2025-08-07
भारी तांबे के पीसीबी, जिनकी तांबे की मोटाई 2 औंस (70 μm) या उससे अधिक होती है, इलेक्ट्रिक वाहन (EV) इन्वर्टर से लेकर औद्योगिक मोटर नियंत्रकों तक, उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक्स की रीढ़ हैं।मानक पीसीबी के विपरीत (≤1 औंस तांबा), इन डिजाइनों को चरम धाराओं, तापमान और यांत्रिक तनाव का सामना करना पड़ता है, जिससे कठोर गुणवत्ता नियंत्रण (क्यूसी) गैर-वार्तालाप योग्य हो जाता है।एक ही दोष, जैसे कि असमान तांबे की मोटाई या एक टुकड़े टुकड़े की परत, अति ताप का कारण बन सकती है।इस गाइड में भारी तांबे के पीसीबी के लिए आवश्यक गुणवत्ता नियंत्रण चरणों की रूपरेखा दी गई है, कच्चे माल की जांच से लेकर अंतिम विश्वसनीयता परीक्षण तक,यह सुनिश्चित करना कि वे उच्च शक्ति अनुप्रयोगों की मांगों को पूरा करते हैं.
महत्वपूर्ण बातें
1भारी तांबे के पीसीबी के लिए मानक पीसीबी की तुलना में 3 से 5 गुना अधिक कठोर क्यूसी की आवश्यकता होती है, जिसमें तांबे की मोटाई के लिए ± 5% तक की सहिष्णुता होती है।
2भारी तांबे के पीसीबी में महत्वपूर्ण दोषों में असमान उत्कीर्णन (वर्तमान हॉटस्पॉट का कारण बनता है), विघटन (तापीय चालकता को कम करता है), और सोल्डर जोड़ों में खोखलेपन (यांत्रिक शक्ति को कमजोर करता है) शामिल हैं।
3.QC चरण पूरे विनिर्माण प्रक्रिया को कवर करते हैंः कच्चे माल का परीक्षण, प्रक्रिया में निरीक्षण (ईटिंग, लेमिनेशन), और अंतिम सत्यापन (थर्मल साइक्लिंग, वर्तमान सहन क्षमता) ।
4स्वचालित परीक्षण (एओआई, एक्स-रे) भारी तांबे के पीसीबी में 99% दोषों का पता लगाता है, जबकि मैनुअल निरीक्षण के साथ 85% की तुलना में, क्षेत्र में विफलता दरों को 60% तक कम करता है।
भारी तांबे के पीसीबी को क्या अद्वितीय बनाता है?
भारी तांबे के पीसीबी को 50 ए या उससे अधिक की धाराओं को ले जाने के लिए इंजीनियर किया गया है, प्रतिरोध और गर्मी के निर्माण को कम करने के लिए मोटे तांबे के निशान (2 ′′ 20 औंस) की आवश्यकता होती है।यह मोटाई विनिर्माण के लिए अद्वितीय चुनौतियां पैदा करती है:
a.एटिंग जटिलताः मोटी तांबे के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है, जिससे असमान निशान चौड़ाई का खतरा बढ़ जाता है।
b. लेमिनेशन तनावः मोटी तांबे की परतें सब्सट्रेट पर अधिक बल डालती हैं, जिससे लेमिनेशन का खतरा बढ़ जाता है।
c.थर्मल प्रबंधन: तांबे की उच्च ताप चालकता (401 W/m·K) समान मोटाई पर निर्भर करती है, यहां तक कि 10% भिन्नता भी हॉटस्पॉट बना सकती है।
ये चुनौतियां प्रदर्शन और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए लक्षित गुणवत्ता नियंत्रण कदमों को महत्वपूर्ण बनाती हैं।
भारी तांबे के पीसीबी के लिए गुणवत्ता नियंत्रण कदम
भारी तांबे के पीसीबी के लिए गुणवत्ता नियंत्रण एक बहु-चरण प्रक्रिया है, जिसमें दोषों को जल्दी पहचानने के लिए प्रत्येक महत्वपूर्ण विनिर्माण चरण में जांच की जाती है।
1कच्चे माल का निरीक्षण
एक विश्वसनीय भारी तांबा पीसीबी का आधार उच्च गुणवत्ता वाले कच्चे माल है।
कपर फोइल प्रमाणनः
तांबे की शुद्धता (≥99.9%) और मोटाई एकरूपता (± 5% सहिष्णुता) की जांच करें। कम शुद्धता वाला तांबा (≤99.5%) प्रतिरोध को बढ़ाता है, जिससे अति ताप होता है।
ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके सतह दोषों (छर्रों, ऑक्सीकरण) की जांच करें, यहां तक कि मामूली दोष भी निशान अखंडता को कमजोर कर सकते हैं।
b. सब्सट्रेट परीक्षणः
थर्मल तनाव का सामना करने के लिए भारी तांबे के पीसीबी को उच्च-टीजी सब्सट्रेट (टीजी ≥170°C) की आवश्यकता होती है। प्रति आईपीसी-4101 सब्सट्रेट मोटाई (±10μm) और डाईलेक्ट्रिक ताकत (≥20kV/mm) का परीक्षण करें।
उच्च शक्ति वाले डिजाइनों के लिए, थर्मल चालकता की जांच करें (उदाहरण के लिए, उच्च-Tg FR4 के लिए 0.5 W/m·K, धातु-कोर सब्सट्रेट के लिए 1.0 W/m·K) ।
c. चिपकने वाला सत्यापनः
सब्सट्रेट पर तांबे को बांधने के लिए उपयोग किए जाने वाले चिपकने वाले पदार्थों को 180°C+ तापमान का सामना करना चाहिए। थर्मल साइकिलिंग के दौरान परतों को बांधने के लिए छील की ताकत (≥1.5 N/mm) का परीक्षण करें।
| सामग्री | महत्वपूर्ण विनिर्देश | परीक्षण विधि |
|---|---|---|
| तांबे की पन्नी | 99.9% शुद्धता, ±5% मोटाई | एक्स-रे फ्लोरोसेंस (एक्सआरएफ) |
| उच्च-Tg FR4 | Tg ≥170°C, डाईलेक्ट्रिक शक्ति ≥20kV/मिमी | टीएमए (थर्मोमैकेनिकल विश्लेषण) |
| चिपकने वाला | छीलने की ताकत ≥1.5 N/mm | तन्यता परीक्षण मशीन |
2. प्री-एचिंग निरीक्षण
उत्कीर्णन से पहले, तांबे से ढके सब्सट्रेट को तांबे के समान वितरण को सुनिश्चित करने के लिए जांच के अधीन किया जाता है:
a. तांबे की मोटाई का मानचित्रण:
पूरे पैनल में तांबे की मोटाई को मापने के लिए एक्सआरएफ का उपयोग करें, यह सुनिश्चित करें कि कोई भी क्षेत्र लक्ष्य से ± 5% से अधिक विचलित न हो (उदाहरण के लिए, 2 औंस तांबे के लिए 70μm ± 3.5μm) ।
किनारे के क्षेत्रों पर ध्यान दें, जहां तांबे की पन्नी के उत्पादन के दौरान असमान रोलिंग के कारण मोटाई में भिन्नता सबसे आम है।
b.सतह की तैयारी का सत्यापनः
जांचें कि तांबे की सतह को ठीक से साफ किया गया है और माइक्रो-एट किया गया है (ऑक्साइड के 1 ¢ 2 μm को हटाने के लिए) बाद के प्रसंस्करण के दौरान आसंजन सुनिश्चित करने के लिए।
स्वच्छता की पुष्टि के लिए पानी के टूटने के परीक्षणों का प्रयोग करें: एक निरंतर पानी की फिल्म से पता चलता है कि कोई तेल या प्रदूषक नहीं हैं।
3. उत्कीर्णन प्रक्रिया नियंत्रण
उत्कीर्णन भारी तांबे को कार्यात्मक निशानों में आकार देता है, लेकिन मोटी तांबे असमान हटाने के जोखिम को बढ़ाता है। यहां क्यूसी चरणों में शामिल हैंः
a.एच रेट मॉनिटरिंगः
परीक्षण कूपन का उपयोग करके उत्कीर्णन दरों (μm/min) को ट्रैक करें, स्थिरता बनाए रखने के लिए उत्कीर्णक एकाग्रता (जैसे, 10 ¢ 15% फेरिक क्लोराइड) को समायोजित करें। उत्कीर्णन दर में 10% की गिरावट से 5 μm अतिरिक्त तांबा छोड़ सकता है,निशान अंतर को संकुचित करना और शॉर्ट सर्किट का खतरा.
b.Trace चौड़ाई और एकरूपताः
ट्रैक चौड़ाई को मापने के लिए 5μm के रिज़ॉल्यूशन के साथ स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण (AOI) का उपयोग करें, यह सुनिश्चित करें कि वे डिजाइन विनिर्देशों के ± 10% के भीतर रहें (उदाहरण के लिए, 50A ट्रैक के लिए 500μm ± 50μm) ।
प्रतिरोध के नीचे अत्यधिक उत्कीर्णन की जांच करें जो निशान की ताकत को कमजोर करता है। उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए निशान चौड़ाई के 20% से अधिक अंडरकट अस्वीकार्य है।
c.बुर और जाग का पता लगानाः
सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके बर्स (तीक्ष्ण उछाल) के लिए निशान किनारों का निरीक्षण करें। 25μm से अधिक बर्स सोल्डर मास्क को छेद सकते हैं, जिससे शॉर्ट सर्किट हो सकता है।
4. लेमिनेशन गुणवत्ता आश्वासन
लेमिनेशन भारी तांबे और सब्सट्रेट की परतों को बांधता है, लेकिन मोटी तांबे तनाव पैदा करती है जो विघटन का कारण बन सकती है। क्यूसी चरणों में शामिल हैंः
a.बंध शक्ति परीक्षणः
नमूना पैनलों पर पीलिंग परीक्षण करें, जिसमें सब्सट्रेट से तांबे को अलग करने के लिए न्यूनतम 1.8 एन/मिमी का बल आवश्यक हो (मानक पीसीबी की तुलना में 20% अधिक) ।
अल्ट्रासोनिक परीक्षण का उपयोग छिपे हुए विघटनों का पता लगाने के लिए करें (खालीपन >0.1mm2) जो थर्मल चालकता को 30% या उससे अधिक कम करते हैं।
b.पंजीकरण की सटीकताः
ऑप्टिकल तुलनाकारों का उपयोग करके ±25μm के भीतर परतों का संरेखण सुनिश्चित करें। भारी तांबे के पीसीबी में >50μm का गलत संरेखण माध्यम जंक्शन पर वर्तमान भीड़ पैदा कर सकता है।
c.रेजिन प्रवाह सत्यापनः
पारदर्शी माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके राल भूख (कूपर परतों के बीच अपर्याप्त राल) की जांच करें। परत क्षेत्र के 5% से अधिक भूख यांत्रिक शक्ति को कमजोर करती है।
5. वाई और होल क्वालिटी कंट्रोल
भारी तांबे के पीसीबी में व्यास (प्लेटेड-थ्रू-होल्स) को संरचनात्मक अखंडता बनाए रखते हुए उच्च धाराओं का संचालन करना चाहिएः
a.प्लेटिंग मोटाईः
उच्च धारा को संभालने के लिए Vias के लिए 25μm (3x मानक PCB) की न्यूनतम तांबे की परत मोटाई की आवश्यकता होती है। एकरूपता सत्यापित करने के लिए एक्स-रे का उपयोग करें। पतले धब्बे <15μm प्रतिरोध को बढ़ाते हैं, जिससे हॉटस्पॉट होते हैं।
b. शून्य का पता लगानाः
प्लेटिंग के माध्यम से रिक्त स्थानों की पहचान करने के लिए एक्स-रे निरीक्षण का उपयोग करें। रिक्त स्थान > 10% के माध्यम से क्षेत्र 15% तक वर्तमान-वाहक क्षमता को कम करते हैं और अस्वीकार कर दिया जाता है।
आस्पेक्ट अनुपात अनुपालनः
विश्वसनीय आवरण के लिए पहलू अनुपात (गहराईः व्यास) ≤5:1 सुनिश्चित करें। 0.5 मिमी के माध्यमों (6:1 अनुपात) के साथ 3 मिमी मोटी पीसीबी में आवरण रिक्तियों का 40% अधिक जोखिम होता है।
6. सोल्डर मास्क और सतह खत्म निरीक्षण
सोल्डर मास्क भारी तांबे के निशानों को संक्षारण और शॉर्ट सर्किट से बचाते हैं, लेकिन मोटी तांबा मास्क के आवेदन को विकृत कर सकता हैः
a.मास्क मोटाई और आसंजनः
एक माइक्रोमीटर का उपयोग करके सोल्डर मास्क की मोटाई (2550μm) को मापें, समान कवरेज सुनिश्चित करें। पतले धब्बे <15μm तांबे को ऑक्सीकरण के लिए अतिसंवेदनशील छोड़ देते हैं।
चिपकने की जांच के लिए टेप परीक्षण करें ⇒ मास्क उठाने से >1 मिमी2 खराब चिपकने का संकेत मिलता है, जो अत्यधिक तांबे की असमानता वाले क्षेत्रों में आम है।
b.सतह परिष्करण संगतताः
भारी तांबे के पीसीबी के लिए, विसर्जन टिन या ईएनआईजी (इलेक्ट्रोलेस निकेल इमर्शन गोल्ड) को प्राथमिकता दी जाती है।डुबकी टिन के लिए 1 ¢ 2μm) और डुबकी परीक्षणों के माध्यम से वेल्डेबिलिटी (IPC-TM-650 2).4.12).
7अंतिम विद्युत और विश्वसनीयता परीक्षण
यहां तक कि प्रक्रिया में जांच के साथ, अंतिम परीक्षण वास्तविक दुनिया की परिस्थितियों में प्रदर्शन को मान्य करता हैः
a. निरंतरता और हाइ-पॉट परीक्षणः
निरंतरता सत्यापित करने के लिए उड़ान जांच परीक्षकों का उपयोग करें, भारी तांबे के निशान में कोई खुलासा सुनिश्चित करें।
उच्च वोल्टेज प्रणालियों (जैसे, 480V औद्योगिक नियंत्रकों) में आर्किंग को रोकने के लिए महत्वपूर्ण, निशान के बीच इन्सुलेशन की जांच करने के लिए हाई-पॉट परीक्षण (500V AC 1 मिनट के लिए) करें।
b.वर्तमान वहन क्षमताः
तापमान वृद्धि की निगरानी करते हुए नाममात्र धारा (जैसे, 100A 1 घंटे के लिए) के साथ परीक्षण नमूना पीसीबी। अधिकतम ΔT 50°C (पर्यावरण के मुकाबले) स्वीकार्य है; उच्च वृद्धि प्रतिरोधक हॉटस्पॉट को इंगित करती है।
c.थर्मल साइक्लिंगः
पीसीबी को -40°C से 125°C तक 1000 चक्रों के लिए उजागर करें, फिर विघटन या निशान क्रैकिंग के लिए निरीक्षण करें। भारी तांबे के पीसीबी को परीक्षण के बाद प्रारंभिक चालकता का >95% बनाए रखना चाहिए।
घ. कंपन और यांत्रिक तनावः
मोटर वाहन या औद्योगिक पीसीबी के लिए, MIL-STD-883H के अनुसार कंपन परीक्षण (20G 10 घंटे के लिए) करें। परीक्षण के बाद प्रतिरोध में परिवर्तन > 10% अपर्याप्त निशान या शक्ति का संकेत देता है।
भारी तांबे के पीसीबी में आम दोष और उनके मूल कारण
| दोष | विवरण | मूल कारण | QC चरण का पता लगाने के लिए |
|---|---|---|---|
| तांबे की असमान मोटाई | निशान मोटाई में 10%+ भिन्नता | असंगत उत्कीर्णन या तांबे की पन्नी की गुणवत्ता | एक्सआरएफ मोटाई मानचित्रण |
| विघटन | तांबे और सब्सट्रेट के बीच पृथक्करण | अपर्याप्त लेमिनेशन दबाव/तापमान | अल्ट्रासोनिक परीक्षण |
| वाया वैड्स | प्लेटिंग के माध्यम से हवा के बुलबुले | खराब कोटिंग रसायन या उच्च पहलू अनुपात | एक्स-रे निरीक्षण |
| ट्रेस अंडरकोटिंग | प्रतिरोध के नीचे अत्यधिक उत्कीर्णन | अत्यधिक आक्रामक उत्कीर्णक या लंबा उत्कीर्णन समय | किनारे का पता लगाने वाला AOI |
| सोल्डर मास्क उठाना | तांबे की सतहों से मुखौटा छीलने | दूषित तांबा या अनुचित उपचार | टेप आसंजन परीक्षण |
भारी तांबे के पीसीबी के लिए स्वचालित बनाम मैनुअल निरीक्षण
मैनुअल निरीक्षण भारी तांबे के पीसीबी के लिए आवश्यक परिशुद्धता के साथ संघर्ष करता है, जिससे स्वचालन महत्वपूर्ण हो जाता हैः
| निरीक्षण विधि | दोष का पता लगाने की दर | गति (बोर्ड/घंटा) | के लिए सर्वश्रेष्ठ |
|---|---|---|---|
| मैनुअल (माइक्रोस्कोपी) | 85% | ५१० | कम मात्रा में, सरल डिजाइन |
| एओआई (स्वचालित) | 99 प्रतिशत | 30 ¢ 50 | निशान चौड़ाई, burrs, मास्क दोष |
| एक्स-रे | 98% | 15 ¢20 | खोखलेपन के माध्यम से, छिपे हुए delaminations |
| अल्ट्रासोनिक परीक्षण | 95% | 10 ¢15 | लेमिनेशन बंधन की ताकत, भूमिगत खोखलेपन |
भारी तांबा पीसीबी उत्पादन में प्रभावी गुणवत्ता नियंत्रण के लिए सर्वोत्तम अभ्यास
1सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण (एसपीसी) लागू करेंः वास्तविक समय में प्रमुख मीट्रिक (एच दर, तांबे की मोटाई) को ट्रैक करें, जब विचलन लक्ष्य के 5% से अधिक हो, तो अलर्ट ट्रिगर करें।
2.उपयोग क्रॉस-सेक्शनल विश्लेषणः छिपे हुए दोषों को पकड़ने के लिए गुणवत्ता और बंधन के माध्यम से आंतरिक परतों का निरीक्षण करने के लिए समय-समय पर नमूना पीसीबी को स्लाइस करें।
3आपूर्तिकर्ताओं के साथ सहयोग करें: स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए कच्चे माल के प्रमाणन (कूपर शुद्धता, सब्सट्रेट टीजी) और ऑडिट आपूर्तिकर्ता क्यूसी प्रक्रियाओं की आवश्यकता है।
4भारी तांबे की बारीकियों पर निरीक्षकों को प्रशिक्षित करेंः दोष पहचान में सुधार के लिए मानक पीसीबी से अंतर (जैसे, उत्कीर्णन चुनौतियां, टुकड़े टुकड़े तनाव) को उजागर करें।
सामान्य प्रश्न
प्रश्न: 'भारी तांबा' माने जाने वाले तांबे की न्यूनतम मोटाई क्या है?
एः 2oz (70μm) उद्योग मानक है, हालांकि कुछ उच्च-शक्ति डिजाइन 4oz (140μm) या अधिक का उपयोग करते हैं।
प्रश्न: भारी तांबे के पीसीबी में विघटन अधिक आम क्यों है?
उत्तर: मोटी तांबे में थर्मल विस्तार गुणांक (सीटीई) सब्सट्रेट सामग्री की तुलना में अधिक होता है, जिससे तापमान चक्रों के दौरान तनाव पैदा होता है जो परतों को अलग कर सकता है।
प्रश्न: क्या भारी तांबे के पीसीबी मानक एफआर4 सब्सट्रेट का उपयोग कर सकते हैं?
एः केवल कम-शक्ति वाले भारी तांबे के डिजाइनों के लिए (2 ′′ 4 औंस) । उच्च-शक्ति (8 औंस +) पीसीबी को डीलामिनेशन का विरोध करने के लिए उच्च-टीजी एफआर 4 (टीजी ≥170 °C) या धातु-कोर सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है।
प्रश्न: प्रक्रिया सत्यापन परीक्षण (उदाहरण के लिए, थर्मल साइक्लिंग) कितनी बार किए जाने चाहिए?
उत्तरः बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए, प्रत्येक बैच का 1% परीक्षण करें। महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों (ईवी, चिकित्सा) के लिए, स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए 5% परीक्षण करें।
प्रश्न: भारी तांबे के पीसीबी के लिए कठोर क्यूसी का लागत प्रभाव क्या है?
उत्तर: क्यूसी विनिर्माण लागतों में 10 से 15% की वृद्धि करता है, लेकिन क्षेत्र में विफलता की लागत को 60% से 70% तक कम करता है, जिससे उच्च विश्वसनीयता वाले अनुप्रयोगों के लिए शुद्ध बचत होती है।
निष्कर्ष
भारी तांबे के पीसीबी मानक पीसीबी से कहीं अधिक गुणवत्ता नियंत्रण की मांग करते हैं।उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों में विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए कच्चे माल के निरीक्षण से लेकर थर्मल साइकिलिंग तक हर कदम महत्वपूर्ण है।स्वचालित परीक्षण (एओआई, एक्स-रे), सख्त सामग्री मानकों और प्रक्रिया में निगरानी का लाभ उठाते हुए, निर्माता दोषों को जल्दी पहचान सकते हैं,विफलताओं को कम करना और यह सुनिश्चित करना कि ये पीसीबी ईवी की चरम मांगों को पूरा करें, औद्योगिक प्रणालियों और नवीकरणीय ऊर्जा उपकरण।
अंत में, कठोर QC की लागत उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स में विफलता के जोखिम की तुलना में तुच्छ है। इंजीनियरों और निर्माताओं के लिए,इन चरणों को प्राथमिकता देना सिर्फ एक सर्वोत्तम अभ्यास नहीं है, यह सुरक्षित वितरण के लिए आवश्यक है।, विश्वसनीय और उच्च प्रदर्शन वाले भारी तांबे के पीसीबी।
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