2025-08-19
उच्च घनत्व, उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रॉनिक्स में महत्वपूर्ण चुनौतियों को संबोधित करते हुए आधुनिक पीसीबी डिजाइन में गेम-चेंजिंग तकनीक के रूप में वीआईपीपीओ (वीआईपीपीओ) उभरा है।घटक पैड के अंदर सीधे प्लेट-थ्रू वायस को रखकर, उनके बगल में नहीं, वीआईपीपीओ अंतरिक्ष का अनुकूलन करता है, सिग्नल अखंडता को बढ़ाता है, और थर्मल प्रबंधन में सुधार करता है। यह नवाचार आज के लघु उपकरणों में विशेष रूप से मूल्यवान है,स्मार्टफ़ोन और पहनने योग्य उपकरणों से लेकर औद्योगिक सेंसर और 5जी उपकरणों तक, जहां प्रत्येक मिलीमीटर स्थान और संकेत की स्पष्टता के प्रत्येक डेसिबल मायने रखता है।
यह मार्गदर्शिका पीसीबी डिजाइन में वीआईपीपीओ के तीन मुख्य लाभों की जांच करती है,इसकी तुलना पारंपरिक माध्यम लेआउट से करते हुए और यह उजागर करते हुए कि इलेक्ट्रॉनिक प्रदर्शन की सीमाओं को आगे बढ़ाने के उद्देश्य से इंजीनियरों और निर्माताओं के लिए यह अपरिहार्य क्यों बन गया है.
वीआईपीपीओ क्या है?
वीआईपीपीओ (Via-in-Pad Plated Over) एक पीसीबी डिजाइन तकनीक है जहां बीआईपीओ को सीधे सतह-माउंट घटकों (एसएमडी) के सोल्डर पैड में एकीकृत किया जाता है, जैसे कि बीजीए (बॉल ग्रिड एरे), क्यूएफपी,और छोटे निष्क्रिय घटकोंपारंपरिक वाइज के विपरीत जो पैड के समीप स्थित हैं, अतिरिक्त रूटिंग स्थान की आवश्यकता होती है, वीआईपीपीओ वाइज हैंः
a. एक सपाट, वेल्ड करने योग्य सतह बनाने के लिए प्रवाहकीय इपोक्सी या तांबे से भरा हुआ।
b. पैड के साथ निर्बाध एकीकरण सुनिश्चित करने के लिए ओवरप्लेटेड, ऐसे अंतराल को समाप्त करना जो लोडर को फंस सकते हैं या संयुक्त विफलताओं का कारण बन सकते हैं।
c. उच्च घनत्व वाले डिजाइनों के लिए अनुकूलित, जहां स्थान की बाधाओं ने पारंपरिक प्लेसमेंट के माध्यम से अव्यावहारिक बना दिया है।
यह दृष्टिकोण पीसीबी के लेआउट को बदल देता है, जिससे घटकों के बीच की दूरी और बोर्ड अचल संपत्ति का अधिक कुशल उपयोग संभव हो जाता है।
लाभ 1: विश्वसनीयता और स्थायित्व में वृद्धि
वीआईपीपीओ पीसीबी विफलता के दो सामान्य स्रोतों को संबोधित करता हैः कमजोर मिलाप जोड़ों और माध्यम से संबंधित दोष। इसका डिजाइन अंतर्निहित रूप से कनेक्शन को मजबूत करता है, जिससे यह मिशन-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए आदर्श हो जाता है।
अधिक मज़बूत मिलाप जोड़
घटक पैड के बाहर रखे जाने वाले पारंपरिक वायस, "छाया क्षेत्र" बनाते हैं जहां मिलाप प्रवाह असमान होता है, जिससे ठंडे जोड़ों या खोखलेपन का खतरा बढ़ जाता है। वीआईपीपीओ इस समस्या को समाप्त करता हैः
a. एक समतल, निरंतर पैड सतह (भरे हुए और लेपित वायस के लिए धन्यवाद) बनाने के लिए, समान मिलाप वितरण सुनिश्चित करना।
b.ज्वाइंट्स पर यांत्रिक तनाव को कम करना, घटक और ट्रया के बीच की दूरी को छोटा करना, थर्मल साइकिल के दौरान झुकने को कम करना।
डेटा पॉइंट: रोचेस्टर इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एक अध्ययन में पाया गया कि वीआईपीपीओ के सोल्डर जोड़ों ने 2 साल तक जीवित रहे।थर्मल चक्र (-40°C से 125°C तक) की तुलना में 8 गुना अधिक थर्मल चक्र.
विफलता के कम मोड
अपूर्ण या अनुचित रूप से रखे गए वायस नमी, प्रवाह, या प्रदूषकों को फंस सकते हैं, जिससे समय के साथ संक्षारण या शॉर्ट सर्किट हो सकते हैं। वीआईपीपीओ इन जोखिमों को कम करता हैः
कंडक्टिव भरना: तांबा या एपॉक्सी भरने से वाया सील हो जाता है, जिससे मलबे के जमा होने से बचा जा सकता है।
b.Plated Over Surfaces: एक चिकनी, लेपित परिष्करण उन दरारों को समाप्त करता है जहां संक्षारण शुरू हो सकता है।
वास्तविक-विश्व प्रभावः वर्सट्रॉनिक्स कॉर्प ने वीआईपीपीओ का उपयोग करने वाले पीसीबी के लिए फील्ड विफलता दर में 14% की कमी की सूचना दी, जो कम शॉर्ट सर्किट और संक्षारण से संबंधित मुद्दों के कारण है।
वीआईपीपीओ बनाम पारंपरिक वाया (विश्वसनीयता)
| मीट्रिक | वीआईपीपी | पारंपरिक मार्ग |
|---|---|---|
| सोल्डर जोड़ों की थकान जीवन | 2,800+ थर्मल चक्र | 1,000~1,200 ताप चक्र |
| शॉर्ट सर्किट का जोखिम | 14% कम (क्षेत्र डेटा के अनुसार) | उच्चतर (किनारों के माध्यम से उजागर होने के कारण) |
| जंग प्रतिरोध | उत्कृष्ट (सील वायस) | खराब (अपूरा हुआ वायस ट्रैप प्रदूषक) |
लाभ 2: उच्च ताप और विद्युत प्रदर्शन
उच्च शक्ति और उच्च आवृत्ति डिजाइनों में, गर्मी का प्रबंधन और संकेत अखंडता बनाए रखना सर्वोपरि है। वीआईपीपीओ दोनों क्षेत्रों में उत्कृष्टता प्राप्त करता है, पारंपरिक माध्यम से लेआउट को पार करता है।
थर्मल मैनेजमेंट में सुधार
गर्मी का निर्माण इलेक्ट्रॉनिक प्रदर्शन में एक प्राथमिक सीमित कारक है, विशेष रूप से बिजली-भूखे घटकों (जैसे, प्रोसेसर, पावर एम्पलीफायर) के साथ घने डिजाइनों में। वीआईपीपीओ गर्मी अपव्यय को बढ़ाता हैः
a.पूरे वायस के माध्यम से घटक पैड से आंतरिक या बाहरी हीट सिंक के लिए प्रत्यक्ष थर्मल पथ बनाना।
b. थर्मल प्रतिरोध को कम करना: तांबे से भरे VIPPO वायस का थर्मल प्रतिरोध ~ 0.5°C/W है, जबकि पारंपरिक वायस के लिए यह ~ 2.0°C/W है।
केस स्टडीः 5जी बेस स्टेशन पीसीबी में, वीआईपीपीओ ने पारंपरिक लेआउट की तुलना में पावर एम्पलीफायर के ऑपरेटिंग तापमान को 12 डिग्री सेल्सियस तक कम कर दिया, जिससे घटकों का जीवनकाल लगभग 30% तक बढ़ गया।
बेहतर सिग्नल अखंडता
उच्च आवृत्ति संकेत (≥1GHz) लंबे, अप्रत्यक्ष मार्गों की यात्रा करने के लिए मजबूर होने पर हानि, प्रतिबिंब और क्रॉसस्टॉक से पीड़ित होते हैं। वीआईपीपीओ इन मुद्दों को निम्नानुसार कम करता हैः
a.सिग्नल पथों को छोटा करनाः पैड के भीतर के मार्ग पारंपरिक ऑफ-पैड मार्गों के आसपास के डिवायर को समाप्त करते हैं, जिससे निशान की लंबाई 30-50% कम हो जाती है।
b.प्रतिबाधा विखंडन को कम करनाः भरे हुए वायस एक स्थिर प्रतिबाधा (± 5% सहिष्णुता) बनाए रखते हैं, जो 5G, PCIe 6 के लिए महत्वपूर्ण है।0, और अन्य उच्च गति प्रोटोकॉल।
प्रदर्शन डेटाः पारंपरिक वाया 0.25 ̊0.5Ω प्रतिरोध का परिचय देते हैं; वीआईपीपीओ वाया इसे 0.05 ̊0.1Ω तक कम करते हैं, उच्च आवृत्ति डिजाइनों में सिग्नल हानि को 80% तक कम करते हैं।
वीआईपीपीओ बनाम पारंपरिक वाया (प्रदर्शन)
| मीट्रिक | वीआईपीपी | पारंपरिक मार्ग |
|---|---|---|
| थर्मल प्रतिरोध | ~0.5°C/W (कापर से भरा हुआ) | ~2.0°C/W (अपूरा) |
| संकेत पथ की लंबाई | 30 से 50% कम | लम्बा (पैड के चारों ओर घूमना) |
| प्रतिबाधा स्थिरता | ± 5% सहिष्णुता | ±10~15% सहिष्णुता (via stubs के कारण) |
| उच्च आवृत्ति हानि | कम (<0.1dB/इंच 10GHz पर) | 10GHz पर उच्च (0.3~0.5dB/इंच) |
लाभ 3: डिजाइन लचीलापन और लघुकरण
जैसे-जैसे उपकरण सिकुड़ते हैं और घटकों का घनत्व बढ़ता है, इंजीनियरों को अभूतपूर्व स्थान की बाधाओं का सामना करना पड़ता है।
उच्च घनत्व इंटरकनेक्ट (एचडीआई) डिजाइन सक्षम करना
एचडीआई पीसीबी के साथ ठीक पिच घटकों (≤0.4 मिमी) और घने रूटिंग VIPPO पर निर्भर करते हैं ताकि छोटे स्थानों में अधिक कार्यक्षमता फिट हो सके। प्रमुख लाभों में शामिल हैंः
a.कम पदचिह्नः वीआईपीपीओ पारंपरिक ऑफ-पैड वायस के आसपास आवश्यक ′′केप-आउट′′ क्षेत्रों को समाप्त करता है, जिससे घटकों को 20-30% एक दूसरे के करीब रखा जा सकता है।
अधिक कुशल रूटिंगः पैड के भीतर के मार्ग सिग्नल या पावर प्लेन के लिए आंतरिक परतों को मुक्त करते हैं, अतिरिक्त परतों (और लागत) की आवश्यकता को कम करते हैं।
उदाहरण: वीआईपीपीओ का उपयोग करने वाला एक स्मार्टफोन पीसीबी पारंपरिक लेआउट की तुलना में एक ही क्षेत्र में 6.2% अधिक घटकों को फिट करता है, जो 5 जी एमएमवेव एंटेना और मल्टी-कैमरा सिस्टम जैसी उन्नत सुविधाओं को सक्षम करता है।
जटिल लेआउट को सरल बनाना
पारंपरिक प्लेसमेंट के माध्यम से अक्सर डिजाइनरों को पैड के चारों ओर मार्ग बनाने के लिए मजबूर किया जाता है, जिससे भीड़भाड़, अप्रभावी लेआउट पैदा होते हैं। वीआईपीपीओ इसे सरल बनाता हैः
a. घटक पैड से आंतरिक परतों के लिए प्रत्यक्ष कनेक्शन की अनुमति देता है, आवश्यक माध्यमों की संख्या को कम करता है।
ईएमआई को कम करने के लिए महत्वपूर्ण ग्राउंड कनेक्शन को मजबूत करने के लिए पैड के अंदर सिलाई करने में सक्षम।
डिजाइन प्रभावः इंजीनियरों ने सरल ट्रैक पथों के लिए धन्यवाद, वीआईपीपीओ का उपयोग करते समय बीजीए-भारी डिजाइनों (जैसे, माइक्रोप्रोसेसर) के लिए रूटिंग समय में 40% की कमी की सूचना दी है।
वीआईपीपीओ के लिए आदर्श अनुप्रयोग
वीआईपीपीओ विशेष रूप से उन उद्योगों में मूल्यवान है जहां लघुकरण और प्रदर्शन पर बातचीत नहीं की जाती हैः
| उद्योग | आवेदन | वीआईपीपीओ लाभ |
|---|---|---|
| उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स | स्मार्टफ़ोन, पहनने योग्य उपकरण | संकीर्ण स्थानों में अधिक घटकों (कैमरे, सेंसर) को फिट करता है |
| दूरसंचार | 5जी बेस स्टेशन, राउटर | उच्च आवृत्ति (28GHz+) सर्किट में सिग्नल हानि को कम करता है |
| औद्योगिक | आईओटी सेंसर, मोटर नियंत्रक | बंद वातावरण में थर्मल प्रबंधन में सुधार |
| चिकित्सा | पोर्टेबल डायग्नोस्टिक, इम्प्लांट | जीवन-महत्वपूर्ण उपकरणों में विश्वसनीयता बढ़ाता है |
वीआईपीपीओ लागू करनाः सर्वोत्तम अभ्यास
वीआईपीपीओ के लाभों को अधिकतम करने के लिए, इन डिजाइन और निर्माण दिशानिर्देशों का पालन करें:
1भरने के माध्यम सेः उच्च शक्ति वाले डिजाइनों (उच्च थर्मल चालकता) या लागत-संवेदनशील, कम शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए एपॉक्सी भरने के लिए तांबा भरने का उपयोग करें।
2पैड साइजिंगः सुनिश्चित करें कि पैड वेया के व्यास से 2×3 गुना हो ताकि वेया को मिलाया जा सके (उदाहरण के लिए, 0.3 मिमी के वेया को 0.6×0.9 मिमी के पैड की आवश्यकता होती है) ।
3.प्लेटिंग गुणवत्ताः चालनशीलता और यांत्रिक शक्ति के माध्यम से सुनिश्चित करने के लिए ≥25μm तांबे के प्लेटिंग को निर्दिष्ट करें.
4निर्माता सहयोगः डिजाइनों को मान्य करने के लिए वीआईपीपीओ (जैसे एलटी सर्किट) में अनुभव रखने वाले पीसीबी निर्माताओं के साथ काम करें, क्योंकि सटीक ड्रिलिंग और भरना महत्वपूर्ण है।
क्यों एलटी सर्किट वीआईपीपीओ कार्यान्वयन में उत्कृष्ट है
एलटी सर्किट मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए उच्च प्रदर्शन वाले पीसीबी प्रदान करने के लिए वीआईपीपीओ का लाभ उठाता हैः
1.अंतराल मुक्त माध्यमों को सुनिश्चित करने के लिए उन्नत भरने की प्रक्रियाएं (कूपर और एपॉक्सी) ।
2. सटीक लेजर ड्रिलिंग (± 5μm सहिष्णुता) ठीक-पीच घटकों के लिए।
3वीआईपीपीओ की अखंडता को सत्यापित करने के लिए कठोर परीक्षण (एक्स-रे निरीक्षण, थर्मल साइक्लिंग) ।
वीआईपीपीओ में उनकी विशेषज्ञता ने ग्राहकों को सिग्नल अखंडता और थर्मल प्रदर्शन में सुधार करते हुए पीसीबी आकार को 30% तक कम करने में मदद की है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न: क्या वीआईपीपीओ पारंपरिक डिजाइनों की तुलना में अधिक महंगा है?
उत्तरः हां, VIPPO भरने और चढ़ाने के चरणों के कारण पीसीबी लागत में ~10~15% जोड़ता है, लेकिन यह अक्सर उच्च घनत्व डिजाइनों में कम परतों की संख्या और बेहतर उपज से ऑफसेट होता है।
प्रश्न: क्या वीआईपीपीओ का उपयोग सभी प्रकार के घटकों के साथ किया जा सकता है?
एः वीआईपीपीओ एसएमडी, विशेष रूप से बीजीए और क्यूएफपी के साथ सबसे अच्छा काम करता है। यह बड़े छेद के माध्यम से घटकों के लिए कम व्यावहारिक है, जहां पैड आकार एकीकरण के माध्यम से अनावश्यक बनाता है।
प्रश्न: क्या वीआईपीपीओ को विशेष डिजाइन सॉफ्टवेयर की आवश्यकता होती है?
उत्तरः अधिकांश आधुनिक पीसीबी डिजाइन उपकरण (अल्टियम, किकैड, मेंटर पीएडीएस) वीआईपीपीओ का समर्थन करते हैं, जिसमें इन-पैड प्लेसमेंट और भरने के विनिर्देशों के माध्यम से स्वचालित करने की सुविधाएं हैं।
प्रश्न: वीआईपीपीओ के लिए न्यूनतम आकार क्या है?
एः लेजर ड्रिल किए गए वीआईपीपीओ वायस 0.1 मिमी के रूप में छोटे हो सकते हैं, जिससे वे अल्ट्रा-फाइन-पिच घटकों (≤0.4 मिमी पिच) के लिए उपयुक्त हो जाते हैं।
प्रश्न: वीआईपीपीओ पुनर्नवीनीकरण को कैसे प्रभावित करता है?
उत्तरः पुनः कार्य संभव है लेकिन घटक हटाने के दौरान भरे हुए वायस को क्षतिग्रस्त करने से बचने के लिए सटीक तापमान नियंत्रण के साथ गर्म हवा स्टेशनों का सावधानीपूर्वक उपयोग करना आवश्यक है।
निष्कर्ष
वीआईपीपीओ एक डिजाइन ट्रिक से अधिक है; यह आधुनिक पीसीबी इंजीनियरिंग का आधारशिला है, जो छोटे, शक्तिशाली और विश्वसनीय उपकरणों को सक्षम करता है जो आज के इलेक्ट्रॉनिक्स परिदृश्य को परिभाषित करते हैं। विश्वसनीयता में सुधार करके,थर्मल और इलेक्ट्रिकल प्रदर्शन को बढ़ाकर, और अभूतपूर्व लघुकरण को सक्षम करते हुए, वीआईपीपीओ उच्च घनत्व डिजाइन में सबसे जरूरी चुनौतियों का समाधान करता है।
जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी में प्रगति जारी रहती है, जैसे-जैसे 6जी, एआई और आईओटी छोटे और तेज़ उपकरणों की मांग को बढ़ाते हैं, वीआईपीपीओ इंजीनियरों के लिए आवश्यक रहेगा जो महत्वाकांक्षी अवधारणाओं को कार्यात्मक बनाने का लक्ष्य रखते हैं।बाज़ार के लिए तैयार उत्पाद.
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