स्तरित कठोर-लचीला पीसीबी

सिंगल-लेयर PCB तेजी से अतीत की बात बनती जा रही है। आज, आप इसे केवल सबसे सरल PCB में ही देख पाएंगे। लेयर्ड PCB का इस्तेमाल ज़्यादा होता है, खास तौर पर रिजिड-फ्लेक्स वाले। ये न केवल आपको अपनी पसंद के अनुसार मोड़ने और मोड़ने की सुविधा देते हैं, बल्कि इनकी कार्यक्षमता भी बेहतर होती है। 

इस लेख के माध्यम से हम इसकी विशेषताओं, डिजाइन, विनिर्माण के साथ-साथ उद्योगों में इसके अनुप्रयोग के बारे में जानेंगे। 

लेकिन, इससे पहले कि हम स्तरित कठोर-फ्लेक्स पीसीबी पर आगे बढ़ें, यह समझना अत्यंत महत्वपूर्ण है कि कठोर-फ्लेक्स पीसीबी क्या है।

कठोर-लचीला पीसीबी क्या है?

सरल शब्दों में, एक कठोर-फ्लेक्स पीसीबी एक मुद्रित सर्किट बोर्ड है जो मजबूत सर्किट बोर्ड और लचीले सर्किट बोर्ड दोनों के गुणों को शामिल करता है और प्रदर्शित करता है। दोनों का एक सफल संयोजन यह सुनिश्चित करता है कि परिणामी पीसीबी को आराम से फ्लेक्स किया जा सकता है और सबसे कठिन ऑपरेटिंग वातावरण को संभाल सकता है।

अब, आइए स्तरित रूप को परिभाषित करें।

स्तरित कठोर-लचीला पीसीबी क्या है?

स्तरित कठोर-फ्लेक्स पीसीबी एक प्रकार का कठोर-फ्लेक्स बोर्ड है, जिसमें कई परतें या कठोर और फ्लेक्स सर्किट एक साथ मिलकर एक फ्लेक्स बोर्ड और एक कठोर पीसीबी के लाभ प्राप्त करते हैं।

प्रत्येक परत को सावधानीपूर्वक चुना जाता है ताकि एक ऐसा PCB बनाया जा सके जो उस अनुप्रयोग के लिए अपेक्षित रूप से कार्य करे जिसके लिए उसे बनाया गया है।

रिजिड-फ्लेक्स पीसीबी में परतों की संख्या 1 से 100 तक हो सकती है। कई निर्माताओं की बदौलत, अब पीसीबी प्रोटोटाइप और असेंबली को बहुत तेज़ गति से बनाना आसान हो गया है। हालाँकि यह प्रक्रिया थोड़ी जटिल है, लेकिन उन्हें विभिन्न उद्योगों के लिए इनका निर्माण करने से कोई नहीं रोक सकता। 

स्तरित कठोर-लचीले पीसीबी की मुख्य विशेषताएं

• जैसा कि हम जानते हैं, लेयर्ड रिजिड-फ्लेक्स पीसीबी में ऐसे हिस्से होते हैं जो मुड़ सकते हैं और सख्त हो सकते हैं। बाद वाले की विशेषता यह है कि परतें एक दूसरे के ऊपर व्यवस्थित होती हैं। जबकि उनमें से कुछ ग्राउंड के रूप में कार्य करते हैं, अन्य सिग्नल ले जाने के लिए संयुक्त होते हैं। 
• कठोर भाग लचीले भाग जितना पतला नहीं होता। हालाँकि, इसका निर्माण कठोर PCB खंडों की आंतरिक परतों के समान ही किया जाता है।
• यह फ्लेक्स रिबन ही है जो कठोर खंडों के बीच सिग्नल बनाता है। इसलिए, इसे संभव बनाने के लिए, कम से कम एक परत की आवश्यकता होती है, इसके अलावा वापस आने वाली धाराओं के लिए एक ग्राउंड प्लेन की भी आवश्यकता होती है।
• क्रॉस-हैच्ड कॉपर पैटर्न का उपयोग पावर या ग्राउंड कनेक्शन को लचीले रिबन पर फैलाने के लिए किया जाता है। यह PCB को अत्यधिक लचीला बनाता है। 
• आप घटकों को सीधे फ्लेक्स रिबन पर रख सकते हैं। लेकिन केवल तभी जब ओवरले के ठीक ऊपर सिग्नल लेयर हो। सुनिश्चित करें कि ओवरले हमेशा सिग्नल लेयर पर हो। बटन प्लेटिंग विधियों का भी उपयोग किया जा सकता है। 
• घटकों को एम्बेड करना आवश्यक नहीं है। यदि ओवरले के नीचे सिग्नल लेयर है तो घटकों को सीधे फ्लेक्स रिबन पर रखा जा सकता है। सोल्डर लैंड को ओवरले के नीचे सिग्नल लेयर में होना चाहिए। घटकों को माउंट करने का एक विकल्प घटकों के नीचे प्लेटेड थ्रू-होल विया का उपयोग करना है, जिसे कभी-कभी बटन प्लेटिंग कहा जाता है।
• घटकों या महत्वपूर्ण विशेषताओं को सीधे फ्लेक्स रिबन बेंड क्षेत्रों में रखा जाता है।
• कठोर और लचीले खंडों को सही परत संरेखण का उपयोग करके सुव्यवस्थित किया जाता है। सभी घटकों को सर्किट पर समान रूप से स्टैक किया जाता है। 

स्तरित कठोर-लचीले पीसीबी का उपयोग क्यों करें?

इन स्तरित कठोर-लचीले पीसीबी का उपयोग करने के कई लाभ हैं, जिनमें शामिल हैं:

कार्यक्षमता बढ़ाता है

कई परतें आपको सिंगल-लेयर रिजिड-फ्लेक्स पीसीबी के निर्माण की तुलना में उच्च सर्किट घनत्व प्राप्त करने की अनुमति देती हैं। यह एक छोटी सी जगह में अधिक जटिल कार्यक्षमता जोड़ना भी संभव बनाता है।

स्थान बचाता है

लेयर्ड रिजिड-फ्लेक्स पीसीबी के मामले में पीसीबी असेंबली में केवल कुछ असेंबली चरण शामिल हैं। इसमें, फ्लेक्स पीसीबी पॉलीमाइड फिल्मों का उपयोग करता है। ये शीट सतह क्षेत्र को कम करती हैं और बदले में, अंतिम पीसीबी के पैकेजिंग आकार को कम करती हैं। यह अंतिम सर्किट को वजन में बहुत हल्का बनाता है।

कई डिज़ाइनों को एक में शामिल किया जा सकता है। यह जगह बचाने का एक और तरीका है। 

डिजाइनिंग की स्वतंत्रता

कठोर-लचीले सर्किट के साथ, आप तीन आयामों में चीजों को मोड़ और मोड़ सकते हैं। इसका मतलब है कि आप अधिक अभिनव डिजाइन बना सकते हैं। यह लचीलापन एक निर्माता को आकर्षक उत्पाद बनाने की अनुमति देता है जो अधिक टिकाऊ और कार्यात्मक होते हैं। 

असेंबली लागत सस्ती है

कई परतों के शामिल होने से, आपको असेंबली लागत के बढ़ने की चिंता करने की ज़रूरत नहीं है। रोबोट और मशीनों के रूप में स्वचालन संभव है। इससे निर्माण प्रक्रिया में तेज़ी आती है, जिससे समय की बचत होती है। इससे दक्षता भी बढ़ती है।

ज्यादा विश्वसनीय

हालाँकि निर्माण में कई परतें शामिल हैं, लेकिन लेयर्ड रिजिड-फ्लेक्स पीसीबी गर्मी अपव्यय को वास्तव में अच्छी तरह से संभालते हैं। अधिक परतों के साथ, अधिक घटक शामिल होते हैं जो संकेतों के सटीक मार्ग की अनुमति देते हैं, इस प्रकार सिग्नल विरूपण को कम करते हैं। यह पूरे बोर्ड पर एक समान प्रदर्शन भी सुनिश्चित करता है, जिससे यह विश्वसनीय बनता है। 

उच्च लचीलापन

फ्लेक्स और मोड़ने की क्षमता का अर्थ है कि उन्हें विभिन्न वांछित आकृतियों और आकारों में ढाला जा सकता है। उदाहरण के लिए, एयरोस्पेस सिस्टम में, स्थान सीमित होता है और सर्किट को जटिल आकृतियों में फिट किया जाना चाहिए। स्तरित कठोर-फ्लेक्स सर्किट अनियमित सतहों में समावेश की अनुमति देते हैं। 

इस तरह, आप स्थान का पूर्ण उपयोग कर सकते हैं। 

कम कनेक्टर

कनेक्शन या तो सीधे सब्सट्रेट में बनाए जाते हैं, या वे एम्बेडेड होते हैं। इसका मतलब यह है कि आपको उन्हें जोड़ने के लिए अलग-अलग कनेक्टर भागों या तारों की आवश्यकता नहीं है। इस तरह की पीसीबी असेंबली व्यक्तिगत भागों को कम करके प्रक्रिया को सरल बनाती है। विफलता का जोखिम भी कम है। 

स्तरित कठोर-लचीले पीसीबी की निर्माण प्रक्रिया

आप कितनी परतें बनाना चाहते हैं, इसके आधार पर कुछ बातों पर विचार करें:

सब्सट्रेट सामग्री

समग्र प्रदर्शन, स्थायित्व और लचीलापन फ्लेक्स और कठोर पीसीबी दोनों बनाने में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों पर निर्भर करता है। आम तौर पर, फ्लेक्स पीसीबी के लिए, यूबीई अपिसल और ड्यूपॉंट कैप्टन जैसी पॉलीमाइड फिल्मों का उपयोग किया जाता है क्योंकि इनमें उच्च विद्युत और यांत्रिक गुण होते हैं। अरलोन, इसोला और नेल्को जैसी उच्च टीजी सामग्री कठोर सर्किट बनाती है।

यहां तक कि बॉन्डिंग फिल्म को भी पीसीबी डिजाइन से मेल खाने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। epoxy, ऐक्रेलिक और नाइट्राइल फेनोलिक अच्छी तरह से काम करते हैं। कोटिंग के निशान जो टिकाऊ होते हैं, उनके लिए लिक्विड फोटो-इमेजेबल कवरले सबसे अच्छे होते हैं।

एक बार इनका चयन हो जाने के बाद, अगला चरण इन्हें तैयार करना है।

आधार सामग्री तैयार करना

रिजिड-फ्लेक्स के निर्माण में पहला चरण लैमिनेट को साफ करना है। सतह पर तांबे की परत होती है, जिसके ऊपर चिपकने वाली परत हो भी सकती है और नहीं भी। आगे बढ़ने से पहले, इसे गहन सफाई के साथ तैयार किया जाता है। 

परतों का बंधन

सब्सट्रेट सामग्री को परतों में रखा जाता है। इनमें प्रीपीजी, कॉपर फॉइल, कोर और चिपकने वाले पदार्थ शामिल हो सकते हैं। इसके बाद, पुस्तकों और अन्य घटकों को लेमिनेशन प्रेस में ले जाने के लिए व्यवस्थित किया जाता है। इस बिंदु पर, उन्हें एक साथ जोड़ने के लिए उच्च दबाव और तापमान लगाया जाता है। 

पैटर्न तैयार करना

बाहरी सतह पर तांबे की परतों पर सूखी फिल्म लगाकर शुरुआत करें। यहां तक कि लिक्विड फोटोरेसिस्ट का भी इस्तेमाल किया जा सकता है। लिथोग्राफिक इमेजिंग की मदद से सर्किट पैटर्न स्थापित किए जाते हैं। अंत में, प्रतिरोध द्वारा संरक्षित नहीं किए गए तांबे को हटा दिया जाता है। इससे सर्किट के लिए कंडक्टर ट्रेस बनते हैं।

एचिंग

जैसा कि आप जानते होंगे, नक़्काशी एक ऐसी प्रक्रिया है जिसका उपयोग सर्किट से अवांछित तांबे को हटाने के लिए किया जाता है। एक स्तरित कठोर-फ्लेक्स सर्किट का निर्माण करते समय, प्रत्येक लेमिनेटेड पक्ष को एक एचेंट स्प्रे के साथ या लेमिनेट को एक अच्छा नक़्काशी स्नान देकर नक़्काशी की जाती है। 

यांत्रिक ड्रिलिंग

सभी ड्रिलिंग कार्य, चाहे पैड, सर्किट होल या वाया पैटर्न के लिए हों, सटीक तकनीकों की मदद से किए जाते हैं। फिर, इन छेदों को इलेक्ट्रोप्लेटिंग विधि का उपयोग करके तांबे से ढक दिया जाता है। यह परतों के बीच कनेक्शन बनाता है। यहाँ एक उदाहरण है - लेजर ड्रिलिंग विधि। यह बिना ज़्यादा समय लिए सटीक परिणाम देने के लिए जानी जाती है। 

तांबे का चढ़ाना

इस प्रक्रिया से, आवश्यक मात्रा में कॉपर धातु को PTAs (प्लेटेड थ्रू होल) में छोड़ा जाता है। इससे PCB में विद्युत कनेक्शन बनाने में मदद मिलती है। 

कवरले लगाना

ज़्यादातर, पॉलीइमाइड का उपयोग कवरले पदार्थ के रूप में किया जाता है। एक बार हो जाने के बाद, स्क्रीन प्रिंटिंग विधि की मदद से मुद्रित सर्किट बोर्ड की सतह पर एक चिपकने वाला पदार्थ जोड़ा जाता है। 

फाड़ना

सही मात्रा में दबाव, गर्मी और वैक्यूम का उपयोग करके, कवरले को ठीक से जोड़ा जाता है। 

स्टिफ़नर लगाना

किसी भी और लेमिनेशन को करने से पहले, स्थानीय स्टिफ़नर लगाएँ। हालाँकि, सुनिश्चित करें कि आप यह जोड़ केवल तभी कर रहे हैं जब डिज़ाइन की आवश्यकता हो। 

टांकने की क्रिया

जहाँ भी सोल्डरिंग की आवश्यकता होती है, वहाँ छेद बनाए जाते हैं। उसके बाद, जो तांबे की फिल्म खुली रह जाती है, उसे इमर्शन सिल्वर या ENIG से ढक दिया जाता है। अंत में, निशान और प्रिंट लेबल मुद्रित किए जाते हैं। 

फ्लेक्स बोर्ड काटना

उपरोक्त परिवर्धन के बाद, अब फ्लेक्स बोर्ड को उसके उत्पादन पैनल से अलग करने का समय आ गया है। इसलिए, दो सबसे आसान और सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधियाँ विशेष ब्लैंकिंग चाकू और हाइड्रोलिक पिंचिंग विधियाँ हैं। 

सत्यापन

ऊपर बताए गए चरणों को पूरा करने के बाद, लेयर्ड रिजिड-फ्लेक्स बोर्ड की प्रभावकारिता के लिए उसका परीक्षण करें। आप इसकी गुणवत्ता और मानकों का मूल्यांकन करने के लिए इसे विद्युत रूप से परीक्षण कर सकते हैं। इससे यह स्थापित करने में मदद मिलती है कि उत्पाद ने निर्धारित डिज़ाइन विनिर्देशों को पूरा किया है। परीक्षण के लिए उपयोग की जाने वाली कुछ सामान्य विधियों में ग्रिड परीक्षण प्रणाली और फ्लाइंग प्रोब शामिल हैं। 

स्तरित कठोर-लचीले पीसीबी के प्रकार

यहां स्तरित कठोर-फ्लेक्स पीसीबी के कुछ उदाहरण दिए गए हैं।

• 2-लेयर कठोर 1 फ्लेक्स लेयर के साथ
• 3-लेयर कठोर 1 फ्लेक्स लेयर के साथ
• 4-लेयर रिजिड 2 फ्लेक्स लेयर्स के साथ
• 4-लेयर कठोर 2 फ्लेक्स परतों के साथ और ZIF संपर्क
• 5-लेयर रिजिड 3 फ्लेक्स लेयर्स के साथ
• 4 फ्लेक्स परतों के साथ 6-परत कठोर:

याद रखने योग्य कुछ बातें

• सर्किट आपको तारों और ग्राउंड प्लेन को इस तरह से व्यवस्थित करने में सक्षम बनाता है कि सिग्नल विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को रोक सकें। 
• जिन PCB बोर्डों में बहुत सारे पिन होते हैं, उन्हें ज़्यादा सिग्नल लेयर की ज़रूरत हो सकती है। हालाँकि, अगर बहुत ज़्यादा लेयर हैं और आपको लगता है कि वे अनावश्यक हैं, तो आप कुछ लेयर हटा सकते हैं। याद रखें, लेयर को इस तरह से व्यवस्थित करें कि सिग्नल आपस में न मिलें या समस्याएँ न पैदा करें।
• एक स्तरित कठोर-फ्लेक्स पीसीबी बोर्ड में, विभिन्न परतें सिग्नल और पावर/ग्राउंड क्षेत्रों के बीच स्विच करती हैं। फिर इन्हें डाइइलेक्ट्रिक कोर या प्रीप्रेग जैसी सामग्रियों द्वारा अलग किया जाता है। जबकि यह सेटअप विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप और सिग्नल मिक्सिंग को कम करने में मदद करता है, यह गर्मी से निपटने के लिए भी महत्वपूर्ण है।
• अगर बनाए जाने वाले उपकरण में एनालॉग और डिजिटल दोनों हिस्से हैं, तो उन्हें अलग-अलग परतों में रखें। ग्राउंड प्लेन को सिर्फ़ एक बिंदु पर कनेक्ट करें, क्योंकि इससे शोर को रोकने में मदद मिलेगी। आप ग्राउंड प्लेन को इस तरह से भी डिज़ाइन कर सकते हैं कि एनालॉग और डिजिटल दोनों हिस्सों के अलग-अलग सेक्शन हों।
• यदि आप डिजिटल और एनालॉग भागों को अलग रखने का निर्णय लेते हैं, तो ग्राउंड प्लेन को दोनों के बीच रखें, और यह एक अवरोध के रूप में कार्य करेगा। एनालॉग ग्राउंड प्लेन को एनालॉग सिग्नल लेयर के बगल में और डिजिटल ग्राउंड प्लेन को डिजिटल सिग्नल लेयर के बगल में रखें। यह सुनिश्चित करता है कि प्रत्येक सिग्नल लेयर केवल अपने ग्राउंड प्लेन को ही प्रभावित करेगी।

स्तरित कठोर-लचीले पीसीबी के अनुप्रयोग

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स

मोड़ने और कॉम्पैक्ट डिजाइन बनाने की क्षमता, स्तरित रिजिड-फ्लेक्स को इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे टैबलेट, लैपटॉप, स्मार्टफोन और पहनने योग्य उपकरणों के लिए अत्यधिक उपयुक्त बनाती है। 

चिकित्सा उपकरण

झुकने और मुड़ने के अलावा, चिकित्सा उपकरणों को शरीर की हरकत की भी आवश्यकता होती है। कठोर-लचीली तकनीक, लेयरिंग के साथ मिलकर इसे संभव बनाती है। ऐसे उपकरणों के उदाहरणों में पेसमेकर, श्रवण यंत्र और इमेजिंग उपकरण शामिल हैं।

ऑटोमोबाइल उद्योग

कारों में कई इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम, जैसे इंजन कंट्रोल टूल, नेविगेशन टूल और सेंसर, कंपन को संभालने और बेहतर तरीके से काम करने के लिए पर्याप्त मजबूत होने चाहिए। कठोर-लचीला सर्किट दोनों काम कर सकता है, जिससे कारें अधिक विश्वसनीय बनती हैं।

रक्षा एवं एयरोस्पेस

यह क्षेत्र कठिन इलाका है। रडार, एवियोनिक्स और मिसाइल मार्गदर्शन प्रणाली जैसी मशीनों को कठोर पर्यावरणीय परिस्थितियों में काम करने की आवश्यकता होती है, जैसे कि अत्यधिक उच्च तापमान और कंपन। रिजिड-फ्लेक्स में सर्किट ऐसे चुनौतीपूर्ण परिस्थितियों में काम करने के लिए बनाए गए हैं, बिना परिणामों से समझौता किए। 

औद्योगिक उपकरण

कारखानों और अन्य ऐसे स्थानों पर ऐसी मशीनों की आवश्यकता होती है जो छोटे क्षेत्रों में फिट हो सकें, फिर भी स्वतंत्र रूप से घूम सकें और काम कर सकें। कठोर-लचीली तकनीक का उपयोग करके, नियंत्रण प्रणाली, रोबोट और उपकरण जैसे उपकरण बनाए जाते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि अंतर्संबंध लचीले हों और स्वतंत्र रूप से लचीले हो सकें। 

विदा करते समय विचार

कठोर सर्किट की मजबूती को फ्लेक्स सर्किट के लचीलेपन के साथ जोड़कर, लेयर्ड कठोर-फ्लेक्स पीसीबी अन्य सर्किट की तुलना में कई फायदे प्रदान करते हैं। ये महत्वपूर्ण प्रगति हैं जो उद्योगों में नवाचार ला रही हैं।

इतना ही नहीं, तकनीकी विकास से नई सीमाओं को आगे बढ़ाने और इसकी पहुंच का विस्तार करने की उम्मीद है। लेयर्ड रिगिड-फ्लेक्स पीसीबी के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी के लिए, हमारे विशेषज्ञों से संपर्क करने में संकोच न करें।