एचडीआई पीसीबी में फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग: उच्च-घनत्व डिज़ाइनों के लिए सटीक तकनीकें

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। इन उन्नत PCBs के केंद्र में दो महत्वपूर्ण विनिर्माण प्रक्रियाएँ हैं: फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग। ये तकनीकें सुनिश्चित करती हैं कि HDI डिज़ाइनों में छोटे विआस (50μm जितने छोटे) और फाइन-पिच ट्रेस विद्युत रूप से विश्वसनीय, यांत्रिक रूप से मजबूत हों, और उच्च गति वाले संकेतों की मांगों को संभालने के लिए तैयार हों।

यह मार्गदर्शिका बताती है कि फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग कैसे काम करते हैं, HDI PCB प्रदर्शन में उनकी भूमिका, प्रमुख तकनीकें, और वे आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए क्यों अपरिहार्य हैं। चाहे आप एक कॉम्पैक्ट पहनने योग्य या एक उच्च-आवृत्ति रडार मॉड्यूल डिज़ाइन कर रहे हों, इन प्रक्रियाओं को समझना विश्वसनीय, उच्च-प्रदर्शन HDI PCBs प्राप्त करने के लिए आवश्यक है।

मुख्य बातें
1. फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग HDI PCBs में समान तांबे की परतें (±5μm मोटाई) बनाता है, जो उच्च गति वाले संकेतों (25Gbps+) के लिए सुसंगत प्रतिबाधा (50Ω/100Ω) सुनिश्चित करता है।
2. होल फिलिंग (प्रवाहकीय या गैर-प्रवाहकीय सामग्री के माध्यम से) माइक्रोवियास में हवा की जेब को खत्म करता है, जिससे सिग्नल हानि 30% कम हो जाती है और थर्मल चालकता 40% बढ़ जाती है।
3. पारंपरिक प्लेटिंग की तुलना में, फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग सतह की खुरदरापन को 50% कम कर देता है, जो उच्च-आवृत्ति डिज़ाइनों में सिग्नल क्षीणन को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है।
4. एयरोस्पेस, दूरसंचार और चिकित्सा उपकरणों जैसे उद्योग 0.4 मिमी पिच BGAs और प्रति वर्ग इंच 10,000+ विआस के साथ HDI PCBs प्राप्त करने के लिए इन तकनीकों पर भरोसा करते हैं।

HDI PCBs में फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग क्या हैं?
HDI PCBs को स्थान बचाने के लिए घने पैक किए गए घटकों और छोटे विआस की आवश्यकता होती है, लेकिन ये सुविधाएँ अद्वितीय विनिर्माण चुनौतियाँ पैदा करती हैं। 1. फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग इन चुनौतियों का समाधान करते हैं:
फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग: एक विशेष इलेक्ट्रोप्लेटिंग प्रक्रिया जो PCB सतह पर और विआस में तांबे की एक समान परत जमा करती है, जो न्यूनतम मोटाई भिन्नता के साथ एक चिकनी, समान फिनिश सुनिश्चित करती है। यह उच्च गति वाले ट्रेस में नियंत्रित प्रतिबाधा बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।
2. होल फिलिंग: माइक्रोवियास (परतों को जोड़ने वाले छोटे छेद) को प्रवाहकीय या गैर-प्रवाहकीय सामग्री से भरने की प्रक्रिया ताकि रिक्तियों को खत्म किया जा सके, यांत्रिक शक्ति बढ़ाई जा सके, और थर्मल और विद्युत प्रदर्शन में सुधार किया जा सके।

HDI PCBs को इन प्रक्रियाओं की आवश्यकता क्यों है
बड़े विआस (≥200μm) वाले पारंपरिक PCBs मानक प्लेटिंग का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन माइक्रोवियास (50–150μm) वाले HDI डिज़ाइनों को सटीकता की आवश्यकता होती है:
  a. सिग्नल अखंडता: उच्च गति वाले सिग्नल (25Gbps+) सतह की खुरदरापन और प्रतिबाधा भिन्नता के प्रति संवेदनशील होते हैं, जिसे फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग कम करता है।
  b. यांत्रिक विश्वसनीयता: बिना भरे हुए विआस तनाव बिंदु के रूप में कार्य करते हैं, जिससे थर्मल साइकलिंग के दौरान दरारें पड़ने का खतरा होता है। भरे हुए विआस तनाव को वितरित करते हैं, जिससे विफलता दर 50% कम हो जाती है।
  c. थर्मल प्रबंधन: भरे हुए विआस गर्म घटकों (जैसे, 5G ट्रांससीवर) से गर्मी को दूर करते हैं, जिससे ऑपरेटिंग तापमान 15–20 डिग्री सेल्सियस कम हो जाता है।

फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग: समान तांबे की परतें प्राप्त करना
फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग सुनिश्चित करता है कि तांबे की मोटाई PCB में सुसंगत है, यहां तक कि विआस दीवारों और घटकों के नीचे जैसे तंग स्थानों में भी।

फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग कैसे काम करता है
  1. पूर्व-उपचार: PCB को ऑक्साइड, तेल और संदूषकों को हटाने के लिए साफ किया जाता है, जिससे उचित तांबे का आसंजन सुनिश्चित होता है। इसमें बेहतर बंधन के लिए एक खुरदरी सतह बनाने के लिए माइक्रो-एचिंग शामिल है।
  2. इलेक्ट्रोलाइट बाथ सेटअप: PCB को एडिटिव्स (लेवलर्स, ब्राइटनर्स) के साथ एक कॉपर सल्फेट इलेक्ट्रोलाइट बाथ में डुबोया जाता है जो तांबे के जमाव को नियंत्रित करता है।
  3. वर्तमान अनुप्रयोग: एक कम, नियंत्रित करंट (1–3 A/dm²) लगाया जाता है, जिसमें PCB कैथोड के रूप में कार्य करता है। बाथ में तांबे के आयन PCB की ओर आकर्षित होते हैं, जो सतह पर और विआस में समान रूप से जमा होते हैं।
  4. लेवलिंग एजेंट: इलेक्ट्रोलाइट में एडिटिव्स उच्च-वर्तमान क्षेत्रों (जैसे, ट्रेस किनारों) में चले जाते हैं, वहां तांबे के जमाव को धीमा कर देते हैं और बोर्ड में समान मोटाई सुनिश्चित करते हैं।
परिणाम: तांबे की मोटाई में ±5μm का बदलाव, पारंपरिक प्लेटिंग के साथ ±15μm की तुलना में—HDI की तंग प्रतिबाधा सहनशीलता (±10%) के लिए महत्वपूर्ण।

HDI PCBs में फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग के लाभ
1. नियंत्रित प्रतिबाधा: समान तांबे की मोटाई सुनिश्चित करती है कि ट्रेस प्रतिबाधा डिज़ाइन विनिर्देशों के भीतर रहती है (जैसे, RF संकेतों के लिए 50Ω ±5Ω), जिससे सिग्नल परावर्तन कम होता है।
2. सिग्नल हानि में कमी: चिकनी सतहें (Ra <0.5μm) उच्च आवृत्तियों (28GHz+) पर त्वचा प्रभाव हानि को कम करती हैं, जो पारंपरिक प्लेटिंग (Ra 1–2μm) से बेहतर प्रदर्शन करती हैं।
3. बेहतर सोल्डरबिलिटी: फ्लैट सतहें सुसंगत सोल्डर जॉइंट निर्माण सुनिश्चित करती हैं, जो 0.4 मिमी पिच BGAs के लिए महत्वपूर्ण है जहां यहां तक कि छोटे बदलाव भी खुले या शॉर्ट का कारण बन सकते हैं।
4. बढ़ी हुई विश्वसनीयता: समान तांबे की परतें थर्मल साइकलिंग (-40 डिग्री सेल्सियस से 125 डिग्री सेल्सियस) के दौरान दरार का विरोध करती हैं, जो HDI PCBs में एक सामान्य विफलता बिंदु है।

होल फिलिंग: माइक्रोवियास में रिक्तियों को खत्म करना
HDI PCBs में माइक्रोवियास (50–150μm व्यास) पारंपरिक थ्रू-होल प्लेटिंग के लिए बहुत छोटे हैं, जो रिक्तियां छोड़ते हैं। होल फिलिंग विआस को प्रवाहकीय या गैर-प्रवाहकीय सामग्री से पूरी तरह से भरकर इसे हल करता है।

होल फिलिंग तकनीकों के प्रकार

होल फिलिंग क्यों मायने रखता है
1. रिक्तियों को खत्म करता है: विआस में रिक्तियां हवा को फंसाती हैं, जिससे सिग्नल हानि (ढांकता हुआ स्थिरांक भिन्नता के कारण) और थर्मल हॉटस्पॉट होते हैं। भरे हुए विआस 28GHz पर सिग्नल क्षीणन को 30% कम करते हैं।
2. यांत्रिक शक्ति: भरे हुए विआस संरचनात्मक समर्थन के रूप में कार्य करते हैं, जो लैमिनेशन के दौरान PCB वारपेज को रोकते हैं और सोल्डर जॉइंट पर तनाव को कम करते हैं।
3. थर्मल चालकता: प्रवाहकीय तांबे से भरे हुए विआस बिना भरे हुए विआस की तुलना में 4x बेहतर गर्मी स्थानांतरित करते हैं, जो 5G PA मॉड्यूल जैसे गर्मी के प्रति संवेदनशील घटकों के लिए महत्वपूर्ण है।
4. सरलीकृत असेंबली: भरे हुए और प्लानराइज़्ड विआस एक सपाट सतह बनाते हैं, जो फाइन-पिच घटकों (जैसे, 0201 पैसिव) के सटीक प्लेसमेंट को सक्षम करता है।

होल फिलिंग प्रक्रिया
तांबे के प्रवाहकीय भरने के लिए (उच्च-विश्वसनीयता HDI PCBs में सबसे आम):
1. विआस तैयारी: माइक्रोवियास को ड्रिल किया जाता है (लेजर या मैकेनिकल) और एपॉक्सी अवशेषों को हटाने के लिए डेस्मियर किया जाता है, जिससे तांबे का आसंजन सुनिश्चित होता है।
2. सीड लेयर डिपोजिशन: इलेक्ट्रोप्लेटिंग को सक्षम करने के लिए विआस दीवारों पर एक पतली (0.5μm) तांबे की सीड लेयर लगाई जाती है।
3. इलेक्ट्रोप्लेटिंग: एक उच्च-वर्तमान पल्स (5–10 A/dm²) लगाया जाता है, जिससे तांबा विआस के तल पर तेजी से जमा होता है, इसे अंदर से बाहर तक भरता है।
4. प्लानराइज़ेशन: सतह पर अतिरिक्त तांबे को रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग (CMP) के माध्यम से हटा दिया जाता है, जिससे विआस भरा हुआ और PCB सतह के साथ फ्लश हो जाता है।

पारंपरिक बनाम HDI प्लेटिंग/फिलिंग की तुलना
पारंपरिक PCB प्रक्रियाएँ HDI की छोटी विशेषताओं के साथ संघर्ष करती हैं, जिससे फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग आवश्यक हो जाते हैं:

फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग की मांग करने वाले अनुप्रयोग
ये तकनीकें उन उद्योगों में महत्वपूर्ण हैं जहां HDI PCB प्रदर्शन और विश्वसनीयता गैर-परक्राम्य हैं:
1. दूरसंचार और 5G
  a. 5G बेस स्टेशन: तांबे से भरे विआस और फ्लैट प्लेटिंग वाले HDI PCBs 28GHz/39GHz mmWave संकेतों को संभालते हैं, जो कम हानि और उच्च डेटा थ्रूपुट (10Gbps+) सुनिश्चित करते हैं।
  b. स्मार्टफोन: 5G स्मार्टफोन 0.4 मिमी पिच BGAs के साथ 6–8 परत HDI PCBs का उपयोग करते हैं, जो पतले डिज़ाइनों में मोडेम, एंटेना और प्रोसेसर को फिट करने के लिए इन प्रक्रियाओं पर निर्भर करते हैं।
उदाहरण: एक प्रमुख 5G स्मार्टफोन का मुख्य PCB 2,000+ तांबे से भरे माइक्रोवियास और फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटेड ट्रेस का उपयोग करता है, जो 7.5 मिमी मोटे डिवाइस में 4Gbps डाउनलोड गति को सक्षम करता है।

2. चिकित्सा उपकरण
  a. प्रत्यारोपण योग्य: पेसमेकर और न्यूरोस्टिम्युलेटर एपॉक्सी से भरे विआस के साथ बायोकम्पैटिबल (ISO 10993) HDI PCBs का उपयोग करते हैं, जो शरीर के तरल पदार्थों में विश्वसनीयता सुनिश्चित करते हैं और पारंपरिक PCBs की तुलना में आकार को 40% कम करते हैं।
  b. डायग्नोस्टिक उपकरण: पोर्टेबल ब्लड एनालाइज़र छोटे सेंसर और प्रोसेसर को जोड़ने के लिए फ्लैट-प्लेटेड HDI PCBs का उपयोग करते हैं, जिसमें भरे हुए विआस तरल प्रवेश को रोकते हैं।

3. एयरोस्पेस और रक्षा
  a. सैटेलाइट पेलोड: तांबे से भरे विआस वाले HDI PCBs विकिरण और चरम तापमान (-55 डिग्री सेल्सियस से 125 डिग्री सेल्सियस) का सामना करते हैं, जिसमें फ्लैट प्लेटिंग इंटर-सैटेलाइट संचार के लिए स्थिर सिग्नल अखंडता सुनिश्चित करता है।
  b. सैन्य रेडियो: बीहड़ HDI PCBs कॉम्पैक्ट, शॉक-प्रतिरोधी बाड़ों में उच्च-आवृत्ति (18GHz) प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए इन प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं।

4. औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स
  a. ऑटोमोटिव ADAS: रडार और LiDAR सिस्टम में HDI PCBs कंपन प्रतिरोध (20G+) के लिए भरे हुए विआस पर निर्भर करते हैं और टक्कर से बचाव के लिए महत्वपूर्ण 77GHz सिग्नल अखंडता के लिए फ्लैट प्लेटिंग पर निर्भर करते हैं।
  b. रोबोटिक्स: कॉम्पैक्ट रोबोटिक आर्म कंट्रोलर आकार को कम करने और प्रतिक्रिया समय में सुधार करने के लिए फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग द्वारा सक्षम 0.2 मिमी पिच घटकों के साथ HDI PCBs का उपयोग करते हैं।

HDI प्लेटिंग/फिलिंग में चुनौतियाँ और समाधान
जबकि ये प्रक्रियाएँ HDI नवाचार को सक्षम करती हैं, वे अद्वितीय चुनौतियाँ लेकर आती हैं:

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्र: इन तकनीकों से भरे जा सकने वाले सबसे छोटे विआस क्या हैं?
ए: लेजर-ड्रिल्ड माइक्रोवियास जो 50μm जितने छोटे हैं, उन्हें तांबे या एपॉक्सी से विश्वसनीय रूप से भरा जा सकता है, हालांकि निर्माण क्षमता के लिए 100μm अधिक सामान्य है।

प्र: क्या गैर-प्रवाहकीय फिलिंग (एपॉक्सी) तांबे की फिलिंग जितनी ही विश्वसनीय है?
ए: सिग्नल विआस के लिए, हाँ—एपॉक्सी फिलिंग कम लागत पर अच्छा यांत्रिक और थर्मल प्रदर्शन प्रदान करता है। उच्च चालकता की आवश्यकता वाले पावर विआस के लिए तांबे की फिलिंग बेहतर है।

प्र: फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग PCB लचीलेपन को कैसे प्रभावित करता है?
ए: फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग पारंपरिक प्लेटिंग की तुलना में पतली तांबे की परतों (12–35μm) का उपयोग करता है, जो बेहतर झुकने की क्षमता के साथ लचीले HDI PCBs (जैसे, फोल्डेबल फोन टिका) के लिए उपयुक्त बनाता है।

प्र: इन प्रक्रियाओं के साथ HDI PCBs के लिए विशिष्ट लीड टाइम क्या है?
ए: प्रोटोटाइप के लिए 10–14 दिन, पारंपरिक PCBs के लिए 5–7 दिनों की तुलना में, प्लेटिंग और फिलिंग में सटीक चरणों के कारण।

प्र: क्या ये प्रक्रियाएँ RoHS और अन्य पर्यावरणीय मानकों के साथ संगत हैं?
ए: हाँ—तांबे की प्लेटिंग और एपॉक्सी फिलिंग लीड-फ्री सामग्री का उपयोग करते हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए RoHS, REACH और IPC-4552 मानकों का अनुपालन करते हैं।

निष्कर्ष
फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग HDI PCB विनिर्माण के अनाम नायक हैं, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स को परिभाषित करने वाले लघुकरण और उच्च प्रदर्शन को सक्षम करते हैं। समान तांबे की परतें सुनिश्चित करके, विआस रिक्तियों को खत्म करके, और सिग्नल अखंडता बनाए रखकर, ये प्रक्रियाएँ अधिक कार्यक्षमता को छोटे स्थानों में पैक करना संभव बनाती हैं—5G स्मार्टफोन से लेकर जीवन रक्षक चिकित्सा उपकरणों तक।
जैसे-जैसे HDI PCBs विकसित होते रहते हैं (50μm से कम विआस और 112Gbps सिग्नल क्षितिज पर), फ्लैट इलेक्ट्रोप्लेटिंग और होल फिलिंग और भी महत्वपूर्ण हो जाएंगे। निर्माता और डिज़ाइनर जो इन तकनीकों में महारत हासिल करते हैं, उस बाज़ार में आगे रहेंगे जहाँ आकार, गति और विश्वसनीयता सब कुछ है।
अंत में, ये सटीक प्रक्रियाएँ साबित करती हैं कि PCB विनिर्माण में सबसे छोटे विवरण अक्सर उन उपकरणों पर सबसे बड़ा प्रभाव डालते हैं जिन पर हम दैनिक रूप से भरोसा करते हैं।