Nolan Johnson在DesignCon展会期间采访了Isola公司的Ed Kelley，探讨了材料市场的发展动态。Isola即将推出一款极低损耗、无卤素产品，Kelley表示Isola将继续致力使该产品可供全球各地客户使用。
Nolan Johnson：你和Isola如何看待目前的材料市场？
Ed Kelley：我想从不同的方面来简要介绍，但我将从至关重要的5G开始。人们已经讨论5G很长一段时间，即使是5G的推出，仍有很多事情要做。如果将5G细分为低、中、高频段，那么目前大部分材料都是适用于低、中频段。但是，对于基材供应商和供应链中的其他供应商来说，高频段应用引人关注。当工作频率非常高时，人们需要寻找损耗极低的材料。每一部分基材，包括树脂系统、增强材料和铜箔，都至关重要，需要考虑很多因素。
我们做了大量的工作来开发极低损耗的树脂系统，因为树脂系统包括很多组成部分，不仅仅是聚合物，还有填料和阻燃剂。低Dk玻纤布已成为常见的增强材料。与一年前相比，新一代低Dk玻纤现在具有了更多的可用性，尽管还没有完全商业化，我们正在寻找替代类型的增强材料，以实现某些特性。在更高的频率下，大部分损耗是由于导体损耗造成的，因此需要具有超低表面轮廓的铜箔。
如何确保这些低表面轮廓铜固定介质材料可提供可靠的PCB？单独实现某一电气性能目标容易。但要实现电气性能同时并满足所有其他功能并不容易。除了满足信号完整性外，材料还需要满足复杂多层板的热可靠性和耐CAF性要求。我们还关注PCB的可制造性，希望材料尽可能易于使用，以便客户能够达到高良率。因此，我们花了大量时间提前开发树脂系统，并将其与玻纤和铜选项集成。
再来看电气性能，我们还必须考虑PCB制造商如何使用材料。保持系统尽可能低损耗的细微差别很重要。当制造商采用我们的材料制作内层电路，并将其通过氧化物替代化学物质，是需要关注的5G信号完整性的另一个领域。如果铜表面太粗糙，则会增加损耗。我们都在尽可能努力确保终端产品达到OEM的目标。
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SG Lab Press-Isola新加坡实验室的研发级压合系统
Johnson：平衡这些制约条件非常重要。你们已经在反复研究已知的解决方案，那么如何开发有助于拓展更可靠的5G高速应用材料？
Kelley：我们即将推出一款名为TerraGreen 400G的新产品。顾名思义，它的损耗极低，不含卤素。该产品已通过了UL认证。我们关注的不仅仅是材料本身的性能，还包括我们是否能够日复一日地重复制造。随着产品的增长，供应链是否足够稳定以支持需求的增长？我们正在完成一些最终的鉴定测试，不仅是为了满足内部要求，也是为了与供应商合作；我们要确保产品的组成材料有稳定的供应。我们的产品目标是将树脂、玻纤和铜结合在一起，使其损耗比Isola目前性能最好的高速数字产品Tachyon 100G还要低25%。
通过树脂、玻纤和铜的组合，该产品实现了信号完整性目标。我们已经完成了热可靠性测试，其耐CAF性极佳。事实上，对于这些用于高频应用的非常光滑的铜箔，在蚀刻层压板表面和黏合到其上的半固化片之间的黏合线处铜迁移的情况非常良好。
传统上，人们认为CAF会沿着树脂与玻纤界面迁移，这是最常见的失效。对于其中一些非常低轮廓的铜箔，供应商正在研究如何在铜和介质之间获得更好的化学键，而不是机械键。可以使用各种各样的附着力促进剂，但有些附着力促进剂可能与正在开发的树脂系统不兼容。
如果使用了错误的附着力促进剂，蚀刻去除铜时，它可能仍残留在表面上，干扰半固化片与蚀刻层压板的黏合。我们投入了相当多的时间来研究其中的原因，以及如何为我们的树脂系统提供适当的附着力促进剂，目前已经取得良好的结果。
我们推出这款新产品的同时，也在关注行业未来需求。Isola的化学专家正在寻求合成聚合物，与商用树脂结合使用，以便未来可能会提供一些特有的属性。
开发树脂系统时，我们认识到需要考虑一系列的工作频率，并不一定总是需要损耗最低的材料。如果不需要损耗最低的材料，就不必为不需要的损耗性能买单。我们提供的无卤树脂系统损耗极低，但我们可以将其用于E级玻纤、低Dk玻纤、下一代低Dk玻纤及不同的铜组合。利用同一种树脂系统，实现某些不同的损耗特性及组合，而这些特性和组合在性能和成本方面都很有吸引力。不必总是使用成本最高的选项。
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测量基材Dk、Df的设备实例
Johnson：听起来你们可提供定制化服务。
Kelley：我们想为客户提供最佳性价比组合，但同时还能够批量供应。我们不希望一个树脂系统和另一个树脂系统之间有太多的转换，因为这样非常具有破坏性。使用相同的树脂，加上不同的玻纤和铜组合，这样对工作效率的影响最小。我们可以提供满足客户成本和性能需求的组合，且可以在相对短的交付周期内批量生产。
Johnson：这种定制会产生很多选项，这些选项将影响设计的整体性能。如今，基板本身的材料比以往任何时候都更成为设计规范的关键组成部分。现在，必须在设计过程中指定材料和参数值，以获得某种性能。材料供应商如何与设计师和制造商进行沟通？
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新工厂配置热分析设备
Kelley：我担任PCB工程师很多年，发现沟通过程有了变化：过去，材料供应商与制造商沟通，制造商与OEM沟通；但现在情况发生了变化，材料供应商开始与OEM沟通，说服他们指定材料，有时会让PCB制造商感到焦虑。
Johnson：因为制造商必须证实一些东西。
Kelley：他们甚至可能会指定制造商使用哪个产品。在我作为PCB工程师时，我不喜欢这样，而是更愿意与制造商及OEM合作，尤其是对于新产品或新项目。在客户允许的范围内，Isola努力与制造商及OEM一起沟通，这是大势所趋。比如TerraGreen 400G的开发，我们经常与PCB制造商和OEM召开电话会议。在OEM方面，有负责鉴定材料的人员，通常还有设计师或供应链人员。我们都同时参加电话会议，听到同样的信息，以确保三方达成一致意见。
当审视5G和这些下一代材料时，沟通将变得更加重要，因为材料工艺和制造工艺有微小的变化，信号完整性就会受到影响。例如，氧化物替代化学物质对损耗性能起着重要作用。也许我们还会邀请化学供应商加入。沟通将更复杂，但对一起工作的每个人都是有价值的。你测试了一到两次达到了一定的性能水平，但你怎么保证每天都能达到该性能？我对此很担心。
这方面我们一直在完善和改进工艺，测试工艺的边界。例如，如果某种树脂的保质期即将到期，这对客户产品的性能意味着什么？Tg是否更低？它会影响损耗性能吗？我们想在产品完全商用化之前了解这些因素。
Johnson：完成认证需要一些时间。
Kelley：是的，这就是Stage-Gate开发流程的挑战。更准确地说，我们使用了改进的Stage-Gate流程，尽可能并行地做很多事情。即使是测试实验室规模阶段配方，我们也必须了解它在PCB结构中的反应方式。因此，我们很早就在构建热可靠性、CAF、信号完整性和其他测试载体，以了解和测试这些边界是否与树脂配方以及加工工艺有关。当树脂配方看起来不错时，我们将提交配方进行UL认证，同时在完成UL认证过程时继续进行工艺开发和测试。我们必须深入了解产品的性能。
Johnson：Isola在全球都有业务。亚洲、欧洲和北美这3个主要地区往往有不同的特色。你认为哪里最需要TerraGreen 400G材料？
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Isola位于亚利桑那州Chandler的快捷生产及研发工厂
Kelley：我们预计亚洲和美国的需求最大。这些地区的高速数字领域需求很大，同时也能够应用于毫米波、射频、微波。我们能够在德国的工厂进行生产，以应对我们在欧洲专业研发毫米波应用的客户。在美国，会有更多的样品生产、预生产和小批量生产。我更喜欢本土生产的业务洽谈，但这需要时间。未来几年，亚洲仍将保持最大的需求量。
因此，当新产品商业化时，不仅关注产品性能和制程可重复性，还关注服务模式。我们有产能吗？产能在哪里？我们的客户希望从哪里采购？对于近年来的供应链问题，我们非常敏感。
我们扩大了中国台湾地区其中一个工厂的产能，该工厂不仅可以支持TerraGreen 400G，现有高速材料的生产也在增长。我们设计的表面处理设备可以快速切换，同时支持无卤素和非无卤素产品。
在美国，我们在亚利桑那州的Chandler开设了一家快捷生产工厂，在那里我们可以保持半固化片材料的库存，并按需压合，制作层压板。随着北美需求的增长，我们将进行相应的调整。
Johnson：我们的谈话一直集中于前沿产品，这是早期采用者的领域。那么，对于在钟形曲线中间部分工作的许多设计师，情况会怎样呢？你看到他们采购的东西是否发生了变化？
Kelley：根据地区而异。在北美，所有的供应链问题对许多客户来说无疑是头等大事。
Johnson：谢谢，你的思维转得很快。
Kelley：是的，时机已经确定了。尽管仍然需要处理供应链物流问题，但在Chandler拥有储存半固化片和按需压合的能力对我们来说很重要。在钟形曲线中，趋势正在发生变化，你会看到向更高性能材料的变化。
Johnson：甚至大多数买家也开始转向更高性能的材料吗？
Kelley：也许这更像是一条加宽的钟形曲线。当疫情首次出现时，比如用于呼吸机和其他医疗设备的PCB材料，促使对高Tg FR-4的需求激增。目前，行业对我们2003年推出的主力产品之一的370HR需求仍很强劲。
由于篇幅原因，本文节选刊登，更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年6月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
