পিসিবিতে অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেটের ব্যবহার

ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি ক্রমশ ছোট হচ্ছে। একই সাথে, তারা আরও বেশি কাজ করছে। আরও শক্তি, আরও প্রক্রিয়াকরণ, আরও তাপ। শেষ অংশটি - তাপ - যেখানে আসল চ্যালেঞ্জ শুরু হয়।

উচ্চ-শক্তি সম্পন্ন সার্কিটে, তাপ কেবল একটি উপজাত নয়। এটি সমাধান করার একটি সমস্যা। এখানেই অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট পিসিবি আসে। অ্যালুমিনিয়াম কোর পিসিবি নামেও পরিচিত, এগুলি সংবেদনশীল উপাদানগুলি থেকে তাপ সরিয়ে নেওয়ার জন্য তৈরি। এগুলি কেবল সংকেত বহন করে না - তারা তাপ বাইরে এবং নীচে বহন করে।

স্ট্যান্ডার্ড FR4 বোর্ডের তুলনায়, অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেটগুলি সমীকরণ পরিবর্তন করে। তারা ভাল তাপ পরিবাহিতা এবং শক্ত যান্ত্রিক শক্তি একত্রিত করে।

আপনি এগুলি LED সিস্টেমে পাবেন। উদাহরণস্বরূপ, পাওয়ার কনভার্টার এবং বৈদ্যুতিক যানবাহন। এমন জায়গা যেখানে তাপ উপেক্ষা করা যায় না। সেই পরিবেশে, তাপীয় লোড পরিচালনা করা ঐচ্ছিক নয় - এটি স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা এবং ব্যর্থতার মধ্যে পার্থক্য।

এই পোস্টে আমরা এটি বিস্তারিতভাবে বর্ণনা করব। এই বোর্ডগুলি কী? কেন এগুলি ব্যবহার করা হয়? এবং এগুলি দিয়ে নকশা করার সময় ইঞ্জিনিয়ারদের কী কী বিষয় বিবেচনা করা উচিত?

অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট পিসিবি কী?

এটি একটি PCB, কিন্তু এর মূল অংশে ধাতু। ফাইবারগ্লাস (FR4) এর পরিবর্তে, এটি বেস স্তর হিসেবে অ্যালুমিনিয়াম ব্যবহার করে। এই একক পরিবর্তনই সমস্ত পার্থক্য তৈরি করে।

কেন? তাপ। এই বোর্ডগুলি বাইরের শীতলতা ছাড়াই উচ্চ তাপমাত্রা পরিচালনা করার জন্য তৈরি। কোনও ভারী হিটসিঙ্ক বা অতিরিক্ত ফ্যান নেই।

এখানে মৌলিক কাঠামোটি দেওয়া হল:

●      কপার সার্কিট স্তর উপরে - বৈদ্যুতিক পথের জন্য।

●      ডাইইলেকট্রিক স্তর মাঝখানে - অন্তরক করে কিন্তু তাপকে যেতে দেয়।

●      অ্যালুমিনিয়াম বেস নীচে - দ্রুত তাপ সরিয়ে নেয়।

এটি সৌন্দর্যবর্ধক নয়। এটি কার্যকরী। অ্যালুমিনিয়াম তাপীয় মহাসড়ক হিসেবে কাজ করে, যা সিস্টেম থেকে তাপ দক্ষতার সাথে সরিয়ে দেয়। বেশিরভাগ নকশাই একতরফা। উপরে উপাদান। নীচে ধাতু। বহু-স্তরীয় সংস্করণ রয়েছে, তবে এগুলি তৈরি করা আরও কঠিন এবং ব্যয়বহুল।

এটা নমনীয়তা সম্পর্কে নয়। এটা সম্পর্কেস্থায়িত্ব। উচ্চ শক্তি এবং তাপ। তবুও ছোট পদচিহ্ন। এটাই যুদ্ধক্ষেত্র।

তুমি হয়তো "মেটাল কোর পিসিবি" অথবা অ্যালুমিনিয়াম কোর পিসিবি শুনতে পাবে। একই ধারণা। অ্যালুমিনিয়াম হল সবচেয়ে সাধারণ পছন্দ।

 কেন? এটি হালকা, শক্তিশালী, সস্তা এবং চমৎকার তাপ পরিবাহিতা রয়েছে।

অ্যালুমিনিয়াম স্তরটি সাধারণত ০.৮ মিমি থেকে ৩ মিমি পুরু হয়। প্রায়শই ক্ষয় প্রতিরোধ করতে এবং আয়ু বাড়ানোর জন্য অ্যানোডাইজ করা হয়।

যখন আপনার নকশা তাপীয় ব্যর্থতা বহন করতে পারে না, তখন আপনি এই বোর্ডটি বেছে নেবেন।

পিসিবিতে অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট কেন ব্যবহার করবেন?

যেহেতু তাপই শত্রু, উচ্চ-শক্তির সার্কিটে, দুর্বল তাপ ব্যবস্থাপনা কেবল একটি সমস্যা নয় - এটি একটি ব্যর্থতার বিন্দু। উপাদানগুলি অতিরিক্ত গরম হয়। সংকেতগুলি হ্রাস পায়। আয়ুষ্কাল হ্রাস পায়।

অ্যালুমিনিয়াম এটি ঠিক করে। এর তাপ পরিবাহিতা প্রায় ২০৫ ওয়াট / (m·K)। FR205 এর সাথে তুলনা করুন, যা সবেমাত্র ০.৪ ওয়াট/m·K এ পৌঁছায়। এর কাছাকাছিও নয়।

অ্যালুমিনিয়াম তাপ টেনে নেয়—দ্রুত এবং সমানভাবে।

কিন্তু এটি কেবল এটুকুই করে না:

●      মাত্রিক স্থায়িত্ব: তাপীয় চাপের মধ্যেও এটি আকৃতি ধরে রাখে। কোনও বিকৃতি নেই। কোনও মাইক্রোক্র্যাক নেই।

●      ইএমআই শিল্ডিং: ধাতব কোর স্বাভাবিকভাবেই হস্তক্ষেপকে বাধা দেয়। পরিষ্কার সংকেত, এমনকি উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতেও।

●      যান্ত্রিক শক্তি: FR4 এর চেয়ে শক্তিশালী। বেশি আঘাত-প্রতিরোধী। কঠিন হ্যান্ডলিং টিকিয়ে রাখার জন্য তৈরি।

●      ব্যয় দক্ষতা: সিরামিকের তুলনায় সস্তা, কিন্তু একই রকম তাপীয় কর্মক্ষমতা প্রদান করে।

তাছাড়া, আধুনিক উৎপাদনের সাথে সাথে, প্রোটোটাইপিং আগের চেয়ে দ্রুত এবং সহজ। আপনি বাজেট নষ্ট না করেই পুনরাবৃত্তি করতে পারেন।

এই কারণেই অ্যালুমিনিয়াম এখন আর কোনও পছন্দের জিনিস নয়। এটি তাপীয়ভাবে চাহিদাপূর্ণ ডিজাইনের জন্য একটি আদর্শ।

অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট পিসিবিগুলির মূল সুবিধা

অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেটের সুবিধাগুলি এখানে দেওয়া হল:

১. দ্রুত তাপ অপচয়

অ্যালুমিনিয়াম একটি অন্তর্নির্মিত হিটসিঙ্কের মতো কাজ করে। উপাদানগুলি থেকে তাপ ডাইইলেক্ট্রিকের মাধ্যমে ধাতব কোরে স্থানান্তরিত হয়। বেশিরভাগ ক্ষেত্রেই বাইরে থেকে শীতল করার প্রয়োজন হয় না।

2. উন্নত নির্ভরযোগ্যতা

কম তাপীয় চাপ মানে দীর্ঘস্থায়ী উপাদান। স্থিতিশীল তাপমাত্রা সামগ্রিকভাবে ব্যর্থতার হার কমায়।

3. উচ্চ শক্তি ঘনত্ব

কমপ্যাক্ট লেআউট তবুও উচ্চতর স্রোত। অ্যালুমিনিয়াম ডেনকে সমর্থন করেe, অতিরিক্ত গরম না করে উচ্চ-ওয়াটের ডিজাইন।

৪. যান্ত্রিক স্থায়িত্ব

অ্যালুমিনিয়াম পিসিবি অনমনীয় এবং প্রভাব-প্রতিরোধী। তাছাড়া, এটি কম্পন, সংকোচন এবং শারীরিক চাপ FR4 এর চেয়ে ভালোভাবে পরিচালনা করতে পারে।

5. লাইটওয়েট কর্মক্ষমতা

ধাতব কোর থাকা সত্ত্বেও, এটি হালকা। সিরামিকের তুলনায় অনেক হালকা। ওজন গুরুত্বপূর্ণ এমন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আদর্শ—যেমন LED প্যানেল বা স্বয়ংচালিত মডিউল।

6. তাপীয় সম্প্রসারণ নিয়ন্ত্রণ

CTE (তাপীয় সম্প্রসারণের সহগ) সেমিকন্ডাক্টরের মতো উপাদানগুলির কাছাকাছি। এর অর্থ হল গরম/শীতলকরণ চক্রের সময় কম যান্ত্রিক চাপ।

অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট পিসিবিগুলির সাধারণ প্রয়োগ

LED আলো সিস্টেম

হাই-লুমেন এলইডি গরম হয়। ফাইবারগ্লাসের জন্য খুব গরম। অ্যালুমিনিয়াম সেই তাপ দ্রুত টেনে বের করে দেয়। এর অর্থ হল উজ্জ্বল আলো, কম তাপ প্রবাহ এবং দীর্ঘস্থায়ী জীবনকাল।

পাওয়ার কনভার্সন ইকুইপমেন্ট

পাওয়ার ইনভার্টার এবং SMPS বিবেচনা করুন। উচ্চ ভোল্টেজ। এগুলিতে উচ্চ কারেন্ট এবং টাইট থার্মাল মার্জিন থাকে। অ্যালুমিনিয়াম PCB তাপকে দ্রুত সরিয়ে নিতে সাহায্য করে। উন্নত দক্ষতা, কম তাপীয় ব্যর্থতা।

স্বয়ংক্রিয়তা ইলেকট্রনিক্স

আধুনিক যানবাহনে, অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট পিসিবি হেডলাইট, ব্যাটারি নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা এবং ইঞ্জিন নিয়ন্ত্রণ মডিউলে ব্যবহৃত হয়। এগুলি স্ট্যান্ডার্ড FR4 বোর্ডের তুলনায় কম্পন, তাপ এবং রাসায়নিকের এক্সপোজারকে আরও ভালোভাবে সহ্য করতে পারে।

টেলিযোগাযোগ হার্ডওয়্যার

বেস স্টেশন, নেটওয়ার্ক রাউটার এবং সিগন্যাল অ্যামপ্লিফায়ারগুলি প্রায়শই দীর্ঘায়িত উচ্চ-লোড অপারেশনের সময় স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা বজায় রাখার জন্য অ্যালুমিনিয়াম পিসিবি ব্যবহার করে।

ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স

ল্যাপটপ পাওয়ার মডিউল থেকে শুরু করে উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন গেমিং কনসোল পর্যন্ত, অ্যালুমিনিয়াম কোর পিসিবি ফ্যান বা বহিরাগত শীতলকরণের উপর নির্ভরতা হ্রাস করে পাতলা নকশা এবং নীরব তাপ ব্যবস্থাপনা সক্ষম করে।

নকশা এবং উৎপাদন বিবেচনা

অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট পিসিবি ডিজাইন করা আর স্ট্যান্ডার্ড FR4 এর সাথে কাজ করা এক জিনিস নয়। বিভিন্ন নিয়ম আছে। এবং সেগুলো গুরুত্বপূর্ণ।

তাপীয় পথ গুরুত্বপূর্ণ

প্রতিটি নকশায় বিবেচনা করা উচিত যে তাপ কীভাবে উপাদান থেকে অ্যালুমিনিয়াম বেসে স্থানান্তরিত হয়। ডাইইলেক্ট্রিক স্তরটি যতটা সম্ভব পাতলা হওয়া উচিত। তবে এর জন্য এখনও শক্তিশালী অন্তরণ প্রয়োজন। বেশিরভাগই তাপ বৃদ্ধির জন্য পলিমার-ভিত্তিক ডাইইলেক্ট্রিক ব্যবহার করে, কখনও কখনও সিরামিক কণা সহ। এটি যত পাতলা হবে, তাপ প্রবাহ তত ভালো হবে - তবে খুব বেশি পাতলা হবে না। সুরক্ষা মার্জিন গুরুত্বপূর্ণ।

রাউটিংও আলাদা

উচ্চতর স্রোত সহ্য করার জন্য ট্রেসগুলি আরও প্রশস্ত হওয়া উচিত। তীক্ষ্ণ কোণগুলি এড়ানো উচিত। বাঁকা ট্রেসগুলি চাপের বিন্দুগুলি হ্রাস করে। প্যাড এবং ভায়াগুলির অতিরিক্ত যত্ন প্রয়োজন। বিশেষ ড্রিলিং বা আইসোলেশন ছাড়া থ্রু-হোল ভায়াগুলি অ্যালুমিনিয়াম বেসে প্রবেশ করতে পারে না।

একক স্তরের আধিপত্য

বেশিরভাগ অ্যালুমিনিয়াম পিসিবি একতরফা। কারণ ধাতব কোর বৈদ্যুতিক ভায়াগুলিকে ব্লক করে। যদি একটি বহু-স্তর নকশার প্রয়োজন হয়, তবে এর জন্য ডাইইলেক্ট্রিক স্ট্যাকিং বা নমনীয় স্তরগুলির মতো বিশেষ কৌশল প্রয়োজন।

কম্পোনেন্ট প্লেসমেন্ট একটি কৌশলগত

গরম উপাদানগুলি এমন জায়গায় যায় যেখানে তাপ দ্রুত নেমে যেতে পারে। এগুলিকে কেন্দ্রের কাছাকাছি রাখুন। কম-পাওয়ার আইসিগুলি আরও দূরে রাখুন। এটি বোর্ড তৈরির আগে একটি তাপ মানচিত্র তৈরি করার মতো।

সোল্ডার মাস্ক এবং পৃষ্ঠের ফিনিশ অবশ্যই সারিবদ্ধ হতে হবে

যেহেতু অ্যালুমিনিয়াম তাপে প্রসারিত হতে পারে, তাই পৃষ্ঠের ফিনিশটি ধরে রাখতে হবে। ENIG (ইলেক্ট্রোলেস নিকেল ইমারসন গোল্ড) এবং OSP (জৈব সোল্ডারেবিলিটি প্রিজারভেটিভ) সাধারণ।

প্রোটোটাইপিং জটিল হতে পারে

অ্যালুমিনিয়াম পিসিবি প্রোটোটাইপিং স্ট্যান্ডার্ড FR4 এর চেয়ে বেশি খরচ করে। টুলিং আলাদা। ফ্যাব্রিকেশন প্যারামিটারও তাই। কিন্তু সাম্প্রতিক বছরগুলিতে দাম কমেছে। মোটরগাড়ি এবং LED সেক্টরের চাহিদার জন্য ধন্যবাদ।

আইসোলেশন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ

অ্যালুমিনিয়াম পরিবাহী। নকশার ত্রুটির কোনও অবকাশ নেই। একটি ভুল চিহ্ন, এবং এটি ছোট হয়ে যায়। ডিজাইনাররা প্রায়শই আইসোলেশন স্লট বা কিপ-আউট জোন যোগ করেন। এগুলি অগ্নিকাণ্ডের মতো কাজ করে।

যান্ত্রিক ড্রিলিংয়ে নির্ভুলতা প্রয়োজন

তুমি এটাকে ফাইবারগ্লাসের মতো ব্যবহার করতে পারো না। অ্যালুমিনিয়াম দ্রুত সরঞ্জামগুলিকে নিস্তেজ করে দেয়। সিএনসি মেশিনগুলি কার্বাইড বিট এবং বিশেষ ফিড রেট ব্যবহার করে। এজ ফিনিশিং গুরুত্বপূর্ণ। একটি রুক্ষ প্রান্ত ফিটমেন্টের সাথে আপস করতে পারে বা EMI সমস্যা তৈরি করতে পারে।

উপসংহার

অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট পিসিবিগুলি তাপীয় নকশা সম্পর্কে আমাদের ধারণা বদলে দিয়েছে। তারা প্রকৃত সমস্যার সমাধান করে। তাপ, নির্ভরযোগ্যতা এবং স্থান। তাছাড়া, তারা বহিরাগত শীতলকরণের প্রচুর পরিমাণে ব্যবহার ছাড়াই এটি করে।

LED সিস্টেমে, তারা আয়ুষ্কাল বাড়ায়। পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সে, তারা রূপান্তর দক্ষতা উন্নত করে। তবে, যানবাহনে, তারা কম্পন এবং চরম তাপ পরিচালনা করে। তারা নিখুঁত বা সর্বজনীন নয়। তবে উচ্চ-শক্তি, তাপ-নিবিড় অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, তারা প্রায়শই সেরা পছন্দ।

অ্যালুমিনিয়াম পিসিবি প্রোটোটাইপিং থেকে শুরু করে পূর্ণ-স্কেল উৎপাদন পর্যন্ত, সাফল্য আসে উপাদানের শক্তি এবং এর সীমাবদ্ধতাগুলি বোঝার উপর।

ছোট, দ্রুত এবং আরও দক্ষ ইলেকট্রনিক্সের চাহিদা বাড়ার সাথে সাথে অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্রেট পিসিবিগুলি আরও প্রাসঙ্গিক হয়ে উঠবে। ইঞ্জিনিয়ারদের প্রস্তুত থাকা উচিত। উপাদান সম্পর্কে জানুন। অবশেষে, সর্বদা তাপের কথা মাথায় রেখে ডিজাইন করুন।