2025-09-15
उच्च-घनत्व इंटरकनेक्ट (HDI) PCBs ने छोटे, तेज़ और अधिक शक्तिशाली उपकरणों को सक्षम करके इलेक्ट्रॉनिक्स में क्रांति ला दी है - 5G स्मार्टफोन से लेकर मेडिकल इम्प्लांट तक। इस नवाचार के केंद्र में उन्नत सामग्री है जो विद्युत प्रदर्शन, थर्मल स्थिरता और निर्माण क्षमता को संतुलित करती है। मानक PCBs के विपरीत, HDI डिज़ाइन माइक्रोविया (≤150μm), फाइन-पिच ट्रेसेस (3/3 मिल), और उच्च परत गणना (20 परतों तक) का समर्थन करने के लिए विशेष सब्सट्रेट, तांबे की पन्नी और सुदृढीकरण पर निर्भर करते हैं।
यह मार्गदर्शिका HDI निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण सामग्रियों की पड़ताल करती है, उनकी विशेषताओं, अनुप्रयोगों और प्रदर्शन मेट्रिक्स की तुलना करती है। उन्नत FR4 वेरिएंट से लेकर उच्च-प्रदर्शन पॉलीमाइड और BT-एपॉक्सी तक, हम इस बात पर प्रकाश डालेंगे कि प्रत्येक सामग्री उच्च-आवृत्ति, उच्च-घनत्व वाले डिज़ाइनों में अनूठी चुनौतियों का समाधान कैसे करती है। चाहे आप 10Gbps डेटा लिंक या एक कॉम्पैक्ट पहनने योग्य सेंसर डिज़ाइन कर रहे हों, इन सामग्रियों को समझना विश्वसनीयता और प्रदर्शन को अनुकूलित करने की कुंजी है।
मुख्य बातें
1. सामग्री विविधता: HDI PCBs विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उन्नत FR4, पॉलीमाइड, BT-एपॉक्सी, PTFE, और ABF (अजीनोमोटो बिल्ड-अप फिल्म) का लाभ उठाते हैं - कम सिग्नल हानि से लेकर लचीले डिज़ाइनों तक।
2. प्रदर्शन चालक: डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक (Dk), अपव्यय कारक (Df), और ग्लास संक्रमण तापमान (Tg) महत्वपूर्ण हैं; कम Dk/Df सामग्री (जैसे, PTFE) उच्च-आवृत्ति (＞10GHz) अनुप्रयोगों में उत्कृष्ट प्रदर्शन करती हैं।
3. कॉपर इनोवेशन: अल्ट्रा-स्मूथ और पतली तांबे की पन्नी 5G और mmWave डिज़ाइनों में महीन ट्रेसेस (50μm) को सक्षम करती है और सिग्नल हानि को कम करती है।
4. निर्माण तालमेल: सामग्री को लेजर ड्रिलिंग और क्रमिक लैमिनेशन जैसी HDI प्रक्रियाओं के साथ काम करना चाहिए - उदाहरण के लिए, लेजर-ड्रिल करने योग्य ग्लास सुदृढीकरण माइक्रोविया निर्माण को सरल बनाते हैं।
5. अनुप्रयोग फोकस: पॉलीमाइड लचीले HDI पर हावी है; BT-एपॉक्सी ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स में चमकता है; उन्नत FR4 उपभोक्ता उपकरणों में लागत और प्रदर्शन को संतुलित करता है।
उन्नत HDI PCB निर्माण में मुख्य सामग्री
HDI PCBs सामग्रियों के एक सूट पर निर्भर करते हैं, प्रत्येक को विशिष्ट विद्युत, थर्मल और यांत्रिक मांगों को पूरा करने के लिए तैयार किया गया है। नीचे सबसे महत्वपूर्ण श्रेणियों में एक गहन गोता है:
1. डाइइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट: सिग्नल अखंडता की नींव
डाइइलेक्ट्रिक सामग्री प्रवाहकीय परतों को अलग करती है, सिग्नल की गति, हानि और प्रतिबाधा को नियंत्रित करती है। HDI डिज़ाइनों को उच्च-आवृत्ति और उच्च-गति संकेतों का समर्थन करने के लिए तंग सहनशीलता वाले सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है।
| सामग्री श्रेणी | मुख्य गुण | Dk (10GHz) | Df (10GHz) | Tg (°C) | सबसे अच्छा |
|---|---|---|---|---|---|
| उन्नत FR4 | लागत, प्रदर्शन और निर्माण क्षमता को संतुलित करता है | 4.2–4.8 | 0.015–0.025 | 170–180 | उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, IoT सेंसर |
| पॉलीमाइड | लचीला, उच्च तापमान प्रतिरोध | 3.0–3.5 | 0.008–0.012 | 250–300 | लचीला HDI (पहनने योग्य, ऑटोमोटिव सेंसर) |
| BT-एपॉक्सी (बिसमेलिमाइड-ट्रायज़िन) | कम नमी अवशोषण, आयामी स्थिरता | 3.8–4.2 | 0.008–0.010 | 180–200 | ऑटोमोटिव ADAS, 5G बेस स्टेशन |
| PTFE (पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन) | अति-कम हानि, उच्च आवृत्ति प्रदर्शन | 2.2–2.5 | 0.0009–0.002 | ＞260 | mmWave रडार, उपग्रह संचार |
| ABF (अजीनोमोटो बिल्ड-अप फिल्म) | अति-बारीक रेखा क्षमता | 3.0–3.3 | 0.006–0.008 | ＞210 | उच्च-घनत्व IC सब्सट्रेट, सर्वर CPU |
आवृत्ति द्वारा प्रदर्शन ब्रेकडाउन
a.＜10GHz (उदाहरण के लिए, Wi-Fi 6): उन्नत FR4 (उदाहरण के लिए, Isola FR408HR) कम लागत पर पर्याप्त प्रदर्शन प्रदान करता है।
b.10–30GHz (उदाहरण के लिए, 5G सब-6GHz): BT-एपॉक्सी और पॉलीमाइड हानि और स्थिरता को संतुलित करते हैं।
c.＞30GHz (उदाहरण के लिए, mmWave 28/60GHz): PTFE और ABF सिग्नल क्षीणन को कम करते हैं, जो रडार और उपग्रह लिंक के लिए महत्वपूर्ण है।
2. कॉपर फॉइल्स: फाइन ट्रेसेस और कम हानि को सक्षम करना
कॉपर फॉइल्स HDI PCBs में प्रवाहकीय रास्ते बनाते हैं, और उनकी गुणवत्ता सीधे सिग्नल अखंडता को प्रभावित करती है - खासकर उच्च आवृत्तियों पर।
| कॉपर प्रकार | मोटाई रेंज | सतह खुरदरापन | मुख्य लाभ | अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|---|
| पतली कॉपर फॉइल्स | 9–18μm (0.25–0.5oz) | मध्यम (0.5–1.0μm) | घने लेआउट के लिए 50μm ट्रेस/स्पेस को सक्षम करता है | स्मार्टफोन, पहनने योग्य |
| अति-चिकना तांबा | 12–35μm (0.35–1oz) | अति-कम (＜0.1μm) | उच्च-आवृत्ति (＞28GHz) डिज़ाइनों में सिग्नल हानि को कम करता है | mmWave एंटेना, 5G ट्रांससीवर |
| रोल्ड एनील्ड (RA) कॉपर | 18–70μm (0.5–2oz) | कम (0.3–0.5μm) | रिजिड-फ्लेक्स HDI के लिए बेहतर लचीलापन | ऑटोमोटिव सेंसर, फोल्डेबल डिस्प्ले |
सतह खुरदरापन क्यों मायने रखता है: उच्च आवृत्तियों पर, करंट तांबे की सतह के पास बहता है (त्वचा प्रभाव)। खुरदरी सतहें संकेतों को बिखेरती हैं, जिससे हानि बढ़ जाती है - अल्ट्रा-स्मूथ कॉपर 60GHz पर मानक तांबे की तुलना में इसे 30% तक कम कर देता है।
3. सुदृढीकरण सामग्री: शक्ति और प्रक्रिया संगतता
सुदृढीकरण (आमतौर पर ग्लास-आधारित) डाइइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट में यांत्रिक शक्ति जोड़ते हैं और लेजर ड्रिलिंग जैसी HDI निर्माण प्रक्रियाओं को सक्षम करते हैं।
| सुदृढीकरण प्रकार | सामग्री | मुख्य संपत्ति | HDI निर्माण के लिए लाभ |
|---|---|---|---|
| लेजर-ड्रिल करने योग्य ग्लास | स्प्रेड ग्लास यार्न | समान बुनाई, न्यूनतम ड्रिल स्मियरिंग | माइक्रोविया निर्माण को सरल बनाता है (50–100μm व्यास) |
| उच्च-शक्ति ग्लास | ई-ग्लास | कम CTE (3–5 ppm/°C) | मल्टी-लेयर HDI में वारपेज को कम करता है |
| कम-Dk ग्लास | एस-ग्लास | कम डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक (ई-ग्लास के लिए 4.8 बनाम 4.0) | उच्च-आवृत्ति डिज़ाइनों में सिग्नल हानि को कम करता है |
4. सतह खत्म और सोल्डर मास्क: सुरक्षा और कनेक्टिंग
सतह खत्म तांबे को ऑक्सीकरण से बचाते हैं और विश्वसनीय सोल्डरिंग सुनिश्चित करते हैं, जबकि सोल्डर मास्क ट्रेसेस को इन्सुलेट करते हैं और शॉर्ट सर्किट को रोकते हैं।
| सतह खत्म | मुख्य लाभ | सबसे अच्छा |
|---|---|---|
| ENIG (इलेक्ट्रोलेस निकल इमर्शन गोल्ड) | सपाट सतह, उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध | फाइन-पिच BGAs, उच्च-आवृत्ति ट्रेसेस |
| इमर्शन सिल्वर | चिकनी सतह, कम सिग्नल हानि | 5G RF मॉड्यूल, रडार सिस्टम |
| ENEPIG (इलेक्ट्रोलेस निकल इलेक्ट्रोलेस पैलेडियम इमर्शन गोल्ड) | मजबूत आसंजन, उच्च विश्वसनीयता | ऑटोमोटिव ADAS, एयरोस्पेस |
| इमर्शन टिन | लागत प्रभावी, अच्छी सोल्डरबिलिटी | उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, कम लागत वाले HDI |
| सोल्डर मास्क प्रकार | फ़ीचर | अनुप्रयोग |
|---|---|---|
| LPI (लिक्विड फोटो-इमेजिनेबल) | उच्च रिज़ॉल्यूशन (50μm लाइनें) | फाइन-पिच घटक, माइक्रोविया |
| लेजर डायरेक्ट इमेजिंग (LDI) | लेजर-ड्रिल सुविधाओं के साथ सटीक संरेखण | 3/3 मिल ट्रेस/स्पेस के साथ HDI |
विशिष्ट HDI अनुप्रयोगों के लिए सामग्री चयन
सही सामग्री का चयन अनुप्रयोग की आवृत्ति, वातावरण और विश्वसनीयता आवश्यकताओं पर निर्भर करता है:
1. 5G और दूरसंचार
चुनौती: उच्च आवृत्तियाँ (28–60GHz) कम हानि और स्थिर Dk की मांग करती हैं।
समाधान: अल्ट्रा-स्मूथ कॉपर के साथ PTFE सब्सट्रेट (उदाहरण के लिए, रोजर्स RT/duroid 5880) 60GHz पर इंसर्शन हानि को 0.3dB/इंच तक कम करते हैं।
उदाहरण: एक 5G स्मॉल सेल ENIG फिनिश के साथ PTFE HDI का उपयोग करता है, जो 20% कम बिजली की खपत के साथ 10Gbps डेटा दर प्राप्त करता है।
2. ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स
चुनौती: अत्यधिक तापमान (-40°C से 125°C) और कंपन।
समाधान: लेजर-ड्रिल करने योग्य ग्लास और ENEPIG फिनिश के साथ BT-एपॉक्सी सब्सट्रेट - नमी और थर्मल साइकलिंग का प्रतिरोध करता है।
उदाहरण: ADAS रडार मॉड्यूल BT-एपॉक्सी HDI का उपयोग करते हैं, जो 100,000+ मील से अधिक 77GHz प्रदर्शन बनाए रखते हैं।
3. लचीले और पहनने योग्य उपकरण
चुनौती: झुकने और स्थायित्व की आवश्यकता।
समाधान: RA कॉपर के साथ पॉलीमाइड सब्सट्रेट - ट्रेस क्रैकिंग के बिना 100,000+ झुकता है (1 मिमी त्रिज्या) का सामना करता है।
उदाहरण: एक फिटनेस ट्रैकर पॉलीमाइड के साथ लचीले HDI का उपयोग करता है, जो 40 मिमी केस में 3x अधिक सेंसर फिट करता है।
4. हाई-स्पीड डेटा (सर्वर, AI)
चुनौती: 112Gbps PAM4 सिग्नल को न्यूनतम फैलाव की आवश्यकता होती है।
समाधान: अल्ट्रा-स्मूथ कॉपर के साथ ABF फिल्म - Dk स्थिरता (±0.05) प्रतिबाधा नियंत्रण (100Ω ±5%) सुनिश्चित करती है।
उदाहरण: एक डेटा सेंटर स्विच ABF HDI का उपयोग करता है, जो 30% कम विलंबता के साथ 800Gbps थ्रूपुट का समर्थन करता है।
HDI सामग्री रुझान और नवाचार
HDI उद्योग उच्च आवृत्तियों और छोटे फॉर्म फैक्टर की मांग से प्रेरित होकर विकसित हो रहा है:
1. कम-Dk नैनोकम्पोजिट: नई सामग्री (उदाहरण के लिए, सिरेमिक-भरे PTFE) Dk प्रदान करती है <2.0, 100GHz+ अनुप्रयोगों को लक्षित करना।
2. एम्बेडेड घटक: एम्बेडेड प्रतिरोधों/कैपेसिटर वाले डाइइलेक्ट्रिक्स IoT उपकरणों में बोर्ड के आकार को 40% तक कम करते हैं।
3. पर्यावरण के अनुकूल विकल्प: हैलोजन-मुक्त FR4 और पुन: प्रयोज्य तांबे की पन्नी EU और US स्थिरता नियमों को पूरा करती हैं।
4. AI-संचालित सामग्री चयन: Ansys Granta जैसे उपकरण अनुप्रयोग मापदंडों (आवृत्ति, 5. तापमान) के आधार पर इष्टतम सामग्री का चयन करते हैं, जिससे डिज़ाइन चक्र 20% तक कम हो जाते हैं।
FAQ
प्र: HDI सामग्री मानक PCB सामग्री से कैसे भिन्न होती है?
उ: HDI सामग्री तंग Dk/Df सहनशीलता, उच्च Tg, और लेजर ड्रिलिंग के साथ संगतता प्रदान करती है - माइक्रोविया और फाइन ट्रेसेस के लिए महत्वपूर्ण। मानक FR4, उदाहरण के लिए, Df >0.02 है, जो इसे >10GHz संकेतों के लिए अनुपयुक्त बनाता है, जबकि HDI-ग्रेड PTFE में Df <0.002 है।
प्र: मुझे पॉलीमाइड को BT-एपॉक्सी पर कब चुनना चाहिए?
उ: पॉलीमाइड लचीले डिज़ाइनों (उदाहरण के लिए, पहनने योग्य) या उच्च तापमान वाले वातावरण (＞200°C) के लिए आदर्श है। BT-एपॉक्सी कठोर ऑटोमोटिव या 5G अनुप्रयोगों के लिए बेहतर है जिन्हें कम नमी अवशोषण की आवश्यकता होती है।
प्र: उच्च-आवृत्ति संकेतों पर तांबे की सतह खुरदरापन का क्या प्रभाव पड़ता है?
उ: 60GHz पर, खुरदरा तांबा (1μm) अल्ट्रा-स्मूथ कॉपर (0.1μm) की तुलना में सिग्नल हानि को 0.5dB/इंच तक बढ़ाता है - लंबी दूरी के mmWave लिंक के लिए एक महत्वपूर्ण अंतर।
प्र: क्या उन्नत HDI सामग्री अधिक महंगी है?
उ: हाँ - PTFE उन्नत FR4 की तुलना में 5–10x अधिक महंगा है। हालाँकि, वे छोटे डिज़ाइनों को सक्षम करके और विश्वसनीयता में सुधार करके सिस्टम लागत को कम करते हैं, जिससे उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों में निवेश उचित होता है।
प्र: मैं HDI के लिए सही सतह खत्म कैसे चुनूँ?
उ: फाइन-पिच BGAs के लिए, सपाटता के लिए ENIG का उपयोग करें। उच्च-आवृत्ति के लिए, इमर्शन सिल्वर सिग्नल हानि को कम करता है। ऑटोमोटिव के लिए, ENEPIG कठोर वातावरण में बेहतर विश्वसनीयता प्रदान करता है।
निष्कर्ष
उन्नत सामग्री HDI PCB नवाचार की रीढ़ हैं, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स को परिभाषित करने वाले कॉम्पैक्ट, उच्च-प्रदर्शन वाले उपकरणों को सक्षम करती हैं। उपभोक्ता गैजेट्स में उन्नत FR4 से लेकर mmWave रडार में PTFE तक, प्रत्येक सामग्री सिग्नल अखंडता, थर्मल प्रबंधन और निर्माण क्षमता में अनूठी चुनौतियों का समाधान करती है।
इन सामग्रियों के गुणों और अनुप्रयोगों को समझकर - डिज़ाइन और निर्माण टीमों के बीच सहयोग के साथ - इंजीनियर HDI तकनीक की पूरी क्षमता को अनलॉक कर सकते हैं। जैसे-जैसे 5G, AI, और लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स आगे बढ़ते रहेंगे, सामग्री नवाचार एक प्रमुख चालक बना रहेगा, जो PCB डिज़ाइन में क्या संभव है, इसकी सीमाओं को आगे बढ़ाएगा।
LT CIRCUIT जैसे निर्माताओं के लिए, इन सामग्रियों का लाभ उठाना - लेजर ड्रिलिंग और LDI जैसी सटीक प्रक्रियाओं के साथ - यह सुनिश्चित करता है कि HDI PCBs 100Gbps डेटा लिंक से लेकर बीहड़ ऑटोमोटिव सिस्टम तक, अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स की मांग आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
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