मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) इलेक्ट्रॉनिक्स की रीढ़ की हड्डी के रूप में कार्य करते हैं, जो घटकों को आपस में जोड़कर कार्यात्मक सर्किट बनाते हैं।
इसे सक्षम करने वाले सबसे महत्वपूर्ण पीसीबी डिज़ाइन तत्वों में से एक पैड है - धातु लैंडिंग क्षेत्र जो बोर्ड ट्रेस और घटक लीड के बीच इंटरफ़ेस प्रदान करते हैं। पैड को आकार, आकृति और लेआउट में माउंट किए जा रहे विशिष्ट भागों के अनुरूप बनाया जाना चाहिए।
एक कार्यशील PCB असेंबली बनाने के लिए पैड डिज़ाइन को सही बनाना महत्वपूर्ण है। इस व्यापक गाइड का उद्देश्य PCB डिज़ाइनरों और इंजीनियरों को पैड निर्माण, गुणों और डिज़ाइन कारकों की गहन समझ प्रदान करना है।
तो, अगले कुछ मिनटों में हम जिन विषयों पर चर्चा करेंगे, उसकी एक झलक यहां दी गई है:
● पीसीबी पैड के प्रकार
● पैड पर वाया कैसे लगाएं
● बॉन्ड पैड क्या है
● पीसीबी पैड डिजाइन के दौरान विचार
● पीसीबी पैड साइजिंग के लिए मानक और कैलकुलेटर
● गलत पैड डिज़ाइन के कारण होने वाली समस्याएं
हां, हम इन सभी बातों पर चर्चा करेंगे और फिर कुछ सवालों के जवाब देंगे जो पीसीबी पैड डिजाइन के विशेषज्ञ के तौर पर हमसे पूछे गए हैं। तो, अब इस विषय के सार पर आते हैं।
इलेक्ट्रॉनिक्स में पीसीबी पैड क्या है?
प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) पैड बोर्ड पर एक सपाट, धातु-प्लेटेड क्षेत्र होता है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक घटकों को माउंट करने और कनेक्ट करने के लिए किया जाता है। पैड घटक लीड और उन पर तांबे के निशान के बीच इंटरफेस के रूप में काम करते हैं। जब एक प्रतिरोधक या एकीकृत सर्किट जैसे भाग को बोर्ड पर सोल्डर किया जाता है, तो इसके लीड शारीरिक और विद्युत रूप से पैड से जुड़ जाते हैं।
वे विभिन्न आकारों और आकारों में आते हैं जो माउंट किए जाने वाले घटक के प्रकार के अनुरूप होते हैं। उदाहरण के लिए, एक सतह माउंट चिप प्रतिरोधक में छोटे, आयताकार पैड हो सकते हैं, जबकि एक थ्रू-होल इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर में बड़े कुंडलाकार छल्ले का उपयोग किया जाता है। एक ठोस जोड़ सुनिश्चित करने के लिए पैड का आकार भाग की लीड या समाप्ति शैली से मेल खाना चाहिए।
पीसीबी पैड घटक को यांत्रिक रूप से जगह पर लंगर डालते हैं जबकि भाग और आसन्न सर्किट ट्रेस के बीच करंट प्रवाह की अनुमति देते हैं। बोर्ड पर उनका लेआउट और पोजिशनिंग सर्किट स्कीमेटिक में इच्छित संलग्न घटकों को जोड़ने के लिए कुशल रूटिंग को सक्षम बनाता है।
एक कार्यशील PCB को असेंबल करने के लिए अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए पैड आवश्यक हैं। उचित पैड के साथ, घटकों को मज़बूती से माउंट किया जा सकता है और सर्किट आर्किटेक्चर में वायर किया जा सकता है।
इसलिए, ये पैड वास्तव में घटकों और बोर्ड ट्रेस को जोड़ने वाले महत्वपूर्ण अटैचमेंट पॉइंट प्रदान करते हैं। उनका डिज़ाइन विनिर्माण क्षमता, कनेक्टिविटी और निश्चित रूप से उनके समग्र पीसीबी प्रदर्शन को दृढ़ता से प्रभावित करता है।
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पीसीबी पैड के प्रकार
हमें विश्वास है कि अब आपको PCB पैड की बुनियादी बातों और उनके ज़रूरी कार्यों की अच्छी समझ हो गई होगी। हालाँकि, हम PCB पैड के विभिन्न प्रकारों की अधिक विस्तार से जाँच करके इस पर और गहराई से चर्चा करेंगे।
थ्रू-होल पैड
थ्रू-होल पीसीबी पैड को लीडेड घटकों को समायोजित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसमें वायर लीड होते हैं जो बोर्ड में ड्रिल किए गए छेदों से गुजरते हैं। पैड खुद प्लेटेड-थ्रू होल के चारों ओर एक गोल वलय है।
पीसीबी की सतह पर ऊपर से देखने पर यह बीच में एक छेद वाली रिंग की तरह दिखाई देती है। रिंग का आंतरिक व्यास ड्रिल किए गए छेद के आकार से मेल खाता है, जबकि बाहरी व्यास घटक लीड को सोल्डर करने के लिए पर्याप्त कुंडलाकार रिंग क्षेत्र प्रदान करता है।
असेंबली के दौरान, घटक लीड छेद से होकर गुजरता है और बोर्ड के विपरीत दिशा में फैलता है। फिर लीड को एक ठोस यांत्रिक और विद्युत कनेक्शन बनाने के लिए क्लिंच या सोल्डर किया जाता है। छेद का चढ़ाया हुआ बैरल दोनों तरफ पैड को जोड़ता है, जिससे बोर्ड परतों के बीच चालन सक्षम होता है।
थ्रू-होल पैड लीड व्यास, सोल्डर प्रवाह आवश्यकताओं और वांछित बॉन्डिंग ताकत जैसे कारकों के आधार पर अलग-अलग आकारों में आते हैं। उदाहरण के लिए, एक TO-220 पावर ट्रांजिस्टर बड़े 0.4" व्यास वाले पैड का उपयोग कर सकता है, जबकि एक प्रतिरोधक में 0.1" पैड हो सकते हैं।
उनकी रिंग शेप विश्वसनीयता के लिए उदार सोल्डर फिलेट बनाने की अनुमति देती है। इसका उपयोग लगातार कनेक्टर, बड़े ट्रांसफॉर्मर और सतह पर माउंटिंग के लिए अनुपयुक्त अन्य घटकों के लिए किया जाता रहा है।
सतह माउंट पैड
ये पैड एकीकृत सर्किट और घटकों को समायोजित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जिनमें लीड या टर्मिनेशन होते हैं जो बोर्ड में छेद से नहीं गुजरते हैं। इसके बजाय, पैड सीधे पीसीबी के ऊपर भाग को सोल्डर करने के लिए सपाट सतह प्रदान करते हैं।
सामान्य सतह माउंट पैड ज्यामिति में आयताकार, वृत्त और गोल आयताकार शामिल हैं। आकार और आयाम घटक के लीड या बॉल कॉन्फ़िगरेशन से मेल खाते हैं।
उदाहरण के लिए, SOIC एकीकृत सर्किट पैकेज में J-लीड फ़ुटर पैटर्न से मेल खाते छोटे आयताकार पैड हो सकते हैं। इसकी तुलना में, सिरेमिक कैपेसिटर और प्रतिरोधक अपने अंतिम टर्मिनेशन के साथ संगत बड़े आयताकार या चौकोर पैड का उपयोग करते हैं। पैड को पीसीबी पर सटीक रूप से रखा जाता है ताकि माउंट किए जाने पर घटक की लीड स्थिति के साथ संरेखित हो सके।
असेंबली के दौरान, भाग को रखने से पहले पैड पर सोल्डर पेस्ट लगाया जाता है। रिफ्लो सोल्डरिंग छेदों से गुज़रे बिना विश्वसनीय जोड़ बनाती है। सोल्डर बॉन्डिंग को और बेहतर बनाने के लिए बोर्ड में खांचे के साथ एज-माउंटेड पैड का भी इस्तेमाल किया जा सकता है।
अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए सतह माउंट पैड उच्च घटक घनत्व, स्वचालित असेंबली और लघु पीसीबी इलेक्ट्रॉनिक्स को सक्षम करते हैं।
सरफेस माउंट पैड बोर्ड पर सोल्डर करने योग्य शेल्फ़ के रूप में कार्य करते हैं ताकि फ्लैट-लीड वाले घटकों को सीधे जोड़ा जा सके। उनका आकार, आकृति और लेआउट विशिष्ट घटक समाप्ति से मेल खाता है।
बीजीए पैड
BGA या बॉल ग्रिड ऐरे पैड, जैसा कि हम सभी जानते हैं, नीचे की तरफ सोल्डर बॉल टर्मिनेशन के साथ माउंटेड इंटीग्रेटेड सर्किट पैकेज हैं। पैड लेआउट BGA पैकेज के पदचिह्न को दर्शाता है, जिसमें छोटे गोलाकार लैंडिंग पैड की एक सरणी होती है।
पैड के बीच सामान्य पिच या स्पेसिंग 0.8 मिमी से 1.27 मिमी तक होती है। निरीक्षण की सुविधा और सहनशीलता के लिए पैड का व्यास बॉल के व्यास से थोड़ा बड़ा होता है।
असेंबली के दौरान, सोल्डर पेस्ट को BGA पैड पर प्रिंट या जमा किया जाता है। IC पैकेज बॉल्स को ठीक से संरेखित किया जाता है और पैड पर रखा जाता है। रिफ्लो सोल्डरिंग इंटरकनेक्शन बनाती है। नीचे की तरफ सरणी माउंटिंग बिना जगह लेने वाले किनारों या परिधि लीड की आवश्यकता के कई इनपुट/आउटपुट कनेक्शन प्रदान करती है।
BGA पैड लेआउट को उपयोग किए जा रहे विशेष पैकेज फ़ुटप्रिंट से मेल खाने के लिए अनुकूलित किया जाता है। विचार किए जाने वाले कारकों में बॉल की मात्रा, पिच, बॉल का व्यास और इष्टतम बॉन्डिंग क्षेत्र शामिल हैं।
सिग्नल इंटीग्रिटी सिमुलेशन पीसीबी डिज़ाइन को अंतिम रूप देने से पहले पैड लेआउट को सत्यापित करने में मदद करते हैं। प्रोसेसर और FPGA जैसे जटिल IC की विश्वसनीय, उच्च-घनत्व वाली माउंटिंग प्राप्त करने के लिए सही BGA पैड डिज़ाइन महत्वपूर्ण है।
पैड पर वाया कैसे लगाएं
प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) डिज़ाइन करते समय, आपको जिस मुख्य तकनीक को समझने की आवश्यकता होगी, वह है पैड पर वाया को प्रभावी ढंग से कैसे रखा जाए। यह प्रक्रिया मल्टीलेयर बोर्ड बनाने के लिए महत्वपूर्ण है, जहाँ विद्युत कनेक्शन को विभिन्न परतों से गुजरना पड़ता है।
एक वाया पीसीबी में एक छोटा सा छेद होता है जिसे धातु से चढ़ाया या भरा जाता है, जिससे बोर्ड की विभिन्न परतों के बीच विद्युत कनेक्शन की अनुमति मिलती है। पैड पर वाया लगाना, जिसे अक्सर घटक लीड या माउंटिंग छेद के लिए उपयोग किया जाता है, के लिए सटीकता और आपके सर्किट डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर की अच्छी समझ की आवश्यकता होती है।
आइए इसकी बारीकियों और चरणों पर गौर करें कि यह कैसे सुनिश्चित किया जाता है कि आपका पीसीबी अपेक्षित रूप से कार्य करे।
चरण 1: बॉन्ड पैड सामग्री जमा करें और पैटर्न बनाएं
पहला कदम बॉन्ड पैड धातु, आम तौर पर एल्यूमीनियम या तांबे को स्पटरिंग या वाष्पीकरण जैसी विधियों का उपयोग करके एकीकृत सर्किट की सबसे ऊपरी धातु परत पर जमा करना है। फोटोलिथोग्राफी बॉन्ड पैड लेआउट को परिभाषित करने के लिए एक पैटर्न को फोटोरेजिस्ट परत पर स्थानांतरित करती है। उजागर क्षेत्रों को हटा दिया जाता है, जिससे आवश्यक पैड ज्यामिति बच जाती है।
चरण 2: डाइइलेक्ट्रिक परत जमा करें
इसके बाद, रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग करके सिलिकॉन डाइऑक्साइड या नाइट्राइड जैसी एक ढांकता हुआ इन्सुलेशन सामग्री पूरी वेफर सतह पर जमा की जाती है। यह विद्युत रूप से प्रवाहकीय पैड को अलग करता है। ढांकता हुआ मोटाई आवश्यक ऊँचाई पर निर्भर करती है।
चरण 3: फोटोरेसिस्ट के माध्यम से पैटर्न
एक नई फोटोरेजिस्ट परत रखी जाती है और बॉन्ड पैड पर संरेखित वाया स्थानों के साथ पैटर्न बनाया जाता है। प्रतिरोध को उजागर और विकसित किया जाता है, जिससे इन वाया साइटों का पता चलता है जबकि शेष ढांकता हुआ भाग ढका रहता है।
चरण 4: छेद करके नक्काशी करें
अब, पैटर्न वाले फोटोरेसिस्ट को एच मास्क के रूप में इस्तेमाल करते हुए, डाइइलेक्ट्रिक को रिएक्टिव आयन एचिंग द्वारा हटा दिया जाता है। यह अनिसोट्रोपिक एचिंग ऊर्ध्वाधर साइडवॉल बनाती है, जो अंतर्निहित बॉन्ड पैड तक पहुंचने पर रुक जाती है। पैड में ओवर-एचिंग से बचने के लिए एचिंग की गहराई को ठीक से नियंत्रित किया जाता है।
चरण 5: स्ट्रिप फोटोरेजिस्ट
वाया एचिंग के बाद, शेष फोटोरेसिस्ट को सॉल्वैंट्स या O2 प्लाज़्मा ऐशिंग का उपयोग करके अलग कर दिया जाता है। एक छोटा सा कदम वाया होल से किसी भी पॉलिमर अवशेष को साफ कर देता है।
चरण 6: धातु के माध्यम से जमा करें
इन छिद्रों को टंगस्टन या तांबे जैसी अत्यधिक सुचालक धातुओं से भरा जाता है और CVD या इलेक्ट्रोप्लेटिंग जैसी विधियों द्वारा छिद्रों में जमा किया जाता है। इससे बॉन्ड पैड तक विद्युत संपर्क स्थापित होता है।
चरण 7: सतह को समतल करें
रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग (सीएमपी) का उपयोग धातु जमाव के माध्यम से वेफर सतह को समतल और चिकना करने के लिए किया जाता है। सीएमपी घोल में रासायनिक नक़्क़ाशी और यांत्रिक अपघर्षक होते हैं जो अतिरिक्त धातु और ढांकता हुआ पदार्थ हटाते हैं। घूर्णन पॉलिशिंग पैड वेफर के खिलाफ़ दबाव डालता है ताकि उभारों को शारीरिक रूप से पीसकर दूर किया जा सके। यह तब तक जारी रहता है जब तक कि एक सपाट सतह प्राप्त नहीं हो जाती, व्यक्तिगत विआस को अलग कर देता है। नक़्क़ाशीदार छिद्रों में बची हुई धातु बॉन्ड पैड तक विद्युत कनेक्शन प्रदान करती है।
चरण 8: अंतिम निरीक्षण
CMP प्लानराइजेशन के बाद कई निरीक्षण तकनीकें पैड वाया की अखंडता को सत्यापित करती हैं। उच्च आवर्धन मोड के साथ ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी वाया धातु में अवशिष्ट खरोंच, कण या छेद जैसे संभावित दोषों की जांच करती है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और भी उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग प्रदान करती है। विद्युत जांच करंट को मजबूर करके और प्रतिरोध को मापकर वाया के बीच खुलने और शॉर्ट के लिए परीक्षण करती है। यह स्क्रीनिंग सुनिश्चित करती है कि प्रत्येक वाया अपने अंतर्निहित बॉन्ड पैड से मजबूत कनेक्टिविटी प्राप्त करता है।
चरण 9: अगली परत जमा करें
बॉन्ड पैड विआस के पूरा होने के बाद, अगली डाइइलेक्ट्रिक और धातु परतों को जमा करके निर्माण जारी रहता है। यह सिलिकॉन ट्रांजिस्टर से ऊपर की ओर निर्माण करते हुए और पैड इंटरफेस की ओर इंटरकनेक्ट करते हुए अधिक धातुकरण स्तर जोड़ता है। डाइइलेक्ट्रिक्स विद्युत रूप से अलग-अलग प्रवाहकीय निशान होते हैं, जबकि विआस परतों के बीच ऊर्ध्वाधर कनेक्शन प्रदान करते हैं। एकीकृत सर्किटरी क्रमिक रूप से अधिक सघन होती जाती है, जो पैड के पास पहुँचती है। अंतिम संरचना सिग्नल को चिप के पार पैड में जाने में सक्षम बनाती है, जो अब बने हुए विआस के माध्यम से जुड़ते हैं।
बॉन्ड पैड क्या है?
बॉन्ड पैड अर्धचालक डाई या चिप पर चालक क्षेत्र होते हैं जो बारीक बॉन्डिंग तारों को जोड़ने के लिए कनेक्शन बिंदु प्रदान करते हैं।
वे एकीकृत सर्किट पर और उसके बाहर विद्युत संकेतों और शक्ति को संचारित करने की अनुमति देते हैं। बॉन्ड पैड आम तौर पर एल्यूमीनियम या तांबे से बने होते हैं और वायर बॉन्डिंग को सक्षम करने और ऑक्सीकरण को रोकने के लिए सोने या अन्य धातुओं के साथ चढ़ाए जाते हैं।
पैडों को डाई सतह की परिधि पर रखा जाता है, तथा उनकी सटीक संख्या, दूरी और लेआउट चिप की इनपुट/आउटपुट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।
एक जटिल प्रोसेसर में सैकड़ों छोटे बॉन्ड पैड हो सकते हैं, जबकि एक एलईडी चिप को केवल कुछ बड़े पैड की आवश्यकता हो सकती है। सूक्ष्म सोने या तांबे के तारों के माध्यम से इंटरफ़ेस केवल 15-35 माइक्रोन मोटा होता है और थर्मल-सोनिक या अल्ट्रासोनिक बॉन्डिंग का उपयोग करके जुड़ा होता है।
बॉन्ड वायर फिर पैड को बाहरी पिन या आईसी पैकेज के लीड से जोड़ते हैं। यह सिग्नल फैन-आउट को बोर्ड-लेवल इंटरकनेक्शन में सक्षम बनाता है। उचित पैड सामग्री, आकार और लेआउट विश्वसनीय बॉन्डिंग कनेक्शन और विद्युत प्रदर्शन सुनिश्चित करते हैं।
बॉन्ड पैड एक महत्वपूर्ण इंटरफ़ेस है जो चिप्स को इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में पैकेज और तैनात करने में सक्षम बनाता है। वे सेमीकंडक्टर उपकरणों के अत्यंत छोटे पैमाने के बावजूद संचार की सुविधा प्रदान करते हैं। उच्च घनत्व वाले पैड व्यवस्था के साथ, आईसी से जुड़े छोटे बॉन्डिंग तारों का उपयोग करके बड़ी मात्रा में डेटा इनपुट और आउटपुट किया जा सकता है।
पीसीबी पैड डिजाइन के दौरान क्या ध्यान रखना चाहिए
मुद्रित सर्किट बोर्ड पर विश्वसनीय घटक माउंटिंग और अंतर्संबंध सुनिश्चित करने के लिए विचारशील पैड डिजाइन अनिवार्य है।
इंजीनियरों को अपने विशिष्ट अनुप्रयोग और चयनित घटकों के अनुरूप पैड ज्यामिति और लेआउट की योजना बनाते समय कई कारकों पर विचार करना चाहिए।
तो, नीचे कुछ प्रमुख बातें दी गई हैं जिन पर पीसीबी पैड डिजाइन के दौरान विचार किया जाना चाहिए।
घटक प्रकार और समाप्ति शैली
पैड को माउंट किए जा रहे घटक के भौतिक इंटरफ़ेस से मेल खाना चाहिए। विभिन्न भाग प्रकार, जैसे प्रतिरोधक, कैपेसिटर, आईसी, कनेक्टर, आदि में अलग-अलग टर्मिनल कॉन्फ़िगरेशन होते हैं।
उदाहरण के लिए, एक अक्षीय लीडेड प्रतिरोधक को छेद वाले गोल पैड की आवश्यकता होती है, जबकि एक सतह माउंट चिप संधारित्र आयताकार पैड का उपयोग करता है।
पैड का आकार, आकृति, पिच और लेआउट घटक पदचिह्न पर लीड या पैड के साथ संरेखित होना चाहिए। यह सुनिश्चित करता है कि सोल्डर करने योग्य संपर्क क्षेत्र भाग से सही ढंग से मेल खाते हैं। डिजाइनरों को पैड ज्यामिति को समाप्ति शैली के अनुसार तैयार करना चाहिए।
माउंटिंग प्रौद्योगिकी
छेद के माध्यम से बनाम सतह पर माउंट, सोल्डरिंग विधि, प्रेस-फिट या अन्य संयोजन प्रक्रिया जैसे कारक पैड डिजाइन को प्रभावित करते हैं।
वेव सोल्डरिंग के लिए पैड को विस्तारित टर्मिनलों और थर्मल रिलीफ स्पोक की आवश्यकता हो सकती है। रिफ्लो सोल्डरिंग के लिए पेस्ट लगाने के लिए सोल्डर मास्क में एक छेद की आवश्यकता होती है। प्रेस-फिट भागों को तांबे के उभारों के साथ छेद के माध्यम से चढ़ाया जाता है।
सोल्डरिंग के अलावा, चिपकने वाला बॉन्डिंग, वेल्डिंग या सॉकेट जैसे कारक उचित पैड विनिर्देशों को निर्धारित करते हैं। पैड इंटरफ़ेस को इच्छित माउंटिंग तकनीक के अनुरूप होना चाहिए।
यांत्रिक स्थिरता
पैड झटके, कंपन और तापमान में उतार-चढ़ाव जैसे तनावों से घटकों को सुरक्षित रखते हैं। पर्याप्त पैड आकार और जोड़ों की संख्या यांत्रिक मजबूती में सुधार करती है। बड़े, भारी भागों के लिए बड़े पैड या अतिरिक्त एंकर पैड का उपयोग किया जा सकता है।
पैड में थर्मल रिलीफ कटआउट बोर्ड और भागों के बीच CTE बेमेल से होने वाली दरार को कम करते हैं। अन्य पैड आकार सोल्डर संयुक्त अखंडता में सुधार करते हैं। यांत्रिक विश्लेषण मजबूत माउंटिंग के लिए उपयुक्त पैड सुविधाओं को निर्धारित करने में मदद करता है।
विद्युत कनेक्टिविटी
कम-प्रेरक, उच्च-वर्तमान पैड पावर डिवाइस के लिए मोटे तांबे या थर्मल प्लेन का उपयोग कर सकते हैं। सिग्नल पैड को ट्रेस के लिए नियंत्रित प्रतिबाधा कनेक्शन की आवश्यकता होती है। ग्राउंड पैड को रिटर्न करंट के लिए पर्याप्त एम्पैसिटी की आवश्यकता होती है।
विभाजित संदर्भ तल पैड क्षेत्रों के बीच अलगाव की आवश्यकता रखते हैं। परजीवी प्रभाव को न्यूनतम किया जाना चाहिए। पैड डिज़ाइन का उद्देश्य घटक फ़ंक्शन और सर्किट आर्किटेक्चर को देखते हुए इष्टतम विद्युत प्रदर्शन करना है।
थर्मल मैनेजमेंट
पैड घटकों से बोर्ड में गर्मी का संचालन करते हैं, इसलिए ठंडा करने के लिए पर्याप्त पैड क्षेत्र प्रदान किया जाना चाहिए। बड़े तांबे के पैड या थर्मल प्लेन गर्मी फैलाने में मदद करते हैं।
थर्मल रिलीफ सोल्डर जोड़ों के माध्यम से चालन को कम करते हैं, जिससे गर्म स्थानों को रोका जा सकता है। उच्च शक्ति वाले भागों के लिए हीट सिंक का उपयोग किया जा सकता है। थर्मल विश्लेषण पैड के आकार और लेआउट को सुरक्षित घटक तापमान बनाए रखने के लिए सूचित करता है।
manufacturability
पैड को लागत-प्रभावी बोर्ड निर्माण में सक्षम होना चाहिए। प्लेटिंग की मोटाई, ड्रिल सहनशीलता, लेमिनेशन तापमान और अन्य कारक पैड ज्यामिति को बाधित करते हैं। गैर-वृत्ताकार पैड ड्रिलिंग समय और उपकरण पहनने को बढ़ाते हैं।
छोटे पैड सोल्डर मास्क संरेखण में बाधा डालते हैं। पैड की नज़दीकी स्पेसिंग सोल्डर ब्रिजिंग जोखिम को कम करती है लेकिन निर्माण को जटिल बनाती है। विनिर्माण के लिए डिज़ाइन (DFM) अभ्यास यह सुनिश्चित करते हैं कि पैड का विश्वसनीय रूप से उत्पादन किया जा सके।
रूटिंग बाधाएं
ट्रेस रूटिंग के लिए पैड, विया और अन्य सुविधाओं के बीच पर्याप्त निकासी की आवश्यकता होती है। उच्च पिन गिनती घटकों को महत्वपूर्ण रूटिंग चैनल की आवश्यकता होती है। पैड ब्रेकआउट पैटर्न भीड़भाड़ से राहत देते हैं। सिमुलेशन पैड प्लेसमेंट पर विचार करते हुए रूटेबिलिटी की पुष्टि करता है। ट्रेस को उचित पिन कनेक्शन पर रूट करने के लिए स्थान आवंटित किया जाना चाहिए।
सिग्नल की समग्रता
पैड न्यूनतम स्टब्स के साथ मिलान किए गए प्रतिबाधा ट्रेस में एकीकृत होते हैं। बड़े विया या कई विया ग्राउंडिंग को बेहतर बनाते हैं। स्टब्स के माध्यम से ब्रेकआउट को कम किया जा सकता है। नियंत्रित रूटिंग टोपोलॉजी क्रॉसटॉक को कम करती है। पावर और ग्राउंड पैड को कम इंडक्टेंस कनेक्शन की आवश्यकता होती है।
सावधानीपूर्वक पैड लेआउट चिप पिन से बाहरी कनेक्शन तक सिग्नल की गुणवत्ता बनाए रखता है। सिमुलेशन यह सत्यापित करते हैं कि प्रदर्शन समय सीमा के अनुरूप है।
तो, आप देखते हैं कि पैड डिज़ाइन में इलेक्ट्रिकल, थर्मल, मैकेनिकल, विनिर्माण क्षमता और सिग्नल अखंडता कारकों को समग्र रूप से ध्यान में रखना चाहिए। विश्लेषण और प्रोटोटाइपिंग यह प्रमाणित करते हैं कि पैड ज्यामिति पीसीबी रिलीज़ से पहले सभी आवश्यकताओं को पूरा करती है।
पीसीबी पैड आकार निर्धारण के लिए औद्योगिक मानक और कैलकुलेटर
कई उद्योग मानक और डिज़ाइन संसाधन विभिन्न घटकों और निर्माण प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त पैड ज्यामिति का मार्गदर्शन करते हैं। इन उपकरणों का उद्देश्य विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित विश्वसनीय पैड डिज़ाइन सुनिश्चित करना है।
IPC-7351 एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला मानक है जो 0.25 मिमी से 6 मिमी तक के छेद आकार में लीडेड और लीडलेस घटकों के लिए अनुशंसित पैड आयामों को परिभाषित करता है। तालिकाएँ लीड स्टाइल, पिच और अन्य विशेषताओं के आधार पर न्यूनतम एनुलर रिंग, छेद व्यास और चैम्फर की रूपरेखा प्रस्तुत करती हैं। IPC-7351 प्रारंभिक रूप से थ्रू-होल पैड के आकार निर्धारण के लिए एक प्रारंभिक बिंदु प्रदान करता है।
IPC-7525 जैसे अतिरिक्त IPC मानक सतह माउंट पैड विनिर्देशों का विवरण देते हैं जो QFP, SOT-23 और BGA जैसी सामान्य पैकेज शैलियों से मेल खाते हैं। डेटा चुने गए घटक पैकेज के लिए उपयुक्त फुटप्रिंट के चयन को सक्षम बनाता है। यह डिजाइनरों को सिद्ध, उद्योग-मानक पैड लेआउट लागू करने में मदद करता है।
ऑनलाइन कैलकुलेटर लीड व्यास, सोल्डर फिलेट आवश्यकताओं और एनुलर रिंग मार्जिन जैसे मापदंडों को इनपुट करने की अनुमति देते हैं। फिर वे IPC दिशानिर्देशों के अनुसार इष्टतम पैड व्यास, छेद का आकार और सहनशीलता की गणना करते हैं। यह डेटा-संचालित पैड आकार को सुविधाजनक बनाता है जो विशेष घटक प्रकार और निर्माण प्रक्रिया के लिए उपयुक्त है।
कुछ पीसीबी सॉफ्टवेयर इन आईपीसी तालिकाओं और सूत्रों को एकीकृत करते हैं ताकि पैकेज वर्ग के आधार पर स्वचालित रूप से सुझाए गए पैड आकार और आयाम उत्पन्न किए जा सकें। पैड डिज़ाइन को बेहतर बनाने के लिए CAD उपकरण लेआउट नियम जाँच और DFM विश्लेषण में भी सहायता करते हैं।
जबकि IPC दिशा-निर्देशों का पालन करने की अनुशंसा की जाती है, फिर भी उच्च घनत्व या उच्च विश्वसनीयता वाले अनुप्रयोगों के लिए विनिर्देशों को समायोजित करने की आवश्यकता हो सकती है। थर्मल, सिग्नल अखंडता, विनिर्माण क्षमता, निरीक्षण की ज़रूरतें और सेवाक्षमता जैसे कारक प्रत्येक डिज़ाइन के लिए पैड को तैयार करने में मार्गदर्शन करते हैं। सिमुलेशन और प्रोटोटाइपिंग यह सत्यापित करते हैं कि पैड ज्यामिति विद्युत, थर्मल, यांत्रिक और निर्माण आवश्यकताओं को पूरा करती है।
गलत पैड डिज़ाइन के कारण होने वाली सामान्य समस्याएँ
अपर्याप्त पैड डिज़ाइन कई तरीकों से विश्वसनीयता और प्रदर्शन को कमज़ोर कर सकता है। अनुचित पैड ज्यामिति के कारण होने वाली कुछ प्रमुख समस्याएँ इस प्रकार हैं:
खराब सोल्डर संयुक्त अखंडता
अधिक सोल्डर योग्य क्षेत्र प्रदान करने के लिए अधिक पैड आकार की आवश्यकता होती है, जिससे खराब गीलापन, रिक्त स्थान या कमजोर क्रिस्टलीय जोड़ों का जोखिम होता है। ये जोड़ थर्मल या कंपन तनाव के तहत टूटने के लिए अधिक प्रवण होते हैं। पैड के बीच अत्यधिक अंतर सोल्डर ब्रिजिंग और आसन्न पिनों के बीच विद्युत शॉर्ट्स की अनुमति देता है।
गैर-आदर्श थर्मल रिलीफ कटौती तनाव को कम करने के बजाय उसे जोड़ की परिधि पर केंद्रित कर देती है।
प्रत्येक पैड डिज़ाइन दोष सोल्डर जोड़ों की विद्युत कनेक्टिविटी और यांत्रिक एंकरिंग शक्ति से समझौता करता है। विश्वसनीय सोल्डर कनेक्शन के लिए, एक इष्टतम पैड क्षेत्र, रिक्ति, मास्क ओपनिंग और थर्मल रिलीफ की आवश्यकता होती है।
अपर्याप्त यांत्रिक शक्ति
बहुत छोटे पैड या अपर्याप्त पैड एंकर घटकों को झटके, कंपन या हैंडलिंग लोड के तहत बोर्ड से अलग होने की अनुमति देते हैं। बड़े व्यक्तिगत पैड या अतिरिक्त पैड कनेक्शन का उपयोग करने से यांत्रिक प्रतिधारण शक्ति में सुधार होता है।
टूटने से बचाने के लिए, बड़े, भारी भागों के लिए उचित एंकर पैड शामिल किए जाने चाहिए। पर्याप्त पैड क्षेत्र और जोड़ घटकों को सुरक्षित रूप से जकड़ने के लिए महत्वपूर्ण हैं।
थर्मल स्ट्रेस
घटक लीड और पीसीबी लेमिनेट के बीच थर्मल विस्तार के अलग-अलग गुणांक थर्मल भ्रमण के दौरान सोल्डर जोड़ों पर कतरनी तनाव डालते हैं। अनुकूलित पैड थर्मल रिलीफ कट इस यांत्रिक भार को कम करते हैं और सोल्डर थकान या फ्रैक्चरिंग को रोकने में मदद करते हैं।
पैड को ऊष्मा प्रवाह को नष्ट करने के लिए पर्याप्त तांबे के क्षेत्र की भी आवश्यकता होती है, जिससे लीड के आसपास स्थानीयकृत गर्म स्थानों को रोका जा सके। सावधानीपूर्वक थर्मल पैड डिज़ाइन तापमान-संचालित तनावों को कम करता है।
विद्युतचुंबकीय व्यवधान
खराब पैड प्लेसमेंट के कारण अत्यधिक ट्रेस लूप क्षेत्रों में घुमावदार रूटिंग की आवश्यकता होती है। ये बड़े लूप एंटेना की तरह काम करते हैं, अनजाने में शोर और EMI का विकिरण करते हैं। छोटे ट्रेस पथों के साथ सीधे पैड पोजिशनिंग परजीवी लूप क्षेत्रों को कम करती है।
न्यूनतम विया और छोटे स्टब्स भी अनपेक्षित विकिरण को सीमित करते हैं। बड़े ग्राउंड पैड EMI को और अधिक दबाने के लिए कम-प्रेरण रिटर्न पथ प्रदान करते हैं।
सिग्नल अखंडता मुद्दे
लंबे पैड स्टब्स, कई विया, पतले ट्रेस और अन्य सबऑप्टिमल रूटिंग उच्च आवृत्ति संकेतों को बाधित करते हैं। सिग्नल की गुणवत्ता बनाए रखने के लिए उचित ब्रेकआउट और ग्राउंडिंग के साथ मिलान किए गए प्रतिबाधा पैड।
उत्पादन का दोष
घने, गैर-गोलाकार पैड ड्रिलिंग और प्लेटिंग की एकरूपता में बाधा डालते हैं - अपर्याप्त मास्क वेबिंग से शॉर्ट होने का जोखिम होता है। तंग पैड स्पेसिंग से टॉम्बस्टोनिंग होती है। विनिर्माण क्षमता के लिए डिज़ाइन करने से इन मुद्दों से बचा जा सकता है।
कठिन निरीक्षण और मरम्मत
पैड में जांच के लिए जांच की व्यवस्था होनी चाहिए। तंग समूह पहुंच को रोकते हैं। BGA के नीचे छिपे हुए सोल्डर जोड़ों का निरीक्षण नहीं किया जा सकता। बोर्ड को सेवाक्षमता के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए।
लागत में वृद्धि
अनुचित पैड डिज़ाइन विनिर्माण को जटिल बनाता है, पैदावार कम करता है, और पुनः स्पिन की आवश्यकता होती है। इससे लागत बढ़ जाती है। पहली बार विश्वसनीय पैड लेआउट ऐसे खर्चों से बचते हैं।
पीसीबी पैड के बारे में अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
ठीक है, हमने पीसीबी पैड के बारे में लंबी बातचीत की है, इसलिए यह स्पष्ट है कि कुछ प्रश्न हैं जिनके उत्तर आप चाहते हैं, और यही हम यहां प्रदान करेंगे।
1) पीसीबी पैड किससे बने होते हैं?
पीसीबी पैड आमतौर पर टिन, सोने या अन्य धातु की फिनिश के साथ तांबे की परत से बने होते हैं। नंगे तांबे का ऑक्सीकरण जल्दी होता है, इसलिए सतह की फिनिश जंग को रोकती है और सोल्डरेबिलिटी को बढ़ाती है। तांबा उच्च चालकता प्रदान करता है, जबकि चढ़ाना विश्वसनीय सोल्डरिंग या बॉन्डिंग की अनुमति देता है। कुछ उच्च-आवृत्ति पैड प्रदर्शन को अधिकतम करने के लिए चांदी की प्लेटिंग का उपयोग करते हैं।
2) पीसीबी के लिए मानक पैड आकार क्या है?
कोई एकल मानक PCB पैड आकार नहीं है। पैड के आयाम घटक लीड शैली और पिच, लीड व्यास, छेद के आकार, सोल्डरिंग विधि और अन्य कारकों के अनुरूप होते हैं। न्यूनतम आकार पर्याप्त बॉन्डिंग क्षेत्र सुनिश्चित करते हैं, जबकि बड़े पैड लागत बढ़ाते हैं और रूटिंग स्पेस कम करते हैं। मानक थ्रू-होल पैड व्यास 0.7 मिमी से 2.5 मिमी तक होते हैं।
3) क्षतिग्रस्त पीसीबी पैड की मरम्मत कैसे करें?
आस-पास के क्षेत्र को नुकसान पहुँचाए बिना क्षतिग्रस्त पैड से अवशिष्ट सोल्डर को सावधानीपूर्वक खुरचें। यदि आवश्यक हो तो सोल्डर विक का उपयोग करें। पैड को टिन करने के लिए थोड़ी मात्रा में नया सोल्डर लगाएँ, फिर घटक को फिर से सोल्डर करें। प्रवाहकीय एपॉक्सी भी पैड को फिर से जोड़ सकता है। मरम्मत के दौरान पैड को ज़्यादा गरम होने से बचाएँ। गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त पैड के लिए, पेशेवर रीवर्क में नए तांबे के साथ ओवरलेइंग या नए पैड को उजागर करने के लिए वाया को ड्रिल करने की आवश्यकता हो सकती है।
4) पैड के आकार की गणना कैसे की जाती है?
वांछित सोल्डर फिलेट प्रोफ़ाइल ड्रिल किए गए छेदों के चारों ओर कुंडलाकार रिंग की चौड़ाई को निर्देशित करती है। लीड की चौड़ाई, पिच और शैली सतह पर लगाए जाने वाले पैड के लिए आवश्यक क्षेत्र निर्धारित करती है। न्यूनतम अंतर आसन्न पैड के बीच ब्रिजिंग को रोकता है। थर्मल रिलीफ स्पोक का आकार लोड लागू होने पर अधिकतम वर्तमान घनत्व से अधिक नहीं होना चाहिए। सिग्नल अखंडता सिमुलेशन प्रतिबाधा मिलान को सत्यापित करते हैं।
5) पीसीबी के लिए गैर-वृत्ताकार पैड का उपयोग क्यों करें?
आयताकार, अंडाकार और आयताकार पैड सतह पर लगाए जाने वाले भागों के लिए बॉन्डिंग क्षेत्र को बढ़ाते हैं जबकि पैड के बीच की जगह को अनुकूलित करते हैं। यह संयुक्त अखंडता से समझौता किए बिना उच्च घनत्व वाले घटक माउंटिंग की अनुमति देता है। पीसीबी पैड आमतौर पर टिन, सोने या अन्य धातु की फिनिश के साथ तांबे की परत से बने होते हैं।
निष्कर्ष
अंततः, मुद्रित सर्किट बोर्ड पैड इलेक्ट्रॉनिक घटकों की विश्वसनीय माउंटिंग और इंटरकनेक्शन को सक्षम करते हैं। इंजीनियर घटक समाप्ति और निर्माण प्रक्रियाओं से मेल खाने के लिए पैड के आकार, आकृति, लेआउट और डिज़ाइन को सावधानीपूर्वक तैयार करते हैं।
उद्योग के दिशा-निर्देशों का पालन करना एक शुरुआती बिंदु प्रदान करता है, लेकिन आगे के विश्लेषण और प्रोटोटाइपिंग से यह सुनिश्चित होता है कि पैड अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। अनुकूलित पैड विद्युत कनेक्टिविटी, यांत्रिक स्थिरता, थर्मल प्रबंधन, सिग्नल अखंडता और विनिर्माण क्षमता जैसे कारकों पर विचार करते हैं।
हालांकि छोटे, पैड पीसीबी असेंबली की सफलता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं। अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए पैड उत्पाद के जीवनकाल में तनाव और तनाव का सामना करते हैं। पैड इंजीनियरिंग और पीसीबी प्रौद्योगिकी में निरंतर सुधार इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद के लघुकरण और प्रदर्शन को बढ़ावा देते हैं।
जैसे-जैसे पैड आकार में छोटे होते जाते हैं, लेकिन जटिलता बढ़ती जाती है, उनके डिजाइन में अधिकतम उपयोगिता प्राप्त करने के लिए सावधानीपूर्वक इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है। घटक-से-बोर्ड इंटरफेस आने वाले वर्षों में एक प्रमुख पीसीबी विकास क्षेत्र बना रहेगा।
