2025-10-28
सिरेमिक पीसीबी को डिज़ाइन करना केवल "उच्च-प्रदर्शन" सामग्री चुनने के बारे में नहीं है - यह एप्लिकेशन आवश्यकताओं को कार्रवाई योग्य विवरणों में अनुवाद करने के बारे में है: आपके थर्मल बजट के लिए सही सिरेमिक का चयन करना, ईएमआई को 40% तक कम करने के लिए ट्रेस रूटिंग को अनुकूलित करना, या 10,000 थर्मल चक्रों को जीवित रखने के लिए डिज़ाइन के माध्यम से परिष्कृत करना। बहुत से इंजीनियर "एएलएन चुनने" या "एलटीसीसी का उपयोग करने" पर रुक जाते हैं और उन बारीकियों को नजरअंदाज कर देते हैं जो "कार्यात्मक" डिज़ाइन को "विश्वसनीय, लागत प्रभावी" में बदल देती हैं।
यह 2025 गाइड आपको संपूर्ण सिरेमिक पीसीबी अनुकूलन यात्रा - सामग्री और स्टैकअप चयन (बुनियादी कदम) से लेकर व्यावहारिक कार्यान्वयन (विफलताओं को रोकने वाले विवरण) तक ले जाती है। हमने विफलता दर को 80% तक कम करने और स्वामित्व की कुल लागत (टीसीओ) को 30% तक कम करने के लिए एलटी सर्किट जैसे शीर्ष निर्माताओं द्वारा उपयोग की जाने वाली 7 महत्वपूर्ण अनुकूलन रणनीतियों को तोड़ दिया है। चाहे आप ईवी इनवर्टर, मेडिकल इम्प्लांट, या 5जी एमएमवेव मॉड्यूल के लिए डिज़ाइन कर रहे हों, यह रोडमैप आपको सामान्य नुकसान से बचने और सिरेमिक पीसीबी प्रदर्शन को अधिकतम करने में मदद करता है।
चाबी छीनना
1.चयन मेक-या-ब्रेक है: तापीय चालकता और लागत (उदाहरण के लिए, AlN बनाम Al₂O₃) के बीच ट्रेडऑफ़ को अनदेखा करें, और आप या तो 50% से अधिक खर्च करेंगे या 30% विफलता दर का सामना करेंगे।
2. थर्मल विवरण ड्राइव विश्वसनीयता: पिच के माध्यम से 0.2 मिमी थर्मल (बनाम 0.5 मिमी) ईवी इनवर्टर में हॉट-स्पॉट तापमान को 25 डिग्री सेल्सियस तक कम कर देता है।
3.ईएमआई अनुकूलन वैकल्पिक नहीं है: सिरेमिक पीसीबी को उच्च-आवृत्ति डिज़ाइन में क्रॉसस्टॉक को 60% तक काटने के लिए ग्राउंडेड कॉपर पोर + शील्डिंग डिब्बे की आवश्यकता होती है।
4.मैकेनिकल ट्विक्स क्रैकिंग को रोकते हैं: एज चैंफ़र (0.5 मिमी त्रिज्या) + लचीले कंपोजिट कंपन-प्रवण अनुप्रयोगों में सिरेमिक भंगुरता-संबंधी विफलताओं को 90% तक कम करते हैं।
5.निर्माता सहयोग महत्वपूर्ण है: थर्मल सिमुलेशन को पहले से साझा करने से 20% प्रोटोटाइप विफलताओं (उदाहरण के लिए, बेमेल सिंटरिंग पैरामीटर) से बचा जा सकता है।
परिचय: सिरेमिक पीसीबी डिज़ाइन अनुकूलन विफल क्यों होता है (और इसे कैसे ठीक करें)
अधिकांश सिरेमिक पीसीबी डिज़ाइन खराब सामग्री के कारण नहीं, बल्कि "विस्तार अंतराल" के कारण विफल होते हैं:
a.एक EV इन्वर्टर डिजाइनर ने AlN (170 W/mK) को चुना लेकिन थर्मल विअस को छोड़ दिया - हॉट स्पॉट 180°C तक पहुंच गया, जिससे सोल्डर जोड़ विफल हो गया।
बीए मेडिकल इम्प्लांट टीम ने बायोकम्पैटिबल ZrO₂ का चयन किया, लेकिन तीव्र ट्रेस बेंड्स का उपयोग किया - तनाव सांद्रता के कारण इम्प्लांटेशन के दौरान 25% पीसीबी टूट गए।
सीए 5जी इंजीनियर ने एमएमवेव के लिए एलटीसीसी का उपयोग किया लेकिन प्रतिबाधा नियंत्रण को नजरअंदाज कर दिया - सिग्नल हानि 0.8 डीबी/इंच (बनाम 0.3 डीबी/इंच लक्ष्य) तक पहुंच गई, जिससे कवरेज रेंज खराब हो गई।
समाधान? एक संरचित अनुकूलन प्रक्रिया जो चयन (सामग्री, स्टैकअप) को कार्यान्वयन (थर्मल विअस, ट्रेस रूटिंग, विनिर्माण सहनशीलता) से जोड़ती है। नीचे, हम इस प्रक्रिया को कार्रवाई योग्य चरणों में विभाजित करते हैं - डेटा, तालिकाओं और वास्तविक दुनिया के सुधारों द्वारा समर्थित।
अध्याय 1: सिरेमिक पीसीबी चयन अनुकूलन - सफलता की नींव
चयन (सामग्री और स्टैकअप विकल्प) पहला और सबसे महत्वपूर्ण अनुकूलन कदम है। गलत सिरेमिक चुनें, और विवरण में कोई भी बदलाव आपके डिज़ाइन को नहीं बचाएगा।
1.1 मुख्य चयन कारक (केवल तापीय चालकता पर ध्यान केंद्रित न करें!)
| कारक | यह क्यों मायने रखती है | चयन करने से पहले पूछे जाने वाले प्रश्न |
|---|---|---|
| ऊष्मीय चालकता | ऊष्मा अपव्यय (उच्च-शक्ति डिज़ाइनों के लिए महत्वपूर्ण) निर्धारित करता है। | "क्या मेरे डिज़ाइन को 170 W/mK (AlN) या 24 W/mK (Al₂O₃) की आवश्यकता है?" |
| परिचालन तापमान | सिरेमिक पीसीबी अपने अधिकतम तापमान (जैसे, ZrO₂ = 250°C) से ऊपर ख़राब हो जाते हैं। | "क्या पीसीबी 200°C से अधिक होगा? (यदि हाँ, तो Al₂O₃ से बचें।)" |
| जैव | प्रत्यारोपण योग्य डिज़ाइनों के लिए ISO 10993 अनुपालन की आवश्यकता होती है। | "क्या यह पीसीबी मानव प्रत्यारोपण के लिए है? (यदि हां, तो केवल ZrO₂।)" |
| आवृत्ति स्थिरता | उच्च-आवृत्ति डिज़ाइनों को स्थिर ढांकता हुआ स्थिरांक (डीके) की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, एलटीसीसी = 7.8 ±2%)। | "क्या सिग्नल 10 गीगाहर्ट्ज़ से अधिक होंगे? (यदि हाँ, तो Al₂O₃ से बचें।)" |
| लागत बजट | AlN की लागत 2x Al₂O₃ है; ZrO₂ की लागत 3x AlN है। | "क्या मैं प्रदर्शन से समझौता किए बिना Al₂O₃ के साथ 50% बचा सकता हूँ?" |
| यांत्रिक लचीलापन | सिरेमिक भंगुर होता है - लचीले डिज़ाइनों के लिए कंपोजिट की आवश्यकता होती है। | "क्या पीसीबी झुकेगा? (यदि हां, तो ZrO₂-PI कंपोजिट का उपयोग करें।)" |
1.2 सिरेमिक सामग्री चयन गाइड (एप्लिकेशन मिलान के साथ)
| सिरेमिक सामग्री | प्रमुख गुण | आदर्श अनुप्रयोग | चयन संबंधी गलतियों से बचना चाहिए |
|---|---|---|---|
| एल्यूमिनियम नाइट्राइड (AlN) | 170-220 W/mK, 15kV/mm ढांकता हुआ ताकत | ईवी इनवर्टर, 5जी एम्पलीफायर, हाई-पावर आईजीबीटी | कम-शक्ति वाले डिज़ाइनों के लिए AlN का उपयोग करना (100% अधिक खर्च करना)। |
| एल्युमिनियम ऑक्साइड (Al₂O₃) | 24-29 डब्ल्यू/एमके, $2-$5/वर्ग.इन। लागत | औद्योगिक सेंसर, एलईडी लाइटिंग, कम-शक्ति वाले इनवर्टर | >100W डिज़ाइन (अति ताप जोखिम) के लिए Al₂O₃ का उपयोग करना। |
| ज़िरकोनिया (ZrO₂) | आईएसओ 10993 के अनुरूप, 1200-1500 एमपीए फ्लेक्सुरल ताकत | चिकित्सा प्रत्यारोपण, दंत चिकित्सा उपकरण | उच्च-शक्ति डिज़ाइन (कम तापीय चालकता) के लिए ZrO₂ का उपयोग करना। |
| LTCC (Al₂O₃-आधारित) | स्थिर डीके=7.8, एम्बेडेड निष्क्रिय | 5जी एमएमवेव मॉड्यूल, माइक्रो आरएफ ट्रांसीवर | >800°C वातावरण (850°C से ऊपर ख़राब) के लिए LTCC का उपयोग करना। |
| HTCC (Si₃N₄-आधारित) | 1200°C+ प्रतिरोध, 100 क्रैड विकिरण सख्त | एयरोस्पेस सेंसर, परमाणु मॉनिटर | लागत-संवेदनशील डिज़ाइन के लिए HTCC का उपयोग करना (Al₂O₃ से 5x अधिक महंगा)। |
1.3 परत स्टैकअप चयन अनुकूलन
सिरेमिक पीसीबी स्टैकअप सिर्फ "परतें जोड़ना" नहीं है - यह थर्मल प्रवाह, सिग्नल अखंडता और लागत को संतुलित करने के बारे में है। प्रमुख अनुप्रयोगों के लिए नीचे अनुकूलित स्टैकअप दिए गए हैं:
लक्षित उपयोग के मामलों के लिए उदाहरण स्टैकअप
| आवेदन | परत स्टैकअप | दलील |
|---|---|---|
| ईवी इन्वर्टर (एएलएन डीसीबी) | शीर्ष: 2oz Cu (पावर ट्रेस) → AlN सब्सट्रेट (0.6 मिमी) → निचला: 2oz Cu (ग्राउंड प्लेन) | पावर ट्रेस से सब्सट्रेट तक थर्मल प्रवाह को अधिकतम करता है; मोटा तांबा उच्च धारा को संभालता है। |
| 5जी एमएमवेव (एलटीसीसी) | परत 1: आरएफ निशान (सीयू) → परत 2: ग्राउंड → परत 3: एंबेडेड कैपेसिटर → परत 4: ग्राउंड → परत 5: आरएफ निशान | ग्राउंड प्लेन आरएफ सिग्नल को अलग करते हैं; एंबेडेड पैसिव आकार को 40% तक कम कर देते हैं। |
| मेडिकल इंप्लांट (ZrO₂) | शीर्ष: 1oz एयू (जैव संगत) → ZrO₂ सब्सट्रेट (0.3 मिमी) → नीचे: 1oz एयू (जमीन) | पतला सब्सट्रेट इम्प्लांट का आकार कम कर देता है; सोना जैव अनुकूलता सुनिश्चित करता है। |
स्टैकअप अनुकूलन युक्ति:
उच्च-शक्ति डिज़ाइनों के लिए, ग्राउंड प्लेन को सीधे पावर ट्रेस के नीचे रखें - इससे ऑफसेट प्लेन की तुलना में थर्मल प्रतिरोध 30% कम हो जाता है। आरएफ डिज़ाइन के लिए, ईएमआई को 50% तक कम करने के लिए ग्राउंड प्लेन (स्ट्रिपलाइन कॉन्फ़िगरेशन) के बीच सैंडविच सिग्नल परतें।
अध्याय 2: थर्मल डिज़ाइन अनुकूलन - सिरेमिक पीसीबी को ठंडा और विश्वसनीय रखें
सिरेमिक पीसीबी का सबसे बड़ा लाभ थर्मल चालकता है - लेकिन खराब थर्मल डिज़ाइन इस लाभ का 50% बर्बाद कर देता है। नीचे वे विवरण दिए गए हैं जो ताप अपव्यय को बनाते या बिगाड़ते हैं।
2.1 थर्मल प्रतिरोध गणना (अपने नंबर जानें!)
थर्मल प्रतिरोध (Rθ) यह निर्धारित करता है कि आपका सिरेमिक पीसीबी कितनी प्रभावी ढंग से गर्मी को नष्ट करता है। सिरेमिक सबस्ट्रेट्स के लिए इस सूत्र का उपयोग करें:
Rθ (°C/W) = सब्सट्रेट की मोटाई (मिमी) / (थर्मल चालकता (W/mK) × क्षेत्रफल (m²))
उदाहरण: AlN बनाम Al₂O₃ थर्मल प्रतिरोध
| सिरेमिक प्रकार | मोटाई | क्षेत्र | ऊष्मीय चालकता | आरθ (डिग्री सेल्सियस/डब्ल्यू) | हॉट स्पॉट तापमान (100W) |
|---|---|---|---|---|---|
| एएलएन | 0.6 मिमी | 50मिमी×50मिमी | 180 डब्लू/एमके | 0.13 | परिवेश से 13°C ऊपर |
| Al₂O₃ | 0.6 मिमी | 50मिमी×50मिमी | 25 डब्लू/एमके | 0.96 | परिवेश से 96°C ऊपर |
मुख्य अंतर्दृष्टि: AlN का निचला Rθ हॉट-स्पॉट तापमान को 83% तक कम कर देता है - जो ईवी इनवर्टर और 5जी एम्पलीफायरों के लिए महत्वपूर्ण है।
2.2 थर्मल वाया ऑप्टिमाइज़ेशन (हीट स्प्रेड के लिए #1 विवरण)
थर्मल विअस गर्मी को ऊपरी निशानों से नीचे की सतह तक स्थानांतरित करता है - लेकिन उनका आकार, पिच और मात्रा आपके विचार से कहीं अधिक मायने रखती है:
| थर्मल वाया पैरामीटर | अअनुकूलित (0.5 मिमी पिच, 0.2 मिमी व्यास) | अनुकूलित (0.2 मिमी पिच, 0.3 मिमी व्यास) | प्रभाव |
|---|---|---|---|
| ऊष्मा अंतरण दक्षता | अधिकतम 40% | अधिकतम 90% | हॉट स्पॉट का तापमान 25°C कम हो गया (100W डिज़ाइन) |
| थर्मल प्रतिरोध (Rθ) | 0.45 डिग्री सेल्सियस/डब्ल्यू | 0.18 डिग्री सेल्सियस/डब्ल्यू | Rθ में 60% की कमी |
| विनिर्माण व्यवहार्यता | आसान (यांत्रिक ड्रिलिंग) | लेजर ड्रिलिंग की आवश्यकता है | न्यूनतम लागत वृद्धि (+10%) |
थर्मल वियास के लिए अनुकूलन नियम:
1.पिच: उच्च-शक्ति क्षेत्रों (ईवी इनवर्टर) के लिए 0.2–0.3 मिमी; कम-शक्ति डिज़ाइन (सेंसर) के लिए 0.5 मिमी।
2. व्यास: AlN/LTCC के लिए 0.3 मिमी (लेजर-ड्रिल); व्यास <0.2 मिमी (प्लेटिंग के दौरान रुकावट का खतरा) से बचें।
3. मात्रा: प्रति 10 मिमी² गर्म क्षेत्र में 1 थर्मल वाया रखें (उदाहरण के लिए, 5 मिमी × 5 मिमी आईजीबीटी के लिए 25 वाया)।
2.3 हीट सिंक और इंटरफ़ेस सामग्री एकीकरण
यहां तक कि सबसे अच्छे सिरेमिक पीसीबी को भी 100W से अधिक के डिज़ाइन के लिए हीट सिंक की आवश्यकता होती है। थर्मल अंतराल को खत्म करने के लिए इंटरफ़ेस को अनुकूलित करें:
| इंटरफ़ेस सामग्री | थर्मल प्रतिरोध (डिग्री सेल्सियस·इंच/डब्ल्यू) | के लिए सर्वोत्तम | अनुकूलन युक्ति |
|---|---|---|---|
| थर्मल ग्रीस | 0.005–0.01 | ईवी इनवर्टर, औद्योगिक बिजली आपूर्ति | 0.1 मिमी मोटाई (कोई हवाई बुलबुले नहीं) लागू करें। |
| थर्मल पैड | 0.01–0.02 | चिकित्सा प्रत्यारोपण (कोई ग्रीस रिसाव नहीं) | 0.3 मिमी मोटाई चुनें (दबाव में 0.1 मिमी तक संपीड़ित करें)। |
| चरण-परिवर्तन सामग्री | 0.008–0.015 | 5G बेस स्टेशन (विस्तृत तापमान रेंज) | 60°C पर सक्रिय करें (सामान्य ऑपरेटिंग तापमान से मेल खाता है)। |
केस स्टडी: ईवी इन्वर्टर थर्मल ऑप्टिमाइजेशन
800V इनवर्टर के लिए एक निर्माता के AlN DCB PCB में 180°C हॉट स्पॉट के कारण विफलता दर 12% थी।
अनुकूलन कार्यान्वित:
1. आईजीबीटी के तहत 0.3 मिमी थर्मल विअस (0.2 मिमी पिच) जोड़ा गया।
2. प्रयुक्त थर्मल ग्रीस (0.1 मिमी मोटाई) + एक एल्यूमीनियम हीट सिंक।
3. कॉपर ट्रेस की चौड़ाई 2 मिमी से बढ़ाकर 3 मिमी (चालन हानि को कम करना)।
परिणाम: गर्म स्थान का तापमान गिरकर 85°सेल्सियस हो गया; विफलता दर गिरकर 1.2% हो गई।
अध्याय 3: ईएमआई/ईएमसी डिज़ाइन अनुकूलन - सिग्नल साफ़ रखें
सिरेमिक पीसीबी FR4 की तुलना में बेहतर ईएमआई प्रदर्शन प्रदान करते हैं - लेकिन क्रॉसस्टॉक और हस्तक्षेप से बचने के लिए उन्हें अभी भी अनुकूलन की आवश्यकता होती है, खासकर उच्च-आवृत्ति डिज़ाइन में।
3.1 ग्राउंड प्लेन ऑप्टिमाइज़ेशन (ईएमआई नियंत्रण की नींव)
एक ठोस ग्राउंड प्लेन पर समझौता नहीं किया जा सकता है - लेकिन कवरेज और सिलाई वियास जैसे विवरण सभी अंतर बनाते हैं:
| ग्राउंड प्लेन प्रैक्टिस | अअनुकूलित (50% कवरेज, कोई सिलाई नहीं) | अनुकूलित (90% कवरेज, सिलाई विया) | ईएमआई में कमी |
|---|---|---|---|
| कवरेज क्षेत्र | पीसीबी सतह का 50% | पीसीबी सतह का 90% | 30% कम विकिरणित ईएमआई |
| सिलाई वियास | कोई नहीं | किनारों के साथ हर 5 मिमी | 40% कम क्रॉसस्टॉक |
| ग्राउंड प्लेन स्प्लिट | एनालॉग/डिजिटल के लिए विभाजन | एकल तल (एकल-बिंदु कनेक्शन) | 50% निचला ग्राउंड लूप शोर |
अंगूठे का नियम:
आरएफ/5जी डिज़ाइन के लिए, ग्राउंड प्लेन कवरेज 80% से अधिक होना चाहिए - और संवेदनशील निशानों के आसपास "फैराडे केज" बनाने के लिए हर 5 मिमी में सिलाई विया (0.3 मिमी व्यास) का उपयोग करना चाहिए।
3.2 कम ईएमआई के लिए ट्रेस रूटिंग
खराब ट्रेस रूटिंग सिरेमिक पीसीबी के प्राकृतिक ईएमआई लाभों को कमजोर कर देती है। इन विवरणों का पालन करें:
| ट्रेस रूटिंग अभ्यास | अअनुकूलित (90° मोड़, समानांतर रन) | अनुकूलित (45° मोड़, ओर्थोगोनल रन) | ईएमआई प्रभाव |
|---|---|---|---|
| मोड़ कोण | 90° (तीव्र) | 45° या घुमावदार (त्रिज्या = 2× ट्रेस चौड़ाई) | 25% कम सिग्नल परावर्तन |
| समानांतर रन रिक्ति | 1× ट्रेस चौड़ाई | 3× ट्रेस चौड़ाई | 60% कम क्रॉसस्टॉक |
| विभेदक जोड़ी लंबाई मिलान | ±0.5 मिमी बेमेल | ±0.1 मिमी बेमेल | 30% निचला चरण शिफ्ट (5जी एमएमवेव) |
| आरएफ ट्रेस लंबाई | 100 मिमी (बिना परिरक्षित) | <50मिमी (परिरक्षित) | 40% कम सिग्नल हानि |
3.3 परिरक्षण अनुकूलन (उच्च-हस्तक्षेप वाले वातावरण के लिए)
5G, एयरोस्पेस, या औद्योगिक डिज़ाइन के लिए, EMI को 60% तक कम करने के लिए परिरक्षण जोड़ें:
| परिरक्षण विधि | के लिए सर्वोत्तम | कार्यान्वयन विवरण | ईएमआई में कमी |
|---|---|---|---|
| तांबा डालो परिरक्षण | आरएफ निशान, छोटे मॉड्यूल | ग्राउंडेड तांबे के साथ चारों ओर ट्रेस (0.5 मिमी गैप) | 30-40% |
| धातु परिरक्षण डिब्बे | 5जी एमएमवेव, उच्च-शक्ति एम्पलीफायर | ग्राउंड प्लेन से सोल्डर (कोई गैप नहीं) | 50-60% |
| फेराइट मोती | विद्युत लाइनें, डिजिटल सिग्नल | पावर इनपुट पर रखें (1000Ω @ 100MHz) | 20-30% |
उदाहरण: 5जी एमएमवेव ईएमआई अनुकूलन
एलटीसीसी का उपयोग करने वाले 5जी छोटे सेल डिज़ाइन में ईएमआई के कारण 0.8 डीबी/इंच सिग्नल हानि हुई थी।
लागू किए गए सुधार:
1. आरएफ निशानों के चारों ओर 0.5 मिमी ग्राउंडेड तांबा डाला गया।
2.mmWave चिप के ऊपर एक मेटल शील्डिंग कैन (जमीन के तल पर सोल्डर किया गया) स्थापित किया गया।
3. मिलान अंतर जोड़ी की लंबाई ±0.1 मिमी।
परिणाम: सिग्नल हानि घटकर 0.3 डीबी/इंच हो गई; विकिरणित ईएमआई सीआईएसपीआर 22 क्लास बी मानकों को पूरा करती है।
अध्याय 4: यांत्रिक और विश्वसनीयता डिजाइन अनुकूलन - सिरेमिक क्रैकिंग को रोकें
सिरेमिक स्वाभाविक रूप से भंगुर है - यांत्रिक अनुकूलन पर ध्यान न दें, और आपका पीसीबी असेंबली या उपयोग के दौरान टूट जाएगा। नीचे वे विवरण दिए गए हैं जो स्थायित्व को बढ़ावा देते हैं।
4.1 किनारे और कोने का अनुकूलन (तनाव एकाग्रता को कम करें)
नुकीले किनारे और कोने तनाव राइजर के रूप में कार्य करते हैं - उन्हें टूटने से बचाने के लिए अनुकूलित करें:
| किनारे/कोने का डिज़ाइन | अअनुकूलित (नुकीले किनारे, 90° कोने) | अनुकूलित (0.5 मिमी कक्ष, गोलाकार कोने) | क्रैकिंग पर प्रभाव |
|---|---|---|---|
| आनमनी सार्मथ्य | 350 एमपीए (एएलएन) | 500 एमपीए (एएलएन) | झुकने के प्रति 43% अधिक प्रतिरोध |
| थर्मल साइक्लिंग जीवन रक्षा | 500 चक्र (-40°C से 150°C) | 10,000 चक्र | 20 गुना लंबा जीवनकाल |
| असेंबली यील्ड | 85% (हैंडलिंग के दौरान दरारें) | 99% | 14% अधिक उपज |
अनुकूलन युक्ति:
सभी सिरेमिक पीसीबी के लिए, किनारों पर 0.5 मिमी का चैम्बर और कोनों पर 1 मिमी का दायरा जोड़ें। ईवी/एयरोस्पेस डिज़ाइन के लिए, 1 मिमी चैंबर में अपग्रेड करें (कंपन को बेहतर तरीके से संभालता है)।
4.2 लचीला सिरेमिक कम्पोजिट अनुकूलन (मोड़ने योग्य डिज़ाइन के लिए)
शुद्ध सिरेमिक मुड़ नहीं सकता - पहनने योग्य/प्रत्यारोपण योग्य अनुप्रयोगों के लिए ZrO₂-PI या AlN-PI कंपोजिट का उपयोग करें:
| समग्र प्रकार | लचीलापन (मोड़ चक्र) | ऊष्मीय चालकता | के लिए सर्वोत्तम |
|---|---|---|---|
| ZrO₂-PI (0.1मिमी) | 100,000+ (1 मिमी त्रिज्या) | 2-3 डब्लू/एमके | चिकित्सा प्रत्यारोपण, लचीले ईसीजी पैच |
| एएलएन-पीआई (0.2मिमी) | 50,000+ (2 मिमी त्रिज्या) | 20-30 डब्लू/एमके | फोल्डेबल 5G मॉड्यूल, घुमावदार सेंसर |
कंपोजिट के लिए डिज़ाइन नियम:
दरार से बचने के लिए समग्र मोटाई (उदाहरण के लिए, 0.1 मिमी ZrO₂-PI के लिए 0.2 मिमी त्रिज्या) का मोड़ त्रिज्या ≥2× बनाए रखें।
4.3 थर्मल साइक्लिंग अनुकूलन (अत्यधिक तापमान से बचे रहना)
सिरेमिक पीसीबी तांबे की तुलना में अलग तरह से विस्तारित/संकुचित होते हैं - यह थर्मल साइक्लिंग के दौरान तनाव पैदा करता है। प्रदूषण को रोकने के लिए अनुकूलन करें:
| थर्मल साइक्लिंग अभ्यास | अअनुकूलित (20°C/मिनट रैम्प) | अनुकूलित (5°C/मिनट रैम्प) | परिणाम |
|---|---|---|---|
| रैम्प दर | 20°C/मिनट | 5°C/मिनट | 70% कम तापीय तनाव |
| अधिकतम तापमान पर समय रोकें | 5 मिनट | 15 मिनट | 50% कम नमी का निकास |
| कूल डाउन रेट | अनियंत्रित (15°C/मिनट) | नियंत्रित (5°C/मिनट) | 80% कम प्रदूषण जोखिम |
केस स्टडी: एयरोस्पेस सेंसर मैकेनिकल अनुकूलन
सैटेलाइट सेंसर के लिए एक Si₃N₄ HTCC पीसीबी 30% थर्मल साइकलिंग परीक्षणों (-55°C से 120°C) में क्रैक हो गया।
लागू किए गए सुधार:
1. 1 मिमी किनारे वाले चैम्बर जोड़े गए।
2. थर्मल रैंप दर को 5°C/मिनट तक कम किया गया।
3. प्रयुक्त टंगस्टन-मोलिब्डेनम कंडक्टर (Si₃N₄ के थर्मल विस्तार के गुणांक, CTE से मेल खाता है)।
परिणाम: 10,000 चक्रों के बाद 0% क्रैकिंग।
अध्याय 5: विनिर्माण कार्यान्वयन - डिज़ाइन को वास्तविकता में बदलें
यहां तक कि सबसे अच्छा डिज़ाइन भी विफल हो जाता है यदि वह निर्माण योग्य नहीं है। इन महत्वपूर्ण विवरणों को अनुकूलित करने के लिए अपने सिरेमिक पीसीबी निर्माता के साथ सहयोग करें:
5.1 सहनशीलता नियंत्रण (सिरेमिक पीसीबी FR4 की तुलना में कम क्षमाशील हैं)
सिरेमिक निर्माण के लिए कड़ी सहनशीलता की आवश्यकता होती है - उन्हें अनदेखा करें, और आपका डिज़ाइन फिट नहीं होगा या प्रदर्शन नहीं करेगा:
| पैरामीटर | FR4 सहिष्णुता | सिरेमिक पीसीबी सहिष्णुता | यह क्यों मायने रखती है |
|---|---|---|---|
| परत की मोटाई | ±10% | ±5% (AlN/LTCC) | यह सुनिश्चित करता है कि थर्मल प्रतिरोध लक्ष्य के 10% के भीतर रहे। |
| ट्रेस चौड़ाई | ±0.1मिमी | ±0.05मिमी (पतली फिल्म) | प्रतिबाधा नियंत्रण (50Ω ±2%) बनाए रखता है। |
| स्थिति के माध्यम से | ±0.2मिमी | ±0.05 मिमी (लेजर-ड्रिल) | वाया-ट्रेस मिसलिग्न्मेंट (कारण खुलता है) से बचा जाता है। |
बख्शीश:
सहनशीलता को मान्य करने के लिए अपने निर्माता के साथ 3D मॉडल साझा करें। उदाहरण के लिए, एलटी सर्किट संरेखण के माध्यम से ±0.03 मिमी सुनिश्चित करने के लिए सीएडी मिलान का उपयोग करता है।
5.2 प्रोटोटाइप और सत्यापन (बड़े पैमाने पर उत्पादन से पहले परीक्षण)
प्रोटोटाइप छोड़ने से बड़े पैमाने पर उत्पादन विफलता दर 20% से अधिक हो जाती है। इन महत्वपूर्ण परीक्षणों पर ध्यान दें:
| परीक्षण प्रकार | उद्देश्य | उत्तीर्ण/असफल मानदंड |
|---|---|---|
| थर्मल इमेजिंग | हॉट स्पॉट की पहचान करें. | सिमुलेशन से 10°C से
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