用一些材料，这些材料曾是以前电路板的主要材料。
Hearn 说：“我们在开发低卤素产品时也会使用规范表，用非卤化阻燃剂取代溴化阻燃剂。最新的 IPC-4101 修订版 C 中增加了几种新的低卤素规范表。”
该标准的演变也突显了当今系统的增长速度。IPC-4101 针对的是主流产品，但主流的定义正朝着几年前还被视为高端的领域发展。
Arlon’s Material for Electronics Division 的质量总监 Dan Welch 说: “目前热固性树脂在高频应用中得到使用，因此该文件正逐渐向 IPC 的高频标准 — IPC-4103 发展。”
有这么多变化，要准确弄清楚哪些材料满足终端产品的要求就变得更加困难。委员会成员也很关注这方面的开发进程。
Panasonic Electric Works. OEM 业务开发经理 Senese 说: “我们已经为适用于无铅工艺的材料增加了更多的搜索词汇。” 他还说，这些规范表包括填充材料、未填充材料、溴化材料和无卤素材料。
好消息是增加更多的版本可以为设计工程师提供更多的选择。由此换来的是该文件增加到总共 60 多张规范表。Welch 说，“不久以前，FR-4 产品只有三张规范表，现在则有 24 张规范表在标题中提及 FR-4。”
这种复杂状况正在通过运用搜索词汇予以解决，这有助于加速检查流程。研究人员可以输入几个不同的搜索词汇来帮助他们限定相关要求。
Hearn 说: “他们可以输入诸如多功能环氧树脂、低 DK、低 DF 之类的词汇，将各个词汇综合起来，以得到他们所需要的属性。”
尽管搜索词汇对许多用户有利，但只有当公司购买该标准的电子版时才会有所帮助。公司可以购买 CD 装单用户电子版标准文件，或下载该电子版或购买包含硬拷贝和电子版的套装。IPC 文件也可以通过订购和网络许可证格式获得。
随着新规范表的完成，委员会成员正转而考虑下一阶段的更新。其中一个关注领域着重解决困扰着某些无铅电路板的微裂纹问题。
“在无铅状况下，更高的交叉结合密度通常会使电路板更加易碎，因此我们正试图修改环氧树脂骨干或添加增韧剂来克服这个问题。委员会已经在进行循环对比试验，旨在开发出一种新的断裂韧度方法，我们希望将这种方法作为一种修订案添加到 IPC-4101 中。” Hearn 如是说。
IPC-4101 在 IPC 书店有售。通过 www.IHS.com 亦可订购。
