मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) में प्रयुक्त सामग्री: निर्माताओं के लिए एक व्यापक मार्गदर्शिका।

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प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) हर इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस की अदृश्य रीढ़ हैं, स्मार्टफोन से लेकर अंतरिक्ष यान तक, लेकिन उनका प्रदर्शन पूरी तरह से उनके निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों पर निर्भर करता है।एक स्मार्टफोन का 5जी मॉडेम सिग्नल ड्रॉपआउट से बचने के लिए कम नुकसान वाली सब्सट्रेट सामग्री पर निर्भर करता है, जबकि एक ईवी की बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) को उच्च धाराओं को संभालने के लिए गर्मी प्रतिरोधी तांबे की पन्नी की आवश्यकता होती है। गलत सामग्री का चयन करने से समय से पहले विफलता, महंगी पुनः कार्य,या यहां तक कि सुरक्षा जोखिम (ईउदाहरण के लिए, चिकित्सा उपकरणों में अति ताप) ।

यह मार्गदर्शिका पीसीबी बनाने वाली महत्वपूर्ण सामग्री, उनके अद्वितीय गुणों और आपके आवेदन के लिए सही सामग्री का चयन कैसे करती है।हम सब कुछ कवर करेंगे, फाउंडेशन सब्सट्रेट और प्रवाहकीय तांबे की पन्नी से लेकर सुरक्षात्मक सोल्डर मास्क और विश्वसनीयता बढ़ाने वाले सतह खत्म तक, डेटा-संचालित तुलनाओं और वास्तविक दुनिया के उपयोग के मामलों के साथ अमेरिकी विनिर्माण मानकों के अनुरूप। चाहे आप एक उपभोक्ता गैजेट या एक मिशन-महत्वपूर्ण एयरोस्पेस घटक डिजाइन कर रहे हों,इन सामग्रियों को समझना पीसीबी बनाने के लिए महत्वपूर्ण है जो प्रदर्शन करते हैं, अंतिम, और लागत लक्ष्यों को पूरा करें।

महत्वपूर्ण बातें
a. सब्सट्रेट सामग्री (जैसे, FR4, रोजर्स, पॉलीमाइड) पीसीबी के थर्मल, इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल प्रदर्शन को निर्धारित करती हैजबकि रोजर्स 5जी/एमएमवेव डिजाइन में उत्कृष्ट है.
बी. तांबे की पन्नी की मोटाई (1 औंस) और प्रकार (इलेक्ट्रोलाइटिक बनाम रोल्ड) प्रभाव वर्तमान-वाहक क्षमताः 2 औंस तांबे 30 ए + धाराओं को संभालती है (ईवी के लिए महत्वपूर्ण),जबकि लुढ़का हुआ तांबा पहनने के लिए लचीलापन प्रदान करता है.
c.सोल्डर मास्क (मुख्य रूप से हरे रंग के एलपीआई) जंग और सोल्डर ब्रिज से निशान की रक्षा करते हैं, जिसमें ऑटोमोटिव और औद्योगिक पीसीबी के लिए उच्च तापमान (Tg ≥150°C) के संस्करणों की आवश्यकता होती है।
d.सतह परिष्करण (ENIG, HASL, ENEPIG) मिलाप और जीवन काल को निर्धारित करते हैंः ENEPIG चिकित्सा/एयरोस्पेस के लिए स्वर्ण मानक है, जबकि HASL कम विश्वसनीयता वाले उपकरणों के लिए लागत प्रभावी बना हुआ है।
ई.सामग्री चयन त्रुटियों के कारण 35% पीसीबी विफलताएं (आईपीसी डेटा)

1पीसीबी सब्सट्रेट सामग्रीः प्रदर्शन की नींव
सब्सट्रेट एक गैर-संवाहक आधार है जिसमें तांबे के निशान, घटक और अन्य पीसीबी परतें होती हैं। यह सबसे प्रभावशाली सामग्री विकल्प है, क्योंकि यह परिभाषित करता हैः
a.थर्मल चालकता: पीसीबी गर्मी को कितनी अच्छी तरह फैलाता है (आईजीबीटी जैसे उच्च-शक्ति वाले घटकों के लिए महत्वपूर्ण) ।
b.Dielectric constant (Dk): यह विद्युत संकेतों को कितना अच्छी तरह से अछूता है (कम Dk = बेहतर उच्च आवृत्ति प्रदर्शन) ।
c. यांत्रिक शक्ति: विकृति, झुकने या दरार के प्रतिरोध (कठोर वातावरण के लिए महत्वपूर्ण) ।

नीचे सबसे आम सब्सट्रेट सामग्री हैं, जिसमें चयन के लिए एक विस्तृत तुलना दी गई हैः

सब्सट्रेट का चुनाव क्यों महत्वपूर्ण है
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्सः FR4 इस क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण है, इसकी कम लागत और पर्याप्त थर्मल प्रदर्शन (0.3 W/m·K) स्मार्टफ़ोन और टैबलेट की 1.5W बिजली की जरूरतों को पूरा करता है।आईफोन 15 में एक 6-परत एफआर 4 पीसीबी ~(2.50, बनाम) 12.50 एक रोजर्स समकक्ष के लिए।
b.5G/ दूरसंचार: रोजर्स RO4350 ¢ का कम Dk (3.48) 28GHz पर सिग्नल हानि को कम करता है, जिससे यह 5G बेस स्टेशनों के लिए आवश्यक हो जाता है। इसके बिना, 5G सिग्नल 10 सेमी के निशान पर 40% तक बिगड़ जाएंगे।
ग.एयरोस्पेस: पॉलीमाइड सब्सट्रेट -55°C से 200°C तापमान में उतार-चढ़ाव का सामना करते हैं और विकिरण का विरोध करते हैं, जिससे वे उपग्रह पीसीबी के लिए आदर्श होते हैं।नासा के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप अपने क्रायोजेनिक उपकरणों के लिए पॉलीमाइड आधारित पीसीबी का उपयोग करता है.
d.EVs: EV इन्वर्टरों में एल्यूमीनियम कोर (MCPCB) सब्सट्रेट FR4 की तुलना में 3 गुना तेजी से गर्मी फैलाते हैं, IGBT जंक्शन तापमान को 125°C (थर्मल थ्रॉटलिंग की सीमा) से नीचे रखते हैं।

2तांबे की पन्नी: प्रवाहकीय रीढ़
तांबा पन्नी वह प्रवाहकीय सामग्री है जो पीसीबी पर विद्युत संकेत और शक्ति ले जाने वाले निशान, विमान और पैड बनाती है। इसकी मोटाई, प्रकार और शुद्धता सीधे वर्तमान क्षमता को प्रभावित करती है,लचीलापन, और लागत।

तांबे की पन्नी के मुख्य विनिर्देश
a. मोटाईः औंस (औंस) में मापा जाता है (1 औंस = 35μm मोटाई) । आम विकल्पः
1 औंसः उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में कम-वर्तमान संकेतों (≤10A) के लिए आदर्श।
2 औंसः 10 ≈ 30 ए धाराओं (ईवी बीएमएस, औद्योगिक मोटर ड्राइव) को संभालता है।
3 ̊5 औंसः उच्च शक्ति अनुप्रयोगों (50 ए +), जैसे ईवी इन्वर्टर या वेल्डिंग उपकरण के लिए।
b.Type: दो प्राथमिक वेरिएंट, प्रत्येक विशिष्ट जरूरतों के लिए उपयुक्तः

तांबे की पन्नी के लिए महत्वपूर्ण विचार
a.वर्तमान क्षमताः एक 1 मिमी चौड़ा, 2 औंस तांबा का निशान 25 डिग्री सेल्सियस (आईपीसी -2221 मानक) पर ~ 30 ए ले जाता है। उच्च धाराओं के लिए, व्यापक निशान (जैसे, 2 मिमी चौड़ा, 2 औंस = 50 ए) या मोटी पन्नी (3 औंस = 1 मिमी चौड़ाई के लिए 45 ए) का उपयोग करें।
b.सतह रफनेसः रोल्ड तांबे में इलेक्ट्रोलाइटिक (Ra 1 ¢ 2 μm) की तुलना में चिकनी सतह (Ra < 0.5 μm) होती है, जिससे उच्च आवृत्तियों (28GHz +) पर सिग्नल हानि कम होती है। यह इसे 5G मिमीवेव पीसीबी के लिए आदर्श बनाता है।
लचीलापनः रोल्ड तांबा 10,000+ झुकने के चक्र (इलेक्ट्रोलाइटिक के लिए 1,000 के मुकाबले) का सामना करता है, जो फोल्डेबल फोन या पहनने योग्य सेंसर के लिए महत्वपूर्ण है।

उदाहरण: टेस्ला का मॉडल वाई बीएमएस पावर प्लेन के लिए 2 औंस इलेक्ट्रोलाइटिक तांबे की पन्नी का उपयोग करता है, जो पीसीबी को बैटरी पैक में फिट होने के लिए पर्याप्त पतला रखते हुए लागत और वर्तमान क्षमता (30 ए प्रति ट्रेस) को संतुलित करता है।

3. सोल्डर मास्क: निशानों की रक्षा और शॉर्ट्स को रोकने के लिए
a.सोल्डर मास्क एक तरल या सूखी फिल्म है जो तांबे के निशान (पैड को छोड़कर) पर लागू की जाती हैः
b. ऑक्सीकरण और संक्षारण से तांबे की रक्षा.
सी. आसन्न निशानों (उच्च घनत्व पीसीबी में आम) के बीच आकस्मिक मिलाप पुलों को रोकें।
घ. नमी, धूल और रसायनों के निशानों को अछूता रखें।

सामान्य सोल्डर मास्क के प्रकार
तरल फोटोइमेजेबल (एलपीआई) सोल्डर मास्क का उपयोग 95% आधुनिक पीसीबी में किया जाता है, जो तरल के रूप में लागू होते हैं, यूवी प्रकाश (फोटोमास्क के माध्यम से) के संपर्क में आते हैं, और पैड को उजागर करने के लिए विकसित किए जाते हैं। अन्य प्रकार (सूखी फिल्म,स्क्रीन प्रिंटेड) आज कम सटीकता के कारण दुर्लभ हैं.

सोल्डर मास्क का रंग क्यों मायने रखता है
a.Green: उद्योग का मानक किफायती, निरीक्षण करने में आसान (कापर के विपरीत) और अधिकांश प्रक्रियाओं के साथ संगत है।
b.Black: सौंदर्यशास्त्र के लिए उच्च अंत उपकरणों (जैसे, प्रीमियम स्मार्टफोन) में लोकप्रिय है, लेकिन निरीक्षण करना कठिन है (दोषों की जांच के लिए यूवी प्रकाश की आवश्यकता होती है) ।
c.White: एलईडी पीसीबी में प्रयोग किया जाता है ⇒ एलईडी चमक को 15% तक बढ़ाने के लिए प्रकाश को प्रतिबिंबित करता है।

महत्वपूर्ण नोटः उच्च तापमान एलपीआई (टीजी ≥150°C) ऑटोमोटिव पीसीबी के लिए अनिवार्य है, जो हुड के नीचे के वातावरण (125°C+) में काम करते हैं। मानक एलपीआई (टीजी 130°C) नरम या विघटित हो जाएगा,शॉर्ट सर्किट की ओर ले जाता है.

4सिल्कस्क्रीन स्याहीः लेबलिंग और पहचान
सिल्कस्क्रीन स्याही अंतिम परत है जो पीसीबी पर लागू की जाती है, जिसमें पाठ, लोगो, घटक संदर्भ (जैसे, R1, U2), और ध्रुवीयता चिह्न छापे जाते हैं।यह असेंबली (निर्देशित घटक की जगह) और रखरखाव (मरम्मत के लिए भागों की पहचान) के लिए महत्वपूर्ण है.

सिल्कस्क्रीन स्याही के प्रकार
अधिकतर स्याही एपोक्सी आधारित (गर्मी और रसायनों के प्रतिरोधी) या यूवी-क्युरेबल (बड़ी मात्रा में उत्पादन के लिए तेजी से सूखने वाली) होती है।

सिल्कस्क्रीन के लिए सर्वोत्तम प्रथाएं
a.फ़ॉन्ट का आकारः न्यूनतम 0.8 मिमी ऊंचा पाठ प्रयोग करें
b.Clearance: पैड से 0.1 मिमी की दूरी पर स्याही रखें पैड पर स्याही से मिलाप होने से रोका जाता है (संयोजन दोषों का एक प्रमुख कारण) ।
c. स्थायित्वः औद्योगिक पीसीबी के लिए इपॉक्सी स्याही को प्राथमिकता दी जाती है, जिन्हें अक्सर साफ किया या संभाला जा सकता है।

उदाहरण: औद्योगिक मोटर ड्राइव की मरम्मत करने वाला एक कारखाना एक दोषपूर्ण प्रतिरोधक (R45) की पहचान करने के लिए एपॉक्सी सिल्कस्क्रीन पर निर्भर करता है।

5पीसीबी सतह परिष्करणः सोल्डरेबिलिटी और दीर्घायु सुनिश्चित करना
सतह खत्म कोट के लिए उजागर तांबे पैड कोटिंगः
a.ऑक्सीकरण को रोकें (जो वेल्डेबिलिटी को बर्बाद करता है) ।
b.सोल्डर जोड़ों की विश्वसनीयता में सुधार।
सी.पीसीबी के शेल्फ जीवन का विस्तार (6 महीने से 2 वर्ष से अधिक) करना।
यह सबसे महत्वपूर्ण सामग्री विकल्पों में से एक है, खराब फिनिश 25% मिलाप विफलताओं का कारण बनती है (आईपीसी डेटा) । नीचे सबसे आम विकल्पों की तुलना की गई हैः

अंतिम विकल्प पर बातचीत क्यों नहीं की जा सकती?
a.चिकित्सा उपकरण: ENEPIG अनिवार्य है ️यह ️ब्लैक पैड ️ (एक भंगुर निकल-सोना यौगिक जो जोड़ों की विफलता का कारण बनता है) से बचता है और ऑटोक्लेव नसबंदी (134°C, 2 बार दबाव) का सामना करता है।
b.एयरोस्पेसः ENIG के 18 महीने के शेल्फ जीवन से यह सुनिश्चित होता है कि पीसीबी लंबे समय तक भंडारण के दौरान भी बिकने योग्य रहें (उदाहरण के लिए, उपग्रह घटकों को लॉन्च से पहले 2 साल तक संग्रहीत किया जाता है) ।
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्सः एचएएसएल टीवी या खिलौनों के लिए लागत प्रभावी है, जहां पीसीबी को जल्दी से इकट्ठा किया जाता है और हर 2-3 साल में बदल दिया जाता है।
d.EVs: ENEPIG का उपयोग ADAS रडार पीसीबी में किया जाता है, इसकी संक्षारण प्रतिरोध (1500 घंटे नमक छिड़काव) सड़क नमक और नमी से विफलताओं को रोकता है।

6सामग्री चयन ढांचाः सही संयोजन कैसे चुनें
इतने सारे विकल्पों के साथ, पीसीबी सामग्री का चयन भारी लग सकता है। अपने आवेदन के साथ सामग्री को संरेखित करने के लिए इस 4-चरण ढांचे का उपयोग करेंः

चरण 1: प्रदर्शन आवश्यकताओं को परिभाषित करें
a.इलेक्ट्रिकल: अधिकतम आवृत्ति (जैसे, 5G के लिए 28GHz) या वर्तमान (जैसे, EV BMS के लिए 30A) क्या है? उच्च प्रदर्शन के लिए कम Dk सब्सट्रेट (रोजर्स) और मोटी तांबा (2oz+) की आवश्यकता होती है।
b.Thermal: अधिकतम संचालन तापमान क्या है (उदाहरण के लिए, मोटर वाहन के लिए 150°C)? ऊष्मा अपव्यय के लिए उच्च-Tg सब्सट्रेट (FR4 Tg 170°C) और MCPCB चुनें।
c. मैकेनिकलः क्या पीसीबी झुक जाएगा (पहने जाने योग्य) या कंपन (एयरोस्पेस) का सामना करेगा? लचीला पॉलीमाइड सब्सट्रेट और रोल्ड तांबा यहां महत्वपूर्ण हैं।

चरण 2: लागत और मूल्य पर विचार करें
a.उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्सः मूल्य बिंदुओं को पूरा करने के लिए कम लागत वाली सामग्री (FR4, 1 औंस इलेक्ट्रोलाइटिक तांबा, HASL) को प्राथमिकता दें (उदाहरण के लिए, $ 200 का स्मार्टफोन रोजर्स सब्सट्रेट नहीं खरीद सकता है) ।
उच्च विश्वसनीयता (चिकित्सा/एयरोस्पेस): प्रीमियम सामग्री (एनईपीआईजी, पॉलीमाइड, रोजर्स) में निवेश करें (प्रति पीसीबी 10 अतिरिक्त) 100 हजार से अधिक वारंटी दावे या नियामक जुर्माना से बचा जाता है।

चरण 3: विनिर्माण संगतता की जाँच करें
a. सुनिश्चित करें कि सामग्री आपके असेंबली प्रक्रिया के साथ काम करती हैः
लचीले पीसीबी के लिए रोल्ड कॉपर और पॉलीमाइड सोल्डर मास्क की आवश्यकता होती है। झुकने के दौरान इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर फट जाएगा।
उच्च मात्रा में चलने वाले (100k+ पीसीबी) यूवी-क्युरेबल सिल्कस्क्रीन (फास्ट क्यूरिंग) बनाम इपॉक्सी (धीमी) से लाभान्वित होते हैं।

चरण 4: अनुपालन की पुष्टि करें
a.ऑटोमोटिवः सामग्री IATF 16949 (जैसे, उच्च-Tg सोल्डर मास्क, ENEPIG) को पूरा करना चाहिए।
b.मेडिकलः आईएसओ 13485 में जैव संगत सामग्री (जैसे, ENEPIG, पॉलीमाइड) की आवश्यकता होती है।
c.Global Markets: RoHS अनुपालन प्रतिबंधों सीसा चुनें सीसा मुक्त HASL (Sn-Cu) या ENIG.

7उद्योगों द्वारा वास्तविक दुनिया के सामग्री संयोजन
सामग्री चयन को ठोस बनाने के लिए, यहाँ सामान्य अनुप्रयोगों के लिए सिद्ध संयोजन हैंः

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स (स्मार्टफोन मुख्य पीसीबी)
1. सब्सट्रेट: उच्च-टीजी एफआर 4 (टीजी 170°C)
2तांबा पन्नीः 1 औंस इलेक्ट्रोलाइटिक (सिग्नल परतें), 2 औंस इलेक्ट्रोलाइटिक (शक्ति विमान)
3.सोल्डर मास्कः मानक एलपीआई हरा (टीजी 130°C)
4. सिल्कस्क्रीन: यूवी-क्युरेबल एपॉक्सी (0.8 मिमी पाठ)
5सतह परिष्करणः ENIG (सल्डिबिलिटी और लागत का संतुलन)
6यह क्यों काम करता हैः FR4 लागत को कम रखता है, 2 औंस तांबा चार्जिंग धाराओं (15A) को संभालता है, और ENIG विश्वसनीय BGA मिलाप (0.4 मिमी पिच) सुनिश्चित करता है।

मोटर वाहन (ईवी इन्वर्टर पीसीबी)
1सब्सट्रेटः एल्यूमीनियम कोर (MCPCB)
2तांबे की पन्नीः 3 औंस इलेक्ट्रोलाइटिक (50A धाराओं को संभालती है)
3.सोल्डर मास्क: उच्च-टीजी एलपीआई (टीजी 180°C)
4सिल्कस्क्रीनः इपॉक्सी आधारित (तेल/रासायनिक पदार्थों के प्रतिरोधी)
5सतह खत्मः ENEPIG (संक्षारण प्रतिरोध, कोई काला पैड)
6यह क्यों काम करता हैः एमसीपीसीबी आईजीबीटी गर्मी को दूर करता है, 3 औंस तांबा उच्च धारा ले जाता है, और एनईपीआईजी हुड के नीचे स्थितियों का सामना करता है।

चिकित्सा (पेसमेकर नियंत्रक पीसीबी)
1सब्सट्रेट: पॉलीमाइड (लचीला, जैव संगत)
2तांबा पन्नीः 1 औंस लुढ़का हुआ (लचीला, कम सतह मोटाई)
3.सोल्डर मास्क: लचीला एलपीआई (पॉलीमाइड आधारित, जैव संगत)
4सिल्कस्क्रीन: इपॉक्सी (शरीर के तरल पदार्थों का प्रतिरोध करता है)
5सतह खत्मः ENEPIG (नसबंदी प्रतिरोधी, लंबे शेल्फ जीवन)
6यह क्यों काम करता हैः पॉलीमाइड शरीर की गति के साथ झुकता है, रोल्ड तांबा दरार से बचता है, और ENEPIG ISO 13485 मानकों को पूरा करता है।

एयरोस्पेस (उपग्रह संचार पीसीबी)
1. सब्सट्रेट: पीटीएफई (60GHz सिग्नल के लिए कम डीके)
2तांबे की पन्नीः 2 औंस लुढ़का हुआ (विकिरण प्रतिरोधी)
3.सोल्डर मास्क: उच्च-टीजी एलपीआई (टीजी 180°C, विकिरण प्रतिरोधी)
4सिल्कस्क्रीन: इपॉक्सी (शून्य और तापमान में उतार-चढ़ाव का प्रतिरोध करता है)
5सतह खत्मः ENIG (18 महीने की शेल्फ लाइफ)
6यह क्यों काम करता हैः पीटीएफई अंतरिक्ष में सिग्नल हानि को कम करता है, लुढ़का हुआ तांबा विकिरण क्षति का विरोध करता है, और एनआईजी लंबे समय तक भंडारण के बाद सोल्डरेबिलिटी सुनिश्चित करता है।

पीसीबी सामग्री के बारे में अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न: क्या मैं एक पीसीबी में विभिन्न सब्सट्रेट सामग्री मिला सकता हूँ?
उत्तरः हाँ √ हाइब्रिड √ पीसीबी विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए सामग्रियों का संयोजन करते हैं। उदाहरण के लिए, एक 5 जी राउटर पीसीबी एमएमवेव अनुभाग (कम डीके) के लिए रोजर्स और शेष (लागत बचत) के लिए एफआर 4 का उपयोग कर सकता है।बस सुनिश्चित करें कि सामग्री समान CTE (तापीय विस्तार के गुणांक) reflow के दौरान warping से बचने के लिए है.

प्रश्न: सिग्नल के निशान के लिए 1 औंस और 2 औंस तांबे के बीच क्या अंतर है?
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