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1.       前言：

有關銅箔基板(Copper Claded Laminates，簡稱CCL)的重要成文國際規范，早期以美國軍規MIL-S-13949H(1993)馬首是瞻，直至1998.11.15后才被一向視為配角的IPC-4101所取代。原因是業界進步太快，而美軍規范一向保守謹慎，來不及跟上HDI商品化的實質進步，于是只好退守軍品的嚴格領域。至于為數龐大的商業電子產品，就另行遵循靈活新穎的IPC商用規范了。

IPC-4101(1993.12)之硬質銅箔基板規范，其21號規格單為最常見FR-4板材之品質詳細規格，共列有13種品質項目。其中有的較為淺顯者，幾乎一看就懂無需贅言，如銅箔之抗撕強度 等。但有的不但字面費解難以查考，且經常是同一術語卻有數種不同說法，似是而非撲朔迷離，每每令人困惑而不知所從。然久而久之也就見怪不怪麻木不仁了，只要按方法去檢驗，或按規格去允收即可，管那許多原理原因做什么。

至于那些項目為何而設？影響下游如何？每項是否一定要做？也就懶得再去追究，甚至連真正定義原理也多半似懂非懂，反正人云亦云以訛傳訛?；砘Ｈブ灰世噬峡?，就顯得學問奇大無比經驗爐火純青，日久積非成是之余，一旦有人以正確說法稱呼之，難免不遭白眼視為異類。鳴呼！君不見"Long time no see 與 no can do" 早已成了漂亮的英文，說不定那天 "People mountain people sea "也會大流其行呢。但不管眾口能否鑠金，是非真理總還是要講個清楚說得明白才不失學術良心，做人做事也才有格，這應與學歷或官位扯不上關系。以下即按IPC-4101后列規格單(Specification Sheet)中的順序對各術語試加詮釋，尚盼高明指正。

2.IPC-4101/21規格總表

PC-4101/21規格總表

3.最重要的品質術語詮釋

3.1.Reliative Permitivity(εr)相對容電率 或 Dielectric Constant(Dk) 介質常數(最重要)

3.1.1錯誤說法

此詞經常被不明原理者，僅就其“字面”似是而非的誤稱為“介電常數”!？有時連一些不夠嚴謹的字典也常犯錯。事實上，Dielectric本身是名詞，即“絕緣材料”或“介電物質”之意；故知“介質常數”本身是“名詞+名詞”所組成的名詞，是材料的一種常數。而Dielectric此字并非形容詞的“介電”，用以形容“常數”而得到的“介電常數”，似乎是在說“介電性質的常數”。請問這倒底指的是什么？天天掛在嘴上的人有誰曾用心想過？人之通病多半是想當然耳!

3.1.2原理說明

此詞原指每“單位體積”的絕緣物質，在每一單位之“電位梯度”下，所能儲蓄“靜電能量”（Electrostatic Energy）的多寡而言。猛看之下，一時并不容易聽懂。

此詞尚另有較新的同義字“容電率”（Permittivity日文稱為誘電率），由字面上可體會到與電容（Capacitance）之間的關系與含義。當多層板絕緣板材之“容電率”較大時，即表示訊號線中的傳輸能量已有不少被蓄容在板材中，如此將造成“訊號完整性”（Signal Integrity）之品質不佳，與傳播速率（Propagation Velocity）的減慢。換言之即表示已有部分傳輸能量被不當浪費或容存在介質材料中了。是故絕緣材料的“介質常數”（或容電率）愈低者，其對訊號傳輸的品質才會更好。目前各種板材中以鐵氟龍（PTFE），在1 MHz頻率下所測得介質常數的2.5為最好，FR-4約為4.7。

3.1.3電容詮釋

上述介質常數（Dk）若在多層板訊號傳輸的場合中，還可以電容的觀點詳加詮釋如下：

　　由上左圖可知MLB中，其訊號線層與大地層兩平行金屬板之間，夾有絕緣介質（即膠片之玻纖與環氧樹脂）時，在訊號傳輸工作中（也有很小的電流通過）將會出現一種電容器（Capacitor）的效應，其公式如下：

由式中可知其電容量的多寡，與上下重疊之面積A（即訊號線寬與線長之乘積）及介質常數Dk成正比，而與其間的介質厚度d成反比。

從電容計算公式看來，原“介質常數”的說法并無不妥。但若用以表達板材之不良“極性”時，則不如“容電率”來得更為貼切。因而目前對此Dk，在正式規范中均已改稱為更標準說法的“相對電容率εr”了。注意ε是希臘字母Episolon，并非大寫的E，許多半桶水者經常寫錯也念錯。

事實上，絕緣板材之所以會出現這種不良的“容電”效果，主要是源自其材板材本身分子中具有極性（polarity）所致。由于其極性的存在，于是又產生一種電雙極式的“偶極矩”（Dipole Moment，例如純水25℃于Benzene中之數值即為1.36），進而造成平行金屬板間之介質材料，對靜電電荷產生“蓄或容”的負面效果，極性愈大時Dk也愈大，容蓄的靜電電荷也愈多。

純水本身的Dk常高達75，故板材必須盡量避免吸水，才不致升高Dk而減緩了訊號的傳輸速度，以及對特性阻抗控制等電性品質。

業界重要的銅箔基板（CCL）規范，如早期的MIL-S-13949H（1993），現行的IPC-4101（1997）以及IEC-326等，均已改稱為Permittivity而不再說成Dk了。然而國內業者知道εr的人并不多，甚至連原來的Dk也多誤稱為“介電常數”，想必是前輩資深者天天忙碌與辛苦之下，只好不求甚解自欺欺人以訛傳訛，使得后進者也糊里胡涂不得不跟著錯下去了。

3.1.4應用詮釋

上述“相對容電率”（即介質常數）太大時，所造成訊號傳播（輸）速率變慢的效果，可利用著名的Maxwell Equation加以說明：

Vp（傳播速率）＝C（光速）∕√εr（周遭介質之相對容電率）

此式若用在空氣之場合時（εr＝1），此即說明了空氣中的電波速率等于光速。但當一般多層板面上訊號線中傳輸“方波訊號”時（可視為電磁波），須將FR-4板材與綠漆的εr（Dk）代入上式，其速率自然會比在空氣中慢了許多，且εr愈高時其速率會愈慢。

正如同高速公路上若有大量污泥存在時，其車速之部份能量會被吸收，車速也會隨之變慢。還可換一種想象來加以說明，如在彈簧路面上跑步時，其速度自然不如正常路面來得快，原因當然還是部份能量被浪費在彈跳上了。由此可知板材的εr要盡量抑抵的重要性了，且還要在溫度變化中具有穩定性，方不致影響“時脈速率”不斷提高下的訊號品質。

不過若專業生產電容器時，則材料之εr反而要越高越好，而陶瓷之εr常在100以上正是容器的理想良材。

3.1.5測試方法

IPC-4101對εr及Df，都指定按IPC-TM-650之2.5.5.3法去做，即以Balsbaugh品牌之LD3 Dielectric Cell去測Air的電容值（C1），及測Dow Corning 200 Fluid油的電容值(C2)，再測第一樣板（3.2inX 3.2inX 板層）的電容值（C3），之后又測第二樣板的電容值（C4），即可利用其公式：

然后再測液油的導電度G1，及第一樣板的導電度G2，并利用其公式計算出Df

但上述做法是在1MHz的頻率下所測，所得數據已遠不敷實際需要，對于近年來工作頻率高達1GHz 甚至在1GHz以上之Dk者，則需另采“真空腔”方式（Vacuum Cavity）去測試才行，但此法在業界尚未流行。

3.2 Loss Tanget 損失正切∕Disspation Factor（Df）散失因素(最重要)

3.2.1原理說明

此詞在信息業與通信業最簡單直接了當的定義是“訊號線中已漏失（Loss）到絕緣板材中的能量，對尚存在（Stored）線中能量之比值”。

但本詞在電學中原本卻是對交流電在功能損失上的一種度量，系絕緣材料的一種固有的性質。即“散失因素”與電功損失成正比，與周期頻率（f）、電位梯度的平方（E2），及單位體積成反比，其數學關系為

當此詞Df用于訊號之高速傳輸（指數位邏輯領域）與高頻傳播（指RF射頻領域）等信息與通訊業中，尚另有三個常見的同義字，如損失因素（Loss Factor）、介質損失（Dielectric Loss），以及 損失正切Loss Tangent（日文稱為損失正接）等三種不同說法的出現，甚至IC業者更簡稱為Loss而已，其實內涵并無不同。

世界上并無完全絕緣的材料存在，再強的絕緣介質只要在不斷提高測試電壓下，終究會出現打穿崩潰的結局。即使在很低的工作電壓下（如目前CPU的2.5 V），訊號線中傳輸的能量也多少會漏往其所附著的介質材料中。正如同品質再好的耐火磚，也多少會散漏出一些熱量出來。

　　3.2.2三角函數詮釋

　　訊號線于工作中已漏掉或已損失掉的能量，就傳輸本身而言可稱之“虛值”，而剩下仍可用以工作者則可稱之為“實值”。所謂的Df，就是將虛值（ε”）比上實值（ε’），如此所得的比值正是“散失因素”的簡單原始定義?，F再以虛實坐標的復數觀念說明，并以圖標表達如下：

　　 由上圖三角函數的關系可知：

　　Tand＝對邊∕鄰邊＝ε”∕ε’　or?。教摠M實，

　　這Loss Tangent豈不正是Df的原始定義的另一種分身面貌嗎？故知Tand損失正切（或日文的損失正接，由圖可知ε 正接于ε'）的“跩文”說法(Buzzword)完全是故弄玄虛賣弄學問?；Ｍ庑卸?，說穿了就不值一哂。

3.2.3應用詮釋

對高頻（High Frequency）訊號欲從板面往空中飛出而言，板材Df要愈低愈好，例如800MHz時最好不要超過0.01。否則將對射頻（RF）的通訊（信）產品具有不良影響。且頻率愈高時，板材的Df要愈小才行。正如同飛機要起飛時，其滑行的跑道一定要非常堅硬，才不致造成能量的無法發揮。

3.2.4 Q-Factor品質因素

又，基材板品質術語中還有一種“Quality Factor”（簡稱為Q Factor）的術語，其定義為上述之“實/虛”，恰與Df成為反比，即Q Factor＝1/Df。

高頻訊號傳輸之能量，工作中常會發生各種不當的損失，其一是往介質板材中漏失，稱為Dielectric Loss。其二是在導體中發熱的損失，稱為Conductor Loss。其三是形成電磁波往空氣中損失稱為Radiation Loss。前者可改用Df較低的板材制作高頻電路板，以減少損失。至于導體之損失，則可另以壓延銅箔或低棱線線銅箔，取代明顯柱狀結晶的粗糙E. D. Foil (Grade 1)，以因應不可避免的集膚效應（Skin Effect）。而輻射損失則需另加遮蔽（Shielding），并導之于“接地層”的零電位中，以消除可能的后患。一般行動電話手機板上，做為區隔用途的圍墻（Fence）根基(即鍍化鎳金之寬條)，其眾多接地用的圍墻孔（Fence Hole），即可將組裝后金鐘罩所攔下的電磁波，消彌之于接地中，而不致于傷害到使用者的腦袋。

　　3.2.5測試方法

與前6.5相同。

3.3 Flammability燃性(最重要)

3.3.1說明

本詞實際上是指板材樹脂的“難燃性”（Inflammability）而言，重要規范與規格之來源有二，即(1)UL-94 and UL-796 (2)NEMA LI1-1989。常見之FR-4、FR-5等術語即出自NEMA之規范。為了大眾安全起見，電子產品的用料均須達到“難燃”或“抗燃” 的效果（即指火源消失后須具自熄Self-Distinguish的性質），以減少火災發生時的危險性，是產品品質以外的安全規定。許多不內行的業者所常用的廣告詞竟出現：“本公司產品品質均已符合UL的規定”，是一種“鐵路警察查戶口”式的笑話。