2025-08-07
कठोर मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) लगभग हर इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस, स्मार्टफोन और लैपटॉप से लेकर औद्योगिक मशीनरी और चिकित्सा उपकरणों तक की रीढ़ की हड्डी बनाते हैं। लचीले पीसीबी के विपरीत, कठोर पीसीबी एक निश्चित आकार बनाए रखते हैं, जो घटकों के लिए संरचनात्मक स्थिरता प्रदान करते हैं और स्थिर अनुप्रयोगों में विश्वसनीय प्रदर्शन सुनिश्चित करते हैं। कठोर पीसीबी का निर्माण सामग्री चयन से लेकर अंतिम परीक्षण तक, सख्त उद्योग मानकों द्वारा शासित चरणों की एक सटीक श्रृंखला शामिल है ताकि स्थिरता और गुणवत्ता सुनिश्चित की जा सके। यह मार्गदर्शिका कठोर पीसीबी निर्माण को परिभाषित करने वाली प्रमुख सामग्रियों, प्रक्रियाओं और मानकों का पता लगाती है, जो इन कारकों के प्रदर्शन, लागत और विश्वसनीयता पर कैसे प्रभाव डालते हैं, इस पर अंतर्दृष्टि प्रदान करती है।
कठोर पीसीबी निर्माण में मुख्य सामग्री
एक कठोर पीसीबी का प्रदर्शन मूल रूप से इसकी मुख्य सामग्रियों द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसमें सब्सट्रेट, तांबे की पन्नी और सुरक्षात्मक परतें शामिल हैं। प्रत्येक सामग्री को थर्मल प्रतिरोध, विद्युत प्रदर्शन और लागत के लिए आवेदन की आवश्यकताओं के आधार पर चुना जाता है।
1. सब्सट्रेट सामग्री
सब्सट्रेट पीसीबी का कठोर आधार बनाता है, जो यांत्रिक सहायता और तांबे की परतों के बीच विद्युत इन्सुलेशन प्रदान करता है। सबसे आम सब्सट्रेट हैं:
|
सब्सट्रेट प्रकार
|
मुख्य गुण
|
विशिष्ट अनुप्रयोग
|
लागत (प्रति वर्ग फुट)
|
|
मानक FR-4
|
Tg = 110–130°C; Dk = 4.2–4.8; अच्छी यांत्रिक शक्ति
|
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, कम-शक्ति वाले उपकरण
|
(8–)15
|
|
उच्च-Tg FR-4
|
Tg = 150–200°C; बेहतर तापीय स्थिरता
|
ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स, औद्योगिक नियंत्रण
|
(15–)30
|
|
एल्यूमीनियम कोर
|
उच्च तापीय चालकता (1–2 W/m·K); कठोर
|
एलईडी हीट सिंक, बिजली की आपूर्ति
|
(30–)60
|
|
पॉलीमाइड
|
Tg >250°C; विकिरण प्रतिरोध
|
एयरोस्पेस, सैन्य, उच्च तापमान वाले वातावरण
|
(60–)120
|
a.FR-4 प्रभुत्व: फाइबरग्लास-प्रबलित एपॉक्सी (FR-4) उद्योग मानक है, जो कठोर पीसीबी का ~90% हिस्सा है। लागत, शक्ति और प्रसंस्करण क्षमता का इसका संतुलन इसे अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है।
b.उच्च-Tg वेरिएंट: 130°C से अधिक वातावरण में उपयोग किया जाता है, जैसे कि अंडर-हुड ऑटोमोटिव सिस्टम, जहां मानक FR-4 नरम हो जाएगा या अलग हो जाएगा।
c.विशिष्ट सब्सट्रेट: एल्यूमीनियम कोर पीसीबी गर्मी अपव्यय में उत्कृष्ट हैं, जबकि पॉलीमाइड सब्सट्रेट अंतरिक्ष या औद्योगिक ओवन जैसे चरम स्थितियों के लिए आरक्षित हैं।
2. तांबे की पन्नी
तांबे की पन्नी प्रवाहकीय निशान बनाती है जो विद्युत संकेतों को ले जाती है। उनकी मोटाई और सतह उपचार प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं:
a.मोटाई: 0.5 oz (17μm) से 6 oz (203μm) तक होती है। उच्च धाराओं को संभालने के लिए पावर पीसीबी में मोटी तांबे (2–6 oz) का उपयोग किया जाता है, जबकि सिग्नल ट्रेस के लिए 0.5–1 oz मानक है।
b.सतह उपचार:
मानक (STD) तांबा: सामान्य अनुप्रयोगों के लिए मध्यम खुरदरापन (Rz = 1.5–3.0μm) के साथ मैट फिनिश।
बहुत कम प्रोफ़ाइल (VLP) तांबा: उच्च-आवृत्ति डिजाइनों में सिग्नल हानि को कम करने के लिए अल्ट्रा-स्मूथ (Rz 1GHz)।
रिवर्स-ट्रीटेड (RT) तांबा: बेहतर आसंजन के लिए चिकनी डाइइलेक्ट्रिक-फेसिंग सतह, बहु-परत पीसीबी में उपयोग की जाती है।
3. सुरक्षात्मक परतें
a.सोल्डर मास्क: असेंबली के दौरान सोल्डर पुलों को रोकने के लिए तांबे के निशानों पर लगाया गया एक बहुलक कोटिंग। सामान्य प्रकारों में तरल फोटोइमेजेबल (LPI) और ड्राई फिल्म शामिल हैं, जो हरे (मानक), काले या सफेद (उच्च-कंट्रास्ट निरीक्षण के लिए) में उपलब्ध हैं।
b.सिल्कस्क्रीन: एपॉक्सी स्याही की एक मुद्रित परत जो घटकों, परीक्षण बिंदुओं और ध्रुवीयता मार्करों को लेबल करती है, जो असेंबली और समस्या निवारण में सहायता करती है।
कठोर पीसीबी निर्माण प्रक्रिया
कठोर पीसीबी निर्माण में 20 से अधिक चरण शामिल हैं, लेकिन प्रक्रिया को छह प्रमुख चरणों में विभाजित किया जा सकता है, प्रत्येक गुणवत्ता और प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है:
1. डिजाइन और Gerber फ़ाइल तैयारी
a.CAD डिजाइन: इंजीनियर लेआउट बनाने के लिए पीसीबी डिजाइन सॉफ्टवेयर (Altium, KiCad) का उपयोग करते हैं, जो ट्रेस रूटिंग, घटक प्लेसमेंट और लेयर स्टैकअप को परिभाषित करता है।
b.Gerber फ़ाइलें: डिजाइन डेटा को निर्माण के लिए Gerber प्रारूप (उद्योग मानक) में परिवर्तित किया जाता है, जिसमें ट्रेस चौड़ाई, ड्रिल आकार और सोल्डर मास्क परतें जैसे विवरण शामिल हैं।
c.DFM जाँच: निर्माण के लिए डिजाइन (DFM) सॉफ़्टवेयर अत्यधिक संकीर्ण निशान, अपर्याप्त क्लीयरेंस या गैर-मानक ड्रिल आकार जैसी समस्याओं की पहचान करता है, जिससे उत्पादन त्रुटियाँ कम होती हैं।
2. सब्सट्रेट तैयारी और तांबे का आवरण
a.कटिंग: बड़े सब्सट्रेट शीट (आमतौर पर 18”x24”) को सटीक आरी का उपयोग करके वांछित पीसीबी आकार में काटा जाता है।
b.सफाई: मजबूत तांबे के आसंजन को सुनिश्चित करते हुए, सब्सट्रेट को तेल और संदूषकों को हटाने के लिए क्षारीय घोल से साफ किया जाता है।
c.क्लैडिंग: तांबे की पन्नी को गर्मी (180–200°C) और दबाव (20–30 kgf/cm²) का उपयोग करके सब्सट्रेट के एक या दोनों तरफ बांधा जाता है। मल्टी-लेयर पीसीबी को प्रत्येक परत के लिए अतिरिक्त लैमिनेशन चरणों की आवश्यकता होती है।
3. पैटर्निंग और नक़्क़ाशी
a.फोटोरेसिस्ट एप्लीकेशन: एक प्रकाश-संवेदनशील फोटोरेसिस्ट को छिड़काव या डुबकी के माध्यम से तांबे के आवरण वाले सब्सट्रेट पर लगाया जाता है।
b.एक्सपोजर: सब्सट्रेट को एक फोटोमास्क के माध्यम से यूवी प्रकाश के संपर्क में लाया जाता है, जो ट्रेस पैटर्न को फोटोरेसिस्ट में स्थानांतरित करता है।
c.विकास: बिना इलाज किए गए फोटोरेसिस्ट को धोया जाता है, जिससे तांबे के निशान सुरक्षित रहते हैं।
d.नक़्क़ाशी: उजागर तांबे को अम्लीय एटैचेंट (फेरिक क्लोराइड या क्यूप्रिक क्लोराइड) का उपयोग करके भंग कर दिया जाता है, जिससे वांछित ट्रेस पैटर्न पीछे रह जाता है।
e.स्ट्रिपिंग: शेष फोटोरेसिस्ट को विलायक से हटा दिया जाता है, जिससे तांबे के निशान प्रकट होते हैं।
4. ड्रिलिंग और प्लेटिंग
a.ड्रिलिंग: थ्रू-होल घटकों, विआस और बढ़ते हार्डवेयर के लिए छेद CNC मशीनों का उपयोग करके कार्बाइड या डायमंड-टिप वाले बिट्स के साथ ड्रिल किए जाते हैं। उच्च-घनत्व वाले पीसीबी के लिए माइक्रोवियास (<0.15mm) लेजर का उपयोग करके बनाए जाते हैं।
b.डिबुरिंग: शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए तांबे और सब्सट्रेट बर्स को हटाने के लिए छेद साफ किए जाते हैं।
c.प्लेटिंग: परतों को विद्युत रूप से जोड़ने के लिए छेद की दीवारों पर तांबे की एक पतली परत (5–10μm) इलेक्ट्रोप्लेटेड होती है। मल्टी-लेयर पीसीबी बेहतर कवरेज के लिए इलेक्ट्रोलेस कॉपर प्लेटिंग का भी उपयोग कर सकते हैं।
5. सोल्डर मास्क और सिल्कस्क्रीन एप्लीकेशन
a.सोल्डर मास्क प्रिंटिंग: सोल्डर मास्क लगाया जाता है और यूवी प्रकाश के साथ ठीक किया जाता है, जिससे तांबे के पैड और विआस उजागर होते हैं।
b.सिल्कस्क्रीन प्रिंटिंग: घटक लेबल और मार्कर एपॉक्सी स्याही का उपयोग करके मुद्रित किए जाते हैं, फिर स्थायित्व सुनिश्चित करने के लिए 150°C पर ठीक किए जाते हैं।
6. परीक्षण और अंतिम निरीक्षण
a.विद्युत परीक्षण:
निरंतरता परीक्षण: सत्यापित करता है कि सभी निशान डिज़ाइन के अनुसार बिजली का संचालन करते हैं।
Hi-Pot परीक्षण: निशानों के बीच इन्सुलेशन टूटने की जाँच के लिए उच्च वोल्टेज (500–1000V) लागू करता है।
b.दृश्य निरीक्षण: स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण (AOI) सिस्टम लापता सोल्डर मास्क, गलत संरेखित निशान, या ड्रिल त्रुटियों जैसे दोषों की जाँच करते हैं।
c.कार्यात्मक परीक्षण: जटिल पीसीबी के लिए, कार्यात्मक परीक्षण यह सुनिश्चित करने के लिए वास्तविक दुनिया के संचालन का अनुकरण करते हैं कि घटक सही ढंग से एक साथ काम करते हैं।
कठोर पीसीबी के लिए उद्योग मानक
कठोर पीसीबी निर्माण वैश्विक मानकों द्वारा शासित होता है जो निर्माताओं में स्थिरता, विश्वसनीयता और सुरक्षा सुनिश्चित करते हैं। प्रमुख मानकों में शामिल हैं:
1. IPC मानक (इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगों को जोड़ने वाला संघ)
a.IPC-A-600: पीसीबी निर्माण के लिए स्वीकार्यता मानदंड को परिभाषित करता है, जिसमें तांबे, सोल्डर मास्क और लैमिनेशन में अनुमेय दोष शामिल हैं।
b.IPC-2221: मुद्रित बोर्डों के लिए डिजाइन मानक प्रदान करता है, जिसमें ट्रेस चौड़ाई, रिक्ति और छेद आकार दिशानिर्देश शामिल हैं।
c.IPC-J-STD-001: सोल्डरिंग प्रक्रियाओं के लिए आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करता है, मजबूत, विश्वसनीय जोड़ों को सुनिश्चित करता है।
2. UL प्रमाणन (अंडरराइटर्स लेबोरेटरीज)
a.UL 94: पीसीबी सामग्री की ज्वलनशीलता का परीक्षण करता है, V-0 (उच्चतम प्रतिरोध) जैसी रेटिंग यह सुनिश्चित करती है कि आग लगने की स्थिति में पीसीबी लौ का प्रसार न करें।
b.UL 796: पीसीबी निर्माण को प्रमाणित करता है, विद्युत उपकरणों के लिए सुरक्षा मानकों के अनुपालन को सुनिश्चित करता है।
3. RoHS और REACH (पर्यावरण मानक)
a.RoHS: पीसीबी में खतरनाक पदार्थों (सीसा, पारा, कैडमियम) को प्रतिबंधित करता है, जिसके लिए सीसा रहित सोल्डर और अनुरूप सामग्री की आवश्यकता होती है।
b.REACH: निर्माण में उपयोग किए जाने वाले रसायनों को विनियमित करता है, यह सुनिश्चित करता है कि पीसीबी सामग्री मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण के लिए सुरक्षित हैं।
तुलनात्मक विश्लेषण: सिंगल-लेयर बनाम मल्टी-लेयर कठोर पीसीबी
|
फ़ीचर
|
सिंगल-लेयर पीसीबी
|
मल्टी-लेयर पीसीबी (4–8 परतें)
|
|
जटिलता
|
कम (एक तांबे की परत)
|
उच्च (एकाधिक स्टैक्ड परतें)
|
|
घटक घनत्व
|
कम (थ्रू-होल घटक)
|
उच्च (एसएमडी, बीजीए, फाइन-पिच पार्ट्स)
|
|
सिग्नल अखंडता
|
खराब (क्रॉसस्टॉक जोखिम)
|
उत्कृष्ट (ग्राउंड/पावर प्लेन)
|
|
लागत (प्रति यूनिट)
|
(1–)5 (उच्च मात्रा)
|
(5–)50 (परतों पर निर्भर करता है)
|
|
विनिर्माण समय
|
2–5 दिन
|
5–10 दिन
|
|
अनुप्रयोग
|
सरल सर्किट (एलईडी ड्राइवर, रिले)
|
जटिल उपकरण (स्मार्टफोन, सर्वर)
|
कठोर पीसीबी निर्माण में रुझान
प्रौद्योगिकी में प्रगति कठोर पीसीबी उत्पादन में नवाचारों को चला रही है:
a.उच्च-घनत्व इंटरकनेक्ट (HDI): माइक्रोवियास, स्टैक्ड विआस, और महीन ट्रेस चौड़ाई (≤3 मिल्स) 5G उपकरणों और AI त्वरक के लिए छोटे, अधिक शक्तिशाली पीसीबी को सक्षम करते हैं।
b.स्वचालन: AI-संचालित निरीक्षण प्रणाली और रोबोटिक असेंबली मानव त्रुटि को कम करते हैं, उपज और स्थिरता में सुधार करते हैं।
c.स्थिरता: जल-आधारित एटैचेंट, पुनर्नवीनीकरण तांबा, और जैव-आधारित सब्सट्रेट निर्माण के पर्यावरणीय प्रभाव को कम कर रहे हैं।
d.योजक निर्माण: 3D-मुद्रित प्रवाहकीय निशान तेजी से प्रोटोटाइप के लिए परीक्षण किए जा रहे हैं, जिससे तेजी से डिजाइन पुनरावृत्तियों की अनुमति मिलती है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्र: कठोर पीसीबी निर्माण के लिए विशिष्ट लीड समय क्या है?
ए: लीड समय सरल सिंगल-लेयर पीसीबी के लिए 2–5 दिनों से लेकर मल्टी-लेयर (4–8 परतें) डिजाइनों के लिए 5–10 दिनों तक होता है। जटिल HDI पीसीबी में 10–15 दिन लग सकते हैं।
प्र: एक कठोर पीसीबी के निर्माण में कितना खर्च आता है?
ए: लागत आकार, परत गणना और मात्रा के अनुसार भिन्न होती है: सिंगल-लेयर पीसीबी प्रति यूनिट (उच्च मात्रा) (1–)5 से शुरू होते हैं, जबकि 8-लेयर HDI पीसीबी प्रति यूनिट (कम मात्रा) (50–)100+ खर्च कर सकते हैं।
प्र: एक कठोर पीसीबी का अधिकतम आकार क्या है?
ए: मानक उत्पादन लाइनें 24”x36” तक के पीसीबी को संभालती हैं, लेकिन कस्टम निर्माता औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए बड़े बोर्ड (48”x60” तक) का उत्पादन कर सकते हैं।
प्र: क्या कठोर पीसीबी को पुन: उपयोग किया जा सकता है?
ए: हाँ, कठोर पीसीबी में मूल्यवान तांबा (वजन से 15–20%) होता है जिसे पुन: उपयोग किया जा सकता है। विशेष सुविधाएं उच्च-अंत इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाने वाले पीसीबी से कीमती धातुओं को भी पुनर्प्राप्त करती हैं।
प्र: निर्माण में FR-4 और उच्च-Tg FR4 के बीच क्या अंतर है?
ए: उच्च-Tg FR4 को उच्च ग्लास संक्रमण तापमान प्राप्त करने के लिए उच्च लैमिनेशन तापमान (180–200°C बनाम मानक FR4 के लिए 150–170°C) और लंबे समय तक इलाज करने की आवश्यकता होती है, जिससे उत्पादन लागत थोड़ी बढ़ जाती है।
निष्कर्ष
कठोर पीसीबी निर्माण एक सटीक (सटीकता-संचालित) प्रक्रिया है जो विश्वसनीय इलेक्ट्रॉनिक घटकों का उत्पादन करने के लिए सामग्री विज्ञान, इंजीनियरिंग डिजाइन और गुणवत्ता नियंत्रण को संतुलित करती है। उपभोक्ता उपकरणों के लिए FR-4 सब्सट्रेट के चयन से लेकर उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए एल्यूमीनियम कोर सामग्री तक, प्रत्येक विकल्प प्रदर्शन और लागत को प्रभावित करता है। IPC-A-600 और RoHS जैसे मानकों का पालन करके, निर्माता यह सुनिश्चित करते हैं कि कठोर पीसीबी सुरक्षा, विश्वसनीयता और पर्यावरणीय जिम्मेदारी के लिए वैश्विक आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स विकसित होते रहते हैं—छोटे, तेज़ और अधिक शक्तिशाली होते जा रहे हैं—कठोर पीसीबी निर्माण उभरती मांगों को पूरा करने के लिए नई सामग्रियों और प्रक्रियाओं को शामिल करते हुए अनुकूलित होगा। चाहे स्मार्टफोन, चिकित्सा उपकरणों या औद्योगिक मशीनरी में, कठोर पीसीबी आधुनिक तकनीक के लिए आवश्यक बने हुए हैं, घटकों को जोड़ते हैं और नवाचार को सक्षम करते हैं।
मुख्य निष्कर्ष: कठोर पीसीबी निर्माण कला और विज्ञान का एक मिश्रण है, जहां सामग्री चयन, सटीक प्रक्रियाएं और मानकों का पालन इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम की नींव बनाने के लिए एक साथ आते हैं। इन तत्वों को समझना पीसीबी को डिजाइन और उत्पादन करने के लिए महत्वपूर्ण है जो प्रदर्शन, लागत और विश्वसनीयता लक्ष्यों को पूरा करते हैं।
अपनी पूछताछ सीधे हमें भेजें
