2025-10-17
उच्च-शक्ति, उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स के युग में—5G बेस स्टेशनों से लेकर इलेक्ट्रिक वाहन (EV) पावरट्रेन और एयरोस्पेस रडार सिस्टम तक—मल्टीलेयर सिरेमिक PCBs (MLC PCBs) एक महत्वपूर्ण सक्षम तकनीक के रूप में सामने आते हैं। पारंपरिक FR4 PCBs के विपरीत, जो अत्यधिक तापमान पर गर्मी अपव्यय और सिग्नल अखंडता के साथ संघर्ष करते हैं, MLC PCBs बेहतर तापीय चालकता, तापमान प्रतिरोध और डाइइलेक्ट्रिक प्रदर्शन प्रदान करने के लिए सिरेमिक सब्सट्रेट (जैसे, एल्यूमिना, एल्यूमीनियम नाइट्राइड) का लाभ उठाते हैं। वैश्विक MLC PCB बाजार इस मांग को दर्शाता है: यह 2031 तक 9.91% CAGR से बढ़ने का अनुमान है, जो ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस और दूरसंचार क्षेत्रों में अपनाने से प्रेरित है।
यह मार्गदर्शिका MLC PCB निर्माण का एक व्यापक विवरण प्रदान करती है—सामग्री चयन और चरण-दर-चरण उत्पादन से लेकर गुणवत्ता नियंत्रण और वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों तक। डेटा-संचालित तुलना, कार्रवाई योग्य अंतर्दृष्टि और उद्योग सर्वोत्तम प्रथाओं के साथ, यह इंजीनियरों, खरीदारों और डिजाइनरों को इस उच्च-प्रदर्शन तकनीक को समझने और उसका लाभ उठाने के लिए सुसज्जित करता है।
मुख्य बातें
a. सामग्री श्रेष्ठता प्रदर्शन को बढ़ावा देती है: एल्यूमिना (20–30 W/mK) और एल्यूमीनियम नाइट्राइड (170–200 W/mK) सिरेमिक सब्सट्रेट तापीय चालकता में FR4 (0.2–0.3 W/mK) से बेहतर प्रदर्शन करते हैं, जिससे MLC PCBs FR4 की 130°C सीमा के मुकाबले 350°C+ को संभालने में सक्षम होते हैं।
b. निर्माण सटीकता पर समझौता नहीं किया जा सकता है: MLC PCBs को 7 महत्वपूर्ण चरणों की आवश्यकता होती है—सब्सट्रेट तैयारी, परत स्टैकिंग, वाया ड्रिलिंग, धातुकरण, सिंटरिंग, फिनिशिंग और परीक्षण—प्रत्येक को तंग सहनशीलता (परत संरेखण के लिए ±5μm) की आवश्यकता होती है।
c. गुणवत्ता नियंत्रण महंगी विफलताओं को रोकता है: प्रारंभिक सामग्री जांच (SEM निरीक्षण) और इन-प्रोसेस परीक्षण (AOI, विद्युत निरंतरता) उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगों (जैसे, एयरोस्पेस) के लिए दोष दर को कम करके <0.1% तक ले आते हैं।
d. अनुप्रयोग उच्च-दांव वाले उद्योगों में फैले हुए हैं: MLC PCBs ऑटोमोटिव रडार (77 GHz), उच्च-शक्ति LEDs (100,000+ घंटे का जीवनकाल), और सैन्य संचार (कठोर मौसम प्रतिरोध) के लिए आवश्यक हैं।
e. भविष्य का विकास नवाचार पर निर्भर करता है: लघुकरण (घने परतें) और हरित निर्माण (कम-ऊर्जा सिंटरिंग) IoT और EVs में MLC PCB के उपयोग का विस्तार करेंगे।
मल्टीलेयर सिरेमिक PCBs (MLC PCBs) को समझना
MLC PCBs उन्नत सर्किट बोर्ड हैं जो कई सिरेमिक परतों को स्टैक करके और बॉन्ड करके बनाए जाते हैं, जिनमें से प्रत्येक को प्रवाहकीय सर्किट (जैसे, तांबा, चांदी) के साथ उकेरा जाता है। उनकी अनूठी संरचना उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रॉनिक्स में पारंपरिक PCBs द्वारा छोड़े गए अंतर को भरते हुए, सिरेमिक की तापीय दक्षता को मल्टीलेयर डिज़ाइनों के घनत्व के साथ जोड़ती है।
MLC PCBs को क्या विशिष्ट बनाता है?
FR4 PCBs (फाइबरग्लास + एपॉक्सी) या सिंगल-लेयर सिरेमिक PCBs के विपरीत, MLC PCBs प्रदान करते हैं:
a. उच्च तापीय चालकता: FR4 की तुलना में 100–600x तेजी से गर्मी स्थानांतरित करें, जिससे घटक ज़्यादा गरम होने से बचते हैं।
b. व्यापक तापमान सीमा: -200°C (एयरोस्पेस) से 350°C (औद्योगिक भट्टियों) तक विश्वसनीय रूप से संचालित करें।
c. कम डाइइलेक्ट्रिक हानि: 100 GHz तक की आवृत्तियों पर सिग्नल अखंडता बनाए रखें (5G mmWave के लिए महत्वपूर्ण)।
d. कॉम्पैक्ट घनत्व: छोटे स्थानों में अधिक सर्किट फिट करने के लिए माइक्रोविया (50–100μm व्यास) के साथ 4–20 सिरेमिक परतें स्टैक करें।
उद्योग द्वारा मुख्य लाभ
MLC PCBs उद्योग-विशिष्ट दर्द बिंदुओं को हल करते हैं जिन्हें पारंपरिक PCBs नहीं कर सकते हैं। नीचे बताया गया है कि वे प्रमुख क्षेत्रों में मूल्य कैसे प्रदान करते हैं:
| उद्योग अनुप्रयोग | MLC PCBs के मुख्य लाभ | वास्तविक दुनिया का प्रभाव |
|---|---|---|
| ऑटोमोटिव रडार (77 GHz) | - FR4 की तुलना में 50% कम सिग्नल हानि
|
सुरक्षित ADAS के लिए रडार डिटेक्शन रेंज को 20% तक बढ़ाता है (100m से 120m तक)। |
| उच्च-शक्ति LED प्रकाश व्यवस्था | - तापीय चालकता 200 W/mK तक
|
FR4-आधारित डिज़ाइनों की तुलना में LED वारंटी दावों को 70% तक कम करता है। |
| सैन्य संचार | - -50°C से +200°C में संचालित होता है
|
रेगिस्तान, आर्कटिक और युद्ध के वातावरण में विश्वसनीय संचार सुनिश्चित करता है। |
| एयरोस्पेस एवियोनिक्स | - विकिरण-प्रतिरोधी (उपग्रहों के लिए)
|
उपग्रह पेलोड वजन को 15% तक कम करता है, जिससे लॉन्च लागत कम होती है। |
MLC PCBs के लिए सामग्री चयन: एल्यूमिना बनाम एल्यूमीनियम नाइट्राइड
MLC PCBs का प्रदर्शन सब्सट्रेट सामग्री चयन से शुरू होता है। दो सिरेमिक बाजार पर हावी हैं: एल्यूमिना (Al₂O₃) और एल्यूमीनियम नाइट्राइड (AlN)। प्रत्येक में विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित अनूठी विशेषताएं हैं।
साइड-बाय-साइड सामग्री तुलना
| संपत्ति | एल्यूमिना (Al₂O₃) | एल्यूमीनियम नाइट्राइड (AlN) | FR4 (पारंपरिक PCB) |
|---|---|---|---|
| तापीय चालकता | 20–30 W/mK | 170–200 W/mK | 0.2–0.3 W/mK |
| अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान | 1600°C (अल्पकालिक) | 2200°C (अल्पकालिक) | 130°C (निरंतर) |
| डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक (1 MHz) | 9.8–10.5 | 8.0–8.5 | 4.2–4.8 |
| डाइइलेक्ट्रिक हानि (1 MHz) | 0.0005–0.001 | 0.0008–0.0012 | 0.015–0.025 |
| यांत्रिक शक्ति | 300–400 MPa (फ्लेक्सुरल) | 350–450 MPa (फ्लेक्सुरल) | 150–200 MPa (फ्लेक्सुरल) |
| लागत (सापेक्ष) | 1.0 | 3.5–5.0 | 0.1–0.2 |
सही सिरेमिक सामग्री का चयन कैसे करें
a. एल्यूमिना चुनें यदि: आपको मध्यम-गर्मी अनुप्रयोगों (जैसे, LED ड्राइवर, कम-शक्ति वाले ऑटोमोटिव सेंसर) के लिए एक लागत प्रभावी समाधान की आवश्यकता है जहाँ 20–30 W/mK की तापीय चालकता पर्याप्त है।
b. एल्यूमीनियम नाइट्राइड चुनें यदि: आप उच्च-शक्ति परिदृश्यों (जैसे, EV पावरट्रेन, एयरोस्पेस रडार) के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं जिसके लिए अधिकतम गर्मी अपव्यय (170–200 W/mK) और तापमान प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।
c. FR4 से बचें यदि: आपका अनुप्रयोग 130°C से अधिक है या 10 GHz से ऊपर सिग्नल अखंडता की आवश्यकता है।
सामग्री की तैयारी: पाउडर से प्रीफॉर्म तक
निर्माण से पहले, सिरेमिक सामग्री एकरूपता और गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए कठोर तैयारी से गुजरती है:
1. पाउडर प्रसंस्करण: एल्यूमिना/AlN पाउडर को बाद में घने सिंटरिंग को सुनिश्चित करने के लिए एक महीन कण आकार (1–5μm) में मिलाया जाता है। अशुद्धियों (जैसे, लोहा, सिलिका) को दोषों से बचने के लिए <0.1% तक हटा दिया जाता है।
2. बाइंडर जोड़ना: टेप कास्टिंग के लिए एक चिपचिपा “स्लरी” बनाने के लिए पाउडर को कार्बनिक बाइंडर (जैसे, पॉलीविनाइल ब्यूटिरल) और सॉल्वैंट्स के साथ मिलाया जाता है।
3. टेप कास्टिंग: स्लरी को डॉक्टर ब्लेड का उपयोग करके एक वाहक फिल्म (जैसे, PET) पर फैलाया जाता है, जिससे पतली, समान सिरेमिक शीट (50–200μm मोटी) बनती हैं। सॉल्वैंट्स को हटाने के लिए शीट को सुखाया जाता है।
4. पंचिंग/कटिंग: सूखे शीट को वांछित PCB आकार (जैसे, 100x150mm) में काटा जाता है और सटीक स्टैकिंग के लिए संरेखण छेद के साथ पंच किया जाता है।
महत्वपूर्ण कदम: पाउडर शुद्धता की जांच एक्स-रे प्रतिदीप्ति (XRF) के माध्यम से की जाती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि कोई संदूषक न हो—यहां तक कि 0.5% लोहा भी तापीय चालकता को 10% तक कम कर सकता है।
चरण-दर-चरण MLC PCB निर्माण प्रक्रिया
MLC PCB उत्पादन 7 चरणों का एक सटीक-संचालित क्रम है, जिसमें प्रत्येक को विशेष उपकरण और सख्त प्रक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता होती है। कोई भी विचलन (जैसे, गलत संरेखित परतें, अपूर्ण सिंटरिंग) बोर्ड को बेकार कर सकता है।
1. सब्सट्रेट तैयारी: समान सिरेमिक शीट बनाना
MLC PCBs की नींव उच्च-गुणवत्ता वाली सिरेमिक शीट है। टेप कास्टिंग (ऊपर विस्तृत) के बाद, शीट से गुजरती हैं:
a. मोटाई निरीक्षण: एक लेजर माइक्रोमीटर सुसंगत परत स्टैकिंग सुनिश्चित करने के लिए शीट की मोटाई (±2μm सहनशीलता) की जांच करता है।
b. घनत्व परीक्षण: बाइंडर को हटाने और पाउडर सांद्रता को सत्यापित करने के लिए यादृच्छिक नमूनों को बेक किया जाता है—बहुत अधिक बाइंडर सिंटरिंग के दौरान सिकुड़न की ओर ले जाता है।
c. सतह की सफाई: बाद के चरणों में हवा के अंतराल का कारण बन सकने वाली धूल को हटाने के लिए शीट को आइसोप्रोपिल अल्कोहल से पोंछा जाता है।
2. परत स्टैकिंग और लैमिनेशन: सिरेमिक परतों को बांधना
स्टैकिंग मल्टीलेयर संरचना बनाने के लिए प्रवाहकीय पैटर्न के साथ सिरेमिक शीट को संरेखित करता है। यहां सटीकता महत्वपूर्ण है—यहां तक कि 10μm गलत संरेखण भी वाया कनेक्शन को तोड़ सकता है।
स्टैकिंग में मुख्य चरण:
a. स्क्रीन प्रिंटिंग: प्रवाहकीय पेस्ट (तांबा, चांदी, या सोना) को सिरेमिक शीट पर स्क्रीन-प्रिंट किया जाता है ताकि सर्किट ट्रेस, पैड और वाया पैड बनाए जा सकें। पेस्ट की चिपचिपाहट को (50,000–100,000 cP) नियंत्रित किया जाता है ताकि तेज, समान रेखाएँ सुनिश्चित हो सकें।
b. संरेखण: शीट को ऑप्टिकल संरेखण प्रणालियों (±5μm सटीकता) का उपयोग करके स्टैक किया जाता है जो पहले पंच किए गए संरेखण छेदों से मेल खाते हैं। परतों को सिरेमिक और प्रवाहकीय पैटर्न के बीच बारी-बारी से व्यवस्थित किया जाता है।
c. लैमिनेशन: स्टैक्ड असेंबली को 70–100°C और 10–20 MPa दबाव पर एक वैक्यूम लैमिनेटर में दबाया जाता है। वैक्यूम हवा के अंतराल को हटाता है, जबकि गर्मी परतों को बांधने के लिए बाइंडर को नरम करती है।
महत्वपूर्ण लैमिनेशन कारक:
| कारक | विशिष्टता | उद्देश्य |
|---|---|---|
| वैक्यूम स्तर | ≤-0.095 MPa | हवा के बुलबुले को खत्म करता है (सिंटरिंग के दौरान डिलेमिनेशन का कारण बनता है)। |
| दबाव | 10–20 MPa (शीट की मोटाई से समायोजित) | परतों के बीच अंतरंग संपर्क सुनिश्चित करता है (वाया डिस्कनेक्शन को रोकता है)। |
| तापमान | 70–100°C | समय से पहले इलाज के बिना बाइंडर को नरम करता है। |
| निवास समय | 5–10 मिनट | दबाव को स्टैक में समान रूप से वितरित करने की अनुमति देता है। |
3. वाया ड्रिलिंग और होल मेटलाइज़ेशन: परतों को जोड़ना
वाया छोटे छेद हैं जो परतों में सर्किट को जोड़ते हैं। MLC PCBs के लिए, दो तरीके आम हैं:
a. लेजर ड्रिलिंग: UV लेजर (355nm तरंग दैर्ध्य) माइक्रोविया (50–100μm व्यास) को ±5μm सटीकता के साथ ड्रिल करते हैं। यह विधि उच्च-घनत्व डिज़ाइनों (जैसे, 5G मॉड्यूल) के लिए आदर्श है।
b. पंचिंग: यांत्रिक पंच कम लागत वाले अनुप्रयोगों (जैसे, LED ड्राइवर) के लिए बड़े वाया (200–500μm) बनाते हैं। पंचिंग लेजर ड्रिलिंग की तुलना में तेज़ है लेकिन कम सटीक है।
ड्रिलिंग के बाद:
c. डेस्मियरिंग: एक प्लाज्मा उपचार वाया दीवारों से अवशिष्ट बाइंडर को हटाता है ताकि धातु आसंजन सुनिश्चित हो सके।
d. मेटलाइज़ेशन: वाया को प्रवाहकीय पेस्ट (चांदी या तांबा) से भरा जाता है या इलेक्ट्रोलेस तांबे (0.5–1μm मोटाई) के साथ चढ़ाया जाता है ताकि परतों के बीच विद्युत मार्ग बन सकें।
4. मेटलाइज़ेशन और सर्किट पैटर्निंग: प्रवाहकीय पथ बनाना
कार्यात्मक सर्किट बनाने के लिए प्रवाहकीय परतें जोड़ी जाती हैं। दो प्राथमिक विधियों का उपयोग किया जाता है:
a. स्क्रीन प्रिंटिंग: MLC PCBs के लिए सबसे आम—प्रवाहकीय पेस्ट को सिरेमिक शीट पर प्रिंट किया जाता है ताकि ट्रेस (50–100μm चौड़ाई) और पैड बन सकें। सॉल्वैंट्स को हटाने के लिए पेस्ट को 120°C पर सुखाया जाता है।
b. स्पटरिंग: उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों (जैसे, रडार) के लिए, एक वैक्यूम सिस्टम का उपयोग करके सिरेमिक शीट पर तांबे की एक पतली परत (1–5μm) को स्पटर किया जाता है। स्पटरिंग स्क्रीन प्रिंटिंग की तुलना में बेहतर आसंजन और सिग्नल अखंडता प्रदान करता है लेकिन अधिक महंगा है।
गुणवत्ता जांच: एक स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण (AOI) प्रणाली ट्रेस चौड़ाई, पैड संरेखण और पेस्ट कवरेज को सत्यापित करती है—सिंटरिंग से पहले गायब ट्रेस जैसे दोषों को चिह्नित किया जाता है।
5. सिंटरिंग: सिरेमिक संरचना को सघन करना
सिंटरिंग वह “मेक-ऑर-ब्रेक” चरण है जो स्टैक्ड, कार्बनिक-भरे असेंबली को एक घने, सिरेमिक PCB में बदल देता है। प्रक्रिया में स्टैक को उच्च तापमान पर गर्म करना शामिल है:
a. कार्बनिक बाइंडर को हटा दें (बर्न-ऑफ चरण: 200–400°C)।
b. सिरेमिक कणों को एक ठोस, घनी संरचना में फ्यूज करें (सिंटरिंग चरण: एल्यूमिना के लिए 1600–1800°C; AlN के लिए 1700–1900°C)।
c. प्रवाहकीय परतों को सिरेमिक सब्सट्रेट से बांधें।
सिंटरिंग के मुख्य परिणाम:
| पहलू | सिंटरिंग के दौरान क्या होता है | प्रदर्शन पर प्रभाव |
|---|---|---|
| सिरेमिक संघनन | पाउडर कण फ्यूज होते हैं, जिससे सरंध्रता 40% से कम <5% तक कम हो जाती है। | तापीय चालकता को 50% तक और यांत्रिक शक्ति को 300% तक बढ़ाता है। |
| बाइंडर बर्न-ऑफ | कार्बनिक बाइंडर ऑक्सीकृत और हटा दिए जाते हैं (कोई अवशेष नहीं छोड़ते)। | शून्य को रोकता है जो तापीय हॉटस्पॉट का कारण बनते हैं। |
| सिकुड़न नियंत्रण | स्टैक 15–20% सिकुड़ता है (यदि सही ढंग से संसाधित किया जाता है, तो समान रूप से)। | अंतिम आकार की भविष्यवाणी करने के लिए प्री-सिंटर्ड “टेस्ट कूपन” की आवश्यकता होती है। |
| सूक्ष्म संरचना एकरूपता | एक सजातीय सिरेमिक अनाज संरचना (5–10μm अनाज आकार) बनती है। | PCB में सुसंगत तापीय और विद्युत गुणों को सुनिश्चित करता है। |
महत्वपूर्ण नियंत्रण: सिंटरिंग भट्टी दरार से बचने के लिए एक प्रोग्राम तापमान रैंप (5°C/मिनट) का उपयोग करती है—तेजी से हीटिंग असमान सिकुड़न का कारण बनता है।
6. सतह परिष्करण: विश्वसनीयता और सोल्डरबिलिटी को बढ़ाना
सिंटरिंग के बाद, MLC PCB घटक असेंबली के लिए इसे तैयार करने के लिए सतह उपचार से गुजरता है:
a. प्लानराइजेशन: शीर्ष/नीचे की सतहों को ±5μm की सपाटता प्राप्त करने के लिए हीरे के अपघर्षक के साथ पीस दिया जाता है—सतह-माउंट घटक (SMC) प्लेसमेंट के लिए महत्वपूर्ण।
b. सतह चढ़ाना: निकल (5–10μm) और सोने (0.1–0.5μm) या ENIG (इलेक्ट्रोलेस निकल इमर्शन गोल्ड) की एक पतली परत पैड पर लगाई जाती है। यह सोल्डरबिलिटी में सुधार करता है और ऑक्सीकरण को रोकता है।
c. लेजर मार्किंग: एक फाइबर लेजर ट्रेसबिलिटी के लिए PCB पर भाग संख्या और बैच कोड को उकेरता है।
MLC PCBs के लिए सतह परिष्करण तुलना:
| फिनिश प्रकार | सोल्डरबिलिटी | संक्षारण प्रतिरोध | लागत (सापेक्ष) | इसके लिए सर्वश्रेष्ठ |
|---|---|---|---|---|
| ENIG | उत्कृष्ट (12 महीने का शेल्फ जीवन) | बेहतर (500h नमक स्प्रे) | 3.0 | एयरोस्पेस, चिकित्सा उपकरण |
| इमर्शन सिल्वर | अच्छा (6 महीने का शेल्फ जीवन) | मध्यम (200h नमक स्प्रे) | 2.0 | ऑटोमोटिव, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स |
| टिन-लीड (HASL) | अच्छा (12 महीने का शेल्फ जीवन) | कम (100h नमक स्प्रे) | 1.0 | कम लागत वाले औद्योगिक अनुप्रयोग |
7. अंतिम असेंबली और परीक्षण: प्रदर्शन को मान्य करना
अंतिम चरण में घटकों को माउंट करना और PCB की कार्यक्षमता को सत्यापित करना शामिल है:
1. घटक प्लेसमेंट: SMCs (जैसे, प्रतिरोधक, संधारित्र, ICs) को पिक-एंड-प्लेस मशीनों (±10μm सटीकता) का उपयोग करके रखा जाता है।
2. रिफ्लो सोल्डरिंग: PCB को एक रिफ्लो ओवन में गर्म किया जाता है (पीक तापमान: लीड-फ्री सोल्डर के लिए 260°C) ताकि सोल्डर पेस्ट को पिघलाया जा सके और घटकों को बांधा जा सके।
3. धुलाई: जलीय सफाई फ्लक्स अवशेष को हटाती है, जो संक्षारण का कारण बन सकती है।
4. कार्यात्मक परीक्षण: PCB को विद्युत निरंतरता, प्रतिबाधा (50Ω डिज़ाइनों के लिए ±1Ω), और सिग्नल अखंडता (उच्च-आवृत्ति बोर्डों के लिए VNA का उपयोग करके) के लिए परीक्षण किया जाता है।
5. पर्यावरणीय परीक्षण: उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगों के लिए, PCBs थर्मल साइकलिंग (-40°C से +150°C, 1000 चक्र) और कंपन परीक्षण (10–2000 Hz, 10G त्वरण) से गुजरते हैं ताकि स्थायित्व सुनिश्चित हो सके।
गुणवत्ता नियंत्रण: MLC PCBs में दोषों को रोकना
MLC PCBs का उपयोग सुरक्षा-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों (जैसे, EV BMS, एयरोस्पेस रडार) में किया जाता है, इसलिए गुणवत्ता नियंत्रण (QC) निर्माण के हर चरण में एम्बेडेड होता है। नीचे बताया गया है कि दोषों को कैसे पकड़ा और रोका जाता है।
1. कच्चा माल QC: शुरुआती मुद्दों को पकड़ना
a. पाउडर शुद्धता: XRF विश्लेषण सुनिश्चित करता है कि अशुद्धियाँ <0.1% हैं—यहां तक कि लोहे की थोड़ी मात्रा भी तापीय चालकता को कम कर सकती है।
b. बाइंडर स्थिरता: फूरियर-ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड (FTIR) स्पेक्ट्रोस्कोपी सिंटरिंग सिकुड़न के मुद्दों को रोकने के लिए बाइंडर संरचना को सत्यापित करती है।
c. शीट एकरूपता: एक लेजर प्रोफाइलर सिरेमिक शीट की मोटाई (±2μm) और सतह खुरदरापन (Ra <0.5μm) की जांच करता है ताकि लैमिनेशन अंतराल से बचा जा सके।
2. इन-प्रोसेस QC: मध्य-उत्पादन में दोषों को रोकना
a. परत संरेखण: ऑप्टिकल संरेखण प्रणालियाँ (±5μm सटीकता) स्टैक्ड परतों की जांच करती हैं—गलत संरेखण >10μm एक पुन: कार्य को ट्रिगर करता है।
b. वाया गुणवत्ता: एक्स-रे निरीक्षण (20μm रिज़ॉल्यूशन) वाया भरने को सत्यापित करता है—वाया वॉल्यूम का >10% शून्य अस्वीकार कर दिया जाता है।
c. सिंटरिंग घनत्व: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत सिरेमिक घनत्व को मापता है—घनत्व <95% सैद्धांतिक मान अपूर्ण सिंटरिंग को इंगित करता है।
3. अंतिम QC: एंड-टू-एंड प्रदर्शन को मान्य करना
a. विद्युत परीक्षण: फ्लाइंग प्रोब टेस्टर खुले/शॉर्ट (100% कवरेज) और प्रतिबाधा स्थिरता (±1Ω) की जांच करते हैं।
b. तापीय परीक्षण: एक लेजर फ्लैश विश्लेषक तापीय चालकता को मापता है—मान <90% विशिष्टता दोषों को इंगित करती है।
c. यांत्रिक परीक्षण: फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ टेस्ट (प्रति ASTM C1161) यह सुनिश्चित करते हैं कि PCB हैंडलिंग का सामना कर सकता है—एल्यूमिना के लिए शक्ति <300 MPa अस्वीकार कर दी जाती है।
d. विश्वसनीयता परीक्षण: त्वरित जीवन परीक्षण (ALT) 10 वर्षों के उपयोग का अनुकरण करता है (जैसे, 1000 थर्मल चक्र) ताकि दीर्घकालिक प्रदर्शन की भविष्यवाणी की जा सके।
डेटा बिंदु: कठोर QC एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए MLC PCB दोष दरों को कम करके <0.1% तक ले आता है—क्षेत्र में महंगी विफलताओं से बचने के लिए महत्वपूर्ण।
MLC PCB अनुप्रयोग और भविष्य के रुझान
MLC PCBs उन उद्योगों में अपरिहार्य हैं जहाँ प्रदर्शन, विश्वसनीयता और तापमान प्रतिरोध पर समझौता नहीं किया जा सकता है। नीचे उनके प्रमुख उपयोग के मामले और उभरते रुझान दिए गए हैं।
उद्योग द्वारा मुख्य अनुप्रयोग
| उद्योग | विशिष्ट उपयोग के मामले | पारंपरिक PCBs पर MLC PCB का लाभ |
|---|---|---|
| ऑटोमोटिव | EV BMS, ADAS रडार (77 GHz), पावरट्रेन नियंत्रक | 150°C इंजन बे गर्मी का सामना करता है; रडार के लिए 50% कम सिग्नल हानि। |
| एयरोस्पेस और रक्षा | उपग्रह ट्रांससीवर, रडार सिस्टम, एवियोनिक्स | विकिरण-प्रतिरोधी; -200°C से +200°C संचालन; धातु-कोर से 30% हल्का। |
| दूरसंचार | 5G mmWave बेस स्टेशन, छोटे सेल | 28/39 GHz पर सिग्नल अखंडता बनाए रखता है; कम डाइइलेक्ट्रिक हानि (<0.001)। |
| चिकित्सा उपकरण | MRI स्कैनर, लेजर डायोड, पहनने योग्य मॉनिटर | बायोकम्पैटिबल (ISO 10993); नसबंदी-प्रतिरोधी (ऑटोक्लेव)। |
| औद्योगिक | उच्च-शक्ति LEDs, औद्योगिक इन्वर्टर, सेंसर | 100,000+ घंटे का जीवनकाल; 300°C औद्योगिक भट्टी वातावरण को संभालता है। |
भविष्य के रुझान MLC PCBs को आकार दे रहे हैं
1. लघुकरण और उच्च घनत्व: छोटे IoT उपकरणों और 5G मॉड्यूल की मांग 20+ परतों और माइक्रोविया <50μm के साथ MLC PCBs को चला रही है—उन्नत लेजर ड्रिलिंग और पतली सिरेमिक शीट (50μm) द्वारा सक्षम।
2. हरित निर्माण: कम-ऊर्जा सिंटरिंग (पारंपरिक भट्टियों के बजाय माइक्रोवेव ओवन का उपयोग करके) ऊर्जा उपयोग को 40% तक कम करता है। पुन: प्रयोज्य बाइंडर (जैसे, पौधे-आधारित पॉलिमर) कचरे को कम करते हैं।
3. नई सिरेमिक सामग्री: सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और बोरॉन नाइट्राइड (BN) सिरेमिक उभर रहे हैं—SiC अल्ट्रा-उच्च-शक्ति EVs के लिए 300 W/mK तापीय चालकता (AlN से बेहतर) प्रदान करता है।
4. एम्बेडेड घटक: निष्क्रिय घटक (प्रतिरोधक, संधारित्र) स्थान बचाने के लिए सिरेमिक परतों के अंदर एम्बेडेड होते हैं—पहनने योग्य और लघु चिकित्सा उपकरणों के लिए आदर्श।
FAQ: MLC PCBs के बारे में सामान्य प्रश्न
1. MLC PCBs FR4 PCBs से अधिक महंगे क्यों हैं?
MLC PCBs FR4 की तुलना में 5–10x अधिक महंगे हैं:
a. विशेष सामग्री (एल्यूमिना/AlN FR4 से 10x अधिक महंगा है)।
b. सटीक निर्माण (लेजर ड्रिलिंग, वैक्यूम सिंटरिंग)।
c. कठोर QC (एक्स-रे, तापीय परीक्षण)।
हालांकि, उनका लंबा जीवनकाल (FR4 की तुलना में 10x) और कम रखरखाव लागत उन्हें उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगों के लिए लागत प्रभावी बनाती है।
2. क्या MLC PCBs को विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है?
हाँ—अनुकूलन विकल्पों में शामिल हैं:
a. सामग्री चयन (लागत के लिए एल्यूमिना, उच्च गर्मी के लिए AlN)।
b. परत गणना (4–20 परतें)।
c. वाया आकार (50–500μm)।
d. सतह परिष्करण (एयरोस्पेस के लिए ENIG, ऑटोमोटिव के लिए इमर्शन सिल्वर)।
e. घटक एम्बेडिंग (लघुकरण के लिए)।
3. MLC PCBs के लिए विशिष्ट लीड टाइम क्या है?
लीड टाइम जटिलता के अनुसार भिन्न होते हैं:
a. प्रोटोटाइप (1–10 इकाइयाँ): 2–4 सप्ताह (सिंटरिंग और परीक्षण शामिल हैं)।
b. छोटे बैच (100–500 इकाइयाँ): 4–6 सप्ताह।
c. बड़े बैच (1000+ इकाइयाँ): 6–8 सप्ताह।
सिंटरिंग प्रक्रिया के कारण लीड टाइम FR4 (1–2 सप्ताह) से अधिक होते हैं, जिसमें 2–3 दिन लगते हैं।
निष्कर्ष: MLC PCBs – अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स की रीढ़
मल्टीलेयर सिरेमिक PCBs पारंपरिक PCBs का सिर्फ एक “उच्च-प्रदर्शन” विकल्प नहीं हैं—वे सबसे अधिक मांग वाले इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए एक आवश्यकता हैं। तापीय चालकता, तापमान प्रतिरोध और सिग्नल अखंडता का उनका अनूठा संयोजन EVs, 5G, एयरोस्पेस और चिकित्सा उपकरणों में नवाचारों को सक्षम बनाता है जो कभी असंभव थे।
MLC PCBs की निर्माण प्रक्रिया—सामग्री की तैयारी और परत स्टैकिंग से लेकर सिंटरिंग और QC तक—सटीकता, विशेष उपकरण और गुणवत्ता पर ध्यान देने की आवश्यकता होती है। पाउडर शुद्धता जांच से लेकर थर्मल साइकलिंग परीक्षण तक, हर चरण को सुरक्षा-महत्वपूर्ण वातावरण में विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग उच्च शक्ति, उच्च आवृत्ति और छोटे फॉर्म फैक्टर की ओर विकसित होता है, MLC PCBs एक और भी बड़ी भूमिका निभाएंगे। लघुकरण, हरित निर्माण और नई सिरेमिक सामग्री जैसे उभरते रुझान IoT, पहनने योग्य और अल्ट्रा-उच्च-शक्ति EVs में उनके उपयोग का विस्तार करेंगे।
इंजीनियरों और खरीदारों के लिए, MLC PCB निर्माण को समझना उनके प्रोजेक्ट के लिए सही तकनीक का चयन करने की कुंजी है। सामग्री चयन, प्रक्रिया नियंत्रण और गुणवत्ता परीक्षण को प्राथमिकता देकर,
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