पीसीबी या प्रिंटेड सर्किट बोर्ड को अब इलेक्ट्रॉनिक उद्योग में बिल्डिंग ब्लॉक माना जाता है। यह बड़े पैमाने के उपकरणों, परियोजनाओं और मशीनों के लिए कैलकुलेटर जैसे सभी प्रकार के छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करता है।

पीसीबी बोर्ड की संरचना यह निर्धारित करती है कि यह किन परियोजनाओं और उपकरणों के लिए उपयुक्त है। यह पीसीबी में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के प्रकारों पर आधारित है जो विशिष्ट अनुप्रयोगों में बोर्डों का उपयोग करने में मदद करते हैं।

एक पीसीबी मंडल संरचना इसमें सिल्कस्क्रीन, सोल्डर मास्क, कॉपर और सब्सट्रेट होता है। इसके ऊपर, कंडक्टर लेयर को कंपोनेंट कनेक्शन के लिए कॉन्फ़िगर किया जाता है।

पीसीबी बोर्ड के निर्माण के लिए विभिन्न सामग्रियों का उपयोग किया जाता है जो उन परियोजनाओं के प्रदर्शन, परिचालन जीवन और गुणवत्ता को परिभाषित करते हैं जहां इसका उपयोग किया जाएगा।

यहाँ हम PCB बोर्ड के लिए इस्तेमाल की जाने वाली विभिन्न प्रकार की सामग्रियों पर चर्चा करेंगे जो अलग-अलग विशेषताओं के साथ आती हैं और जो बोर्ड की विशिष्टताओं को प्रभावित करती हैं। चलिए शुरू करते हैं।

पीसीबी के मुख्य घटक क्या हैं?

पीसीबी बोर्ड के मुख्य घटक यहां सूचीबद्ध हैं।

  •  सब्सट्रेट (आधार सामग्री)

  •  तांबे की परत

  •  सोल्डर मास्क

  •  Silkscreen

  •  प्रवाहकीय मार्ग

पीसीबी बोर्ड के सभी घटकों के महत्व को नकारा नहीं जा सकता है, और पीसीबी के कामकाज के लिए प्रत्येक का अपना महत्व है।

 सब्सट्रेट (आधार सामग्री)

आधार सामग्री आमतौर पर इपॉक्सी रेज़िन के साथ आती है और तांबे की पन्नी के मिश्रण के साथ काम में ली जाती है।

पीसीबी सब्सट्रेट या बेस मटेरियल पीसीबी के मुख्य घटक हैं जहां अन्य सभी पीसीबी घटक कॉन्फ़िगर किए जाते हैं। यह सर्किट के आधार के रूप में काम करता है और बोर्ड पर जुड़े घटकों के लिए आवश्यक यांत्रिक सहायता प्रदान करता है।

विभिन्न आधार सामग्रियों में ऐसी विशेषताएं होती हैं जो बोर्ड को विश्वसनीय बनाने और कनेक्टेड डिवाइस में अच्छा प्रदर्शन करने में मदद करती हैं। इसलिए, आधार सामग्रियों का उचित उपयोग सटीक बोर्ड संरचना प्रदर्शन को परिभाषित करता है।

सब्सट्रेट सामग्री बोर्ड की भौतिक विशेषताओं को खोजने में भी मदद करती है। उदाहरण के लिए, यदि बोर्ड की स्थायित्व बढ़ाने के लिए कठोर सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, तो एक लचीला आधार बोर्ड को लचीला बनाता है और आसानी से झुक सकता है।

 तांबे की परत

तांबे की परतें सब्सट्रेट सामग्री पर लगाई जाती हैं। पीसीबी बोर्ड के प्रकारों के अनुसार, तांबे की कोटिंग एक तरफ सिंगल-साइडेड बोर्ड के लिए और एक से अधिक तरफ बोर्ड की कई परतों के लिए लगाई जाती है।

इन तांबे की परतों का उपयोग ट्रांजिस्टर, डायोड, इंडक्टर आदि बोर्डों पर जुड़े विभिन्न विरोधियों के बीच विद्युत संकेतों या धाराओं को प्रवाहित करने के लिए किया जाता है। इन परतों से संकेत प्राप्त करने के बाद, जुड़े हुए घटक अपने-अपने कार्य करते हैं।

 सोल्डर मास्क

सोल्डर मास्क तांबे की परतों पर लगाई जाने वाली एक सुरक्षात्मक बहुलक परत है। इसे LPISM या लिक्विड फोटो-इमेजिनेबल सोल्डर मास्क के नाम से जाना जाता है। इसका मुख्य कार्य तांबे की परतों को एक दूसरे के साथ संपर्क से बचाना और उन्हें किसी भी शॉर्ट सर्किट के कारण होने से बचाना है।

यह परत बोर्डों को विभिन्न पर्यावरणीय कारकों, जैसे ऑक्सीकरण और सोल्डर ब्रिज निर्माण से भी बचाती है।

 Silkscreen

सिल्कस्क्रीन स्याही के निशानों से बनी एक परत है जो विभिन्न घटक कनेक्शनों, बोर्ड के भागों, घटक प्रतीकात्मक निरूपणों और संबंधित परियोजनाओं के अन्य विवरणों को खोजने में मदद करती है।

सिल्कस्क्रीन का दूसरा नाम बोर्ड का नामकरण है। सिल्कस्क्रीन उस तरफ लगाया जाता है जहाँ घटक जुड़े होते हैं, लेकिन कुछ बोर्डों पर, इसे सोल्डर की तरफ देखा जा सकता है।

 प्रवाहकीय मार्ग

डिजाइन के अनुसार, पीसीबी बोर्ड की सतह पर एक या दोनों तरफ तांबे से बने प्रवाहकीय मार्ग लगाए जाते हैं। प्रवाहकीय मार्गों पर, एक सोल्डर मास्क लगाया जाता है, जो कंडक्टरों को किसी भी पर्यावरणीय कारकों से बचाता है।

सामान्य पीसीबी सामग्रियां क्या हैं?

पीसीबी बोर्ड-आधारित पीसीबी के प्रकार और परियोजना आवश्यकताओं के लिए विभिन्न प्रकार की सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली सामग्रियां हैं।

 FR-4

FR4 का मतलब है फ्लेम रिटार्डेंट, जो PCB बोर्ड के लिए आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री है। यह एक कम लागत वाली सामग्री है और इसमें उच्च डाइइलेक्ट्रिक ताकत और इन्सुलेशन विशेषताएं हैं।

FR4 एक ग्लास-प्रबलित एप्सॉय लेमिनेट शीट है, और एप्सॉय में मौसम-प्रतिरोधी और अग्निरोधी विशेषताएं हैं। यह उच्च तन्य शक्ति भी प्रदान करता है।

अपनी लागत प्रभावी विशेषताओं के साथ, यह विभिन्न विनिर्माण प्रक्रियाओं के साथ संगत है जो बोर्ड विनिर्माण के लिए पसंद की जाती हैं।

इस सामग्री के लिए अपव्यय कारकों का मान लगभग 0.015 से 0.025 है, और परावैद्युत स्थिरांक का मान 4.2 से 4.8 है। ये मान विनिर्माण तकनीकों के आधार पर भिन्न हो सकते हैं।

इस सामग्री का कांच संक्रमण तापमान मान 105-130 डिग्री सेल्सियस है।

 उच्च तापमान वाली सामग्री

उच्च तापमान वाली सामग्री, जिसे हाई टीजी भी कहा जाता है, विभिन्न तापमान स्थितियों को संभालने के लिए बनाई जाती है। यदि टीजी मान 150 डिग्री से अधिक है, तो उपयोग की जाने वाली सामग्री को उच्च तापमान माना जाता है।

पीसीबी बोर्डों के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली उच्च तापमान सामग्री सिरेमिक सब्सट्रेट और पॉलीइमाइड हैं।

पॉलीइमाइड सामग्री के लिए उच्च तापमान मान लगभग 280°C से 350°C है। उनके पास कम तापीय विस्तार गुणांक भी होते हैं जो थर्मल साइकलिंग के समय विघटन को नियंत्रित करते हैं।

एल्युमिनियम और एल्युमिनियम नाइट्राइड सिरेमिक-आधारित सामग्री हैं जिनका उपयोग PCB बनाने के लिए किया जाता है। इनमें उच्च तापीय चालकता होती है जो प्रभावी रूप से फैलने में मदद करती है और बोर्ड पर जुड़े घटकों से कम गर्मी उत्पन्न करने में मदद करती है।

 लचीली सामग्री

निर्माण के लिए लचीली सामग्रियों का मुख्य उद्देश्य उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाना है जहाँ कठोर बोर्ड विद्युत प्रदर्शन को बनाए रखते हुए लचीली सुविधाएँ प्रदान नहीं करते हैं। इसलिए फ्लेक्स सामग्रियों का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे विमानन उद्योग, चिकित्सा उपकरण, आदि। सबसे आम लचीली सामग्री पॉलिएस्टर है।

पॉलिएस्टर सामग्री, जिसे पॉलीइथिलीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी) के रूप में भी जाना जाता है, पीसीबी बनाती है क्योंकि यह अच्छी विद्युत सुविधाएं प्रदान करती है और जंग और नमी के प्रति प्रतिरोधी होती है।

 धातु कोर सामग्री

ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जहाँ अच्छे थर्मल फीचर्स की आवश्यकता होती है, FR4 सामग्रियों के बजाय मेटल-कोर PCB सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। इन सामग्रियों में बोर्ड पर विभिन्न उच्च-शक्ति घटकों पर काम करते समय उत्पन्न होने वाली गर्मी को संभालने की विशेषताएं होती हैं, जैसे कि एलईडी लाइटें जो उपयोग किए गए PCB मेटल कोर पर हीटिंग प्रभावों को संभालने के लिए संचालन के दौरान गर्मी पैदा करती हैं।

मेटल कोर बोर्ड के लिए सबसे ज़्यादा इस्तेमाल की जाने वाली धातु एल्युमीनियम है, लेकिन कुछ अनुप्रयोगों में तांबे का भी इस्तेमाल किया जाता है। तांबे के विकल्प के रूप में एल्युमीनियम का मुख्य उपयोग इसकी कम लागत है।

धातु कोर महत्वपूर्ण जुड़े घटकों से गर्मी को कम-हीटिंग क्षेत्रों में ले जाता है। धातुकृत कोर बोर्ड की सतह प्रवाहकीय, थर्मल और धातु सब्सट्रेट परतों के साथ आती है।

धातु-कोर पीसीबी के मुख्य प्रकार हैं

·   एकल परत एमसीपीसीबी

·   सीओबी एमसीपीसीबी

·   दोहरी परत एमसीपीसीबी

·   दो तरफा एमसीपीसीबी

·   बहु-परत एमसीपीसीबी

पीसीबी सामग्री के गुण क्या हैं??

पीसीबी बोर्ड सामग्री का चयन करने से पहले जिन मुख्य गुणों की जांच की जानी चाहिए, वे यहां सूचीबद्ध हैं।

पारद्युतिक स्थिरांक

परावैद्युत स्थिरांक एक कारक है जो विद्युत क्षेत्र के रूप में ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए चयनित सामग्री की विशेषताओं को परिभाषित करता है।

Dk का मान संख्यात्मक रूप में दिखाया जाता है। इस कारक ने बोर्ड के विद्युत प्रदर्शन को प्रभावित किया है। यह वैक्यूम के आधार पर PCB के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री की सापेक्ष परमिटिटिविटी के मूल्य को परिभाषित करता है।

तीव्र संकेत प्रसार के लिए उच्च आवृत्ति परियोजनाओं में कम परावैद्युत मान वाली सामग्री का उपयोग किया जाता है।

विभिन्न सामग्रियों के लिए डी.के. मान निम्नानुसार है।

·   एफआर4: 4.2 से 4.8

·   पॉलीइमाइड:3.2 से 3.6

·   लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर (एलसीपी): 2.9.

अपव्यय कारक

यह कारक सामग्री के लिए विद्युत ऊर्जा हानि की व्याख्या करता है और इसे हानि स्पर्शज्या के रूप में भी जाना जाता है। यह सामग्री के ऊर्जा भंडारण की व्याख्या करता है। इस कारक को RF सर्किट के लिए माना जाता है। FR4 सामग्रियों के लिए अपव्यय कारक का मान 0.015 है।

ऊष्मीय चालकता

सामग्रियों की ऊष्मीय चालकता उन परियोजनाओं के लिए एक आवश्यक कारक है जहां उच्च-शक्ति घटकों का उपयोग किया जाता है।

चूँकि यह कार्य के समय बोर्ड पर जुड़े घटकों द्वारा उत्पादित ऊष्मा को नष्ट करने की सामग्रियों की क्षमता को चुनौती देता है, इसलिए वाट प्रति मीटर-केल्विन (W/mk) इस कारक की माप इकाई है। इसे K या TC के रूप में दर्शाया जाता है।

यह मुख्य कारक है जो पीसीबी की गर्मी-विघटन विशेषताओं को परिभाषित करता है। जिस सामग्री का TC मान अधिक होता है, वह अधिक गर्मी का अपव्यय करेगी और बोर्डों के लिए अच्छा काम करेगी।

एल्युमीनियम के लिए तापीय चालकता का मान लगभग 1 W/mK से 3 W/mK है, इसलिए इसमें अच्छी TC विशेषताएँ हैं। इसकी तुलना में, FR4 में लगभग 0.3 W/mK की कम तापीय चालकता है, इसलिए इसे गर्मी अपव्यय में कठिनाई का सामना करना पड़ता है।

यांत्रिक शक्ति

पीसीबी के लिए चयनित सामग्रियों में उचित कार्य के लिए कुछ यांत्रिक विशेषताएं होनी चाहिए, जैसे तनाव की स्थिति को आसानी से संभालने की क्षमता, लचीली प्रकृति और कठोरता।

सामग्री का चयन करने से पहले, जांच लें कि क्या वे आसानी से झटके या कंपन को संभाल सकती हैं, यदि उनका उपयोग ऐसे अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां उच्च दबाव और यांत्रिक बल लागू होते हैं।

सीटीई

सीटीई उन सामग्रियों के तापीय प्रसार का गुणांक है जो गर्म होने पर अपनी विशेषताएं प्रदर्शित करते हैं। सामग्री को होने वाले नुकसान से बचने के लिए सीटीई का मान सीमित सीमा में होना चाहिए क्योंकि अगर तापमान बढ़ने पर सामग्री तेजी से फैलती है, तो वे क्षतिग्रस्त हो जाएंगी।

विद्युत शक्ति

विद्युत को संभालने के लिए सामग्रियों की क्षमता ब्रेकडाउन विद्युत शक्ति कहलाती है। विद्युत शक्ति का मान वोल्ट में मापा जाता है।

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मैं उचित पीसीबी सामग्री का चयन कैसे करूँ?

पीसीबी के लिए चुनी गई सामग्रियों में उचित ताप प्रबंधन विशेषताएं होती हैं क्योंकि यह सुविधा लंबे समय तक काम करने के लिए सबसे अच्छी होती है। यदि चुनी गई सामग्रियों को ठीक से नष्ट नहीं किया जाता है, तो गर्मी जुड़े हुए घटकों के संचालन को प्रभावित करेगी और उपकरणों की दक्षता को कम करेगी। बोर्डों पर हीटिंग फैक्टर को नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली सबसे अच्छी तकनीक हीट सिंक या धातु से बनी चुनी गई सामग्री का उपयोग करना है जो गर्मी को नष्ट कर सकती है।

सामग्री की लागत

पीसीबी निर्माण लागत बोर्ड के लिए चयनित सामग्रियों पर आधारित होती है। सामग्री की लागत बोर्ड के डिजाइन और कई परतों पर आधारित होती है। यदि बोर्ड निर्माण के लिए विशेष प्रकार की सामग्री का उपयोग किया जाता है, तो इससे लागत भी बढ़ जाएगी। बोर्ड में परतों की बढ़ती संख्या भी इसे महंगा बनाती है। उच्च आवृत्ति वाली सामग्री महंगी होती है। लेकिन अच्छी सामग्री का उपयोग करने का प्रयास करें, जो आपके प्रोजेक्ट और कनेक्टेड डिवाइस को लंबे समय तक काम करने में मदद करेगी।

विनिर्माण तकनीकें

विनिर्माण तकनीक भी अच्छी PCB सामग्री का उपयोग करने के लिए मुख्य कारक हैं। PCB निर्माण के लिए दो सामान्य तकनीकों का उपयोग किया जाता है: थ्रू-होल या सरफेस-माउंट तकनीक (SMT)। चयनित सामग्रियों में इन विधियों के साथ संगतता होनी चाहिए ताकि वे अच्छे तनाव प्रबंधन सुविधाएँ प्रदान करें।

पीसीबी बोर्ड अब दुनिया के लगभग सभी उद्योगों का हिस्सा हैं और इनका इस्तेमाल विभिन्न प्रकार की परियोजनाओं और उपकरणों को बनाने में किया जाता है। इसलिए, पीसीबी की विश्वसनीयता बनाए रखना ज़रूरी है। विश्वसनीय और टिकाऊ PCB बोर्ड के लिए, मानक और उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री की आवश्यकता होती है जो विशेष परियोजनाओं के लिए PCB आवश्यकताओं को आसानी से संभाल सके। PCB में विभिन्न प्रकार की सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, जैसे कि FR4, जो सबसे आम है, और कुछ अन्य पॉलीमाइड, पॉलिएस्टर और कुछ धातुएँ हैं। गुणवत्ता वाली सामग्रियों में अच्छा थर्मल प्रदर्शन, यांत्रिक सुविधाएँ और गर्मी अपव्यय कारक प्रदान करने की विशेषताएँ होनी चाहिए और ऑक्सीकरण और संक्षारण कारकों जैसी विभिन्न पर्यावरणीय स्थितियों को संभाल सकती हैं। सामग्री पर्यावरण के अनुकूल होनी चाहिए, मनुष्यों के लिए हानिकारक नहीं होनी चाहिए और आसानी से पुनर्नवीनीकरण की जा सकती है। सामग्री का चयन परियोजना और सर्किट की आवश्यकताओं के आधार पर होना चाहिए।