उच्च टीजी पीसीबी

उच्च टीजी पीसीबी क्या है?

प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) की दुनिया में, ग्लास ट्रांज़िशन तापमान (टीजी) आधार सामग्री की ऊष्मा प्रतिरोध क्षमता का एक प्रमुख माप है। यह उस तापमान बिंदु को चिह्नित करता है जहां सामग्री एक कठोर, कांचीय भौतिक अवस्था से एक नरम, रबर जैसी अवस्था में बदल जाती है। सरल शब्दों में, जब वातावरण का तापमान टीजी से नीचे होता है, तो सामग्री कठोर बनी रहती है; एक बार जब तापमान टीजी से अधिक हो जाता है, तो सामग्री नरम होने लगती है और यांत्रिक शक्ति और आयामी स्थिरता में काफी कमी आती है।

उच्च Tg पीसीबी उन मटेरियल्स से बने प्रिंटेड सर्किट बोर्ड होते हैं जिनका ग्लास ट्रांज़िशन तापमान (Tg) अधिक होता है। इन मटेरियल्स को उन उच्च तापमान वाले कार्य वातावरण का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिनमें सामान्य पीसीबी मटेरियल्स (जैसे मानक FR-4, जिसका Tg आमतौर पर 130-140°C के आसपास होता है) सामना नहीं कर सकते। भारी थर्मल लोड के तहत भी, उच्च Tg पीसीबी अपनी संरचनात्मक अखंडता, मापनीय सटीकता और स्थिर विद्युत प्रदर्शन को बनाए रख सकते हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरण उच्च तापमान पर विश्वसनीय रूप से काम कर सकें।

उच्च Tg पीसीबी के कोर प्रदर्शन लाभ

उच्च Tg मटेरियल्स तापमान चुनौतियों का सामना कर सकते हैं क्योंकि उनके पास कई उत्कृष्ट प्रदर्शन विशेषताएं हैं:

1. उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता:

• उच्च तापमान पर "स्टील की हड्डियां": उच्च Tg PCB आम सामग्री की तुलना में बहुत अधिक तापमान पर भी अच्छी यांत्रिक शक्ति और कठोरता बनाए रख सकते हैं। इसका मतलब है कि सर्किट बोर्ड में ऐंठन, विकृति या परतों के अलग होने की संभावना नहीं होती है, जो घटकों के गिरने और सोल्डर जोड़ों की विफलता को प्रभावी रूप से रोकता है।
  
• प्रदर्शन में कोई "गिरावट नहीं": यह विद्युत प्रदर्शन उच्च तापमान वाले वातावरण में भी स्थिर रह सकता है और तापमान बढ़ने के कारण महत्वपूर्ण रूप से खराब नहीं होगा।

2. थर्मल एक्सपैंशन (CTE) का कम गुणांक:

• "सिंक्रनाइज्ड ब्रीदिंग" तनाव को कम करता है: सभी सामग्री गर्म होने पर फैलती है और ठंडा होने पर सिकुड़ती है। PCB पर तांबे के तार और सोल्डर किए गए घटकों का भी अपना विस्तार गुणांक होता है। यदि PCB सब्सट्रेट का विस्तार गुणांक तांबे और घटकों के गुणांक से बहुत अलग है, तो उपकरण के शुरू करने और बंद करने तथा वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान तापमान में तेजी से परिवर्तन होने पर विशाल तापीय तनाव उत्पन्न होगा।
  
• उच्च Tg समाधान: उच्च Tg सामग्री में आमतौर पर कम CTE होता है, जो तांबे और घटकों के अनुकूल होता है। यह तापमान में परिवर्तन के समय पीसीबी सब्सट्रेट और तांबे के तार/घटकों को "एक साथ सांस लेने" जैसा होता है, जिससे थर्मल विस्तार और संकुचन में असंगति के कारण सोल्डर जोड़ों में थकान दरार, तांबे की पन्नी में टूट, या छेददार क्षति का जोखिम काफी कम हो जाता है, जिससे उत्पाद की लंबे समय तक विश्वसनीयता में काफी सुधार होता है।

3. उत्कृष्ट आयामी स्थिरता:

• कम CTE और इसकी स्वयं की उच्च कठोरता मिलकर उच्च-Tg पीसीबी के विरूपण और सिकुड़न को निर्माण प्रक्रिया और उपयोग के दौरान कई उच्च तापमान दबाव और वेल्डिंग के माहौल में सामान्य पीसीबी की तुलना में बहुत कम कर देती है। यह कई परतों और जटिल संरचनाओं वाले मल्टीलेयर बोर्ड के लिए सटीकता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है, जो सीधे असेंबली उपज और अंतिम उत्पाद के प्रदर्शन को प्रभावित करता है।

4. बेहतर उच्च आवृत्ति विद्युत प्रदर्शन:

• कई उच्च-टीजी सामग्री (जैसे कुछ संशोधित एपॉक्सी राल, पीपीई, पीटीएफई आदि) में डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक और नुकसान स्पर्शरेखा दोनों कम होते हैं।
  
• "हाईवे" संकेत संचरण के लिए: कम डीके का अर्थ है तेज संकेत संचरण; कम डीएफ का अर्थ है संकेत संचरण के दौरान कम ऊर्जा नुकसान। यह दोनों के संयोजन उच्च आवृत्ति और उच्च गति अनुप्रयोगों में उच्च टीजी पीसीबी को संकेत अखंडता और गुणवत्ता सुनिश्चित करने में बेहतर सुविधा प्रदान करता है, संकेत विकृति और क्षय को कम करता है और विशेष रूप से 5 जी, उच्च गति वाले नेटवर्क और रेडियो आवृत्ति जैसे अग्रणी क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है।

5. सुधारा गया नमी और रासायनिक प्रतिरोध:

• उच्च टीजी सामग्री में आम तौर पर नमी अवशोषण कम होता है, जिसका अर्थ है कि नम वातावरण में कम नमी अवशोषित होती है।
  
• समस्याओं को होने से पहले रोकें: यह नमी के अवशोषण और फैलाव के कारण परतदार होने के जोखिम को कम करता है, साथ ही आर्द्र वातावरण में विद्युत रोधन की क्षमता में कमी और आयन विस्थापन की संभावना को भी कम करता है, जिससे कठिन परिस्थितियों में उत्पाद की टिकाऊपन बढ़ जाती है।

उच्च Tg PCB द्वारा लाया गया मुख्य मूल्य

उपरोक्त प्रदर्शन लाभ प्रत्यक्ष रूप से व्यावहारिक अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण मूल्य में परिवर्तित होते हैं:

1. विश्वसनीयता में कूद:

उच्च तापमान परिस्थितियों (जैसे ऑटोमोबाइल इंजन डिब्बे, उच्च-शक्ति वाले पावर सप्लाई के अंदर, और औद्योगिक उपकरणों के मुख्य क्षेत्र) में स्थिर संचालन, ताप से संबंधित खराबी को काफी कम करता है, उपकरणों के जीवन काल और समग्र प्रणाली विश्वसनीयता को काफी बढ़ाता है।

2. संकेत स्पष्टता में सुधार:

उच्च आवृत्ति वाले विद्युत प्रदर्शन उच्च गति वाले डिजिटल सर्किट और आरएफ अनुप्रयोगों का आधार है, जो महत्वपूर्ण संकेतों के स्पष्ट और सटीक संचरण की गारंटी देता है।

3. अनुप्रयोग सीमा का विस्तार:

पारंपरिक पीसीबी की तापमान सीमा को पार करना, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को अधिक कठोर उच्च तापमान वाले वातावरण में विश्वसनीय रूप से काम करने में सक्षम बनाना, नए अनुप्रयोग क्षेत्रों को खोलना।

4. निर्माण उत्पादकता और परिशुद्धता गारंटी:

उच्च-घनत्व अंतर्संबंध (एचडीआई) और जटिल बहु-स्तरीय बोर्ड के निर्माण के लिए उत्कृष्ट आयामी स्थिरता आवश्यक है, उत्पादन दक्षता और उत्पाद स्थिरता में सुधार करना।

5. लंबे समय तक स्थायित्व:

उच्च तापमान प्रतिरोध, नमी प्रतिरोध और रासायनिक प्रतिरोध के संयोजन से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए लंबे समय तक सुरक्षा प्रदान करना और रखरखाव लागत को कम करना।

पीसीबी सामग्री के टीजी तापमान ग्रेड वर्गीकरण का मार्गदर्शन

ऊष्मा प्रतिरोध के आधार पर, पीसीबी सब्सट्रेट्स को आमतौर पर टीजी मानों के आधार पर विभिन्न ग्रेड में विभाजित किया जाता है ताकि विविध आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके:

1. सामान्य टीजी: टीजी ≥ 135°सेल्सियस

• प्रतिनिधि सामग्री: मानक एफआर-4 इपॉक्सी राल।
  
• लागू स्थितियाँ: अधिकांश उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, कार्यालय उपकरण और अन्य सामान्य तापमान वाले वातावरण।

2. मध्यम Tg: Tg ≥ 150°C

• प्रदर्शन विशेषताएँ: मानक FR-4 की तुलना में बेहतर ऊष्मा प्रतिरोध।
  
• लागू स्थितियाँ: थर्मल प्रदर्शन के लिए थोड़ा उच्च आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोग, जैसे कुछ औद्योगिक नियंत्रण उपकरण, मध्यम दर्जे के संचार उपकरण आदि।

3. उच्च Tg:

• Tg 170°C: लगातार मध्यम और उच्च तापमान वाले वातावरण के लिए उपयुक्त, जैसे कि ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स और औद्योगिक नियंत्रक।
  
• Tg 180°C: बेहतर थर्मल स्थिरता, सामान्यतः संचार बेस स्टेशन उपकरणों, सर्वर और उच्च-विश्वसनीय उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है।
  
• Tg 200°C: उच्च ऊष्मा प्रतिरोध, आमतौर पर बेहतर थर्मल चालकता के साथ, एयरोस्पेस इलेक्ट्रॉनिक्स, उच्च-अंत औद्योगिक उपकरणों और उच्च-शक्ति वाले LED प्रकाश वाहिकाओं के लिए उपयुक्त।
  
• Tg 260°C+: अत्यधिक उच्च तापमान वाले वातावरण और उच्च शक्ति घनत्व वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए डिज़ाइन किया गया।
  
• Tg 300°C+: वर्तमान में उपलब्ध व्यावसायिक सामग्री का शीर्ष ऊष्मा प्रतिरोध स्तर, अत्यधिक मांग वाले एयरोस्पेस, सैन्य या विशेष औद्योगिक उच्च तापमान परिदृश्यों में उपयोग किया जाता है।

उच्च Tg PCB के लिए सामान्य प्रमुख सामग्री का विश्लेषण

उच्च Tg प्रदर्शन की प्राप्ति एक विशिष्ट राल प्रणाली पर निर्भर करती है। यहां कई प्रमुख सामग्री प्रकार और उनकी विशेषताएं दी गई हैं:

1. पॉलीइमाइड (PI):

• Tg मान: ≥ 250°C (बहुत अधिक)
  
• विशेषताएं: उत्कृष्ट तापमान प्रतिरोध, उत्कृष्ट रासायनिक संक्षारण प्रतिरोध, अच्छे यांत्रिक गुण, उच्च तापमान पर वाष्पशील पदार्थों का निम्न उत्सर्जन, और वैकल्पिक लचीलापन।
  
• सामान्य अनुप्रयोग: एयरोस्पेस, सैन्य इलेक्ट्रॉनिक्स, उच्च तापमान औद्योगिक सेंसर/कंट्रोलर, लचीले सर्किट।

2. BT इपॉक्सी राल:

• Tg मान: 180°C – 220°C
  
• विशेषताएं: उत्कृष्ट ऊष्मा प्रतिरोध, अपेक्षाकृत निम्न परावैद्युत स्थिरांक और हानि, नमी अवशोषण में कमी, अच्छी प्रसंस्करण क्षमता। FR-4 अपग्रेड मार्ग में संतुलित प्रदर्शन और लागत।
  
• सामान्य अनुप्रयोग: संचार उपकरण, सर्वर मदरबोर्ड, उच्च-गति वाले डिजिटल सर्किट बोर्ड, उच्च-स्तरीय उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स।

3. पॉलीफेनिलीन ऑक्साइड (PPO):

• Tg मान: 175°C – 220°C
  
• विशेषताएँ: बहुत कम नमी अवशोषण, बहुत कम परावैद्युत स्थिरांक और हानि, उत्कृष्ट आयामी स्थिरता, अच्छी जल-अपघटन प्रतिरोधकता।
  
• सामान्य अनुप्रयोग: उच्च-आवृत्ति RF सर्किट बोर्ड (जैसे 5G एंटीना, रडार), एयरोस्पेस इलेक्ट्रॉनिक्स, उच्च-गति संचार बैकप्लेन।

4. लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर (LCP):

• Tg मान: ≥ 280°C (बहुत अधिक)
  
• विशेषताएँ: लगभग शून्य जल अवशोषण, अत्यंत कम और स्थिर परावैद्युत स्थिरांक और हानि, उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोधकता, उच्च तापमान पर स्थिर यांत्रिक गुण, अत्यंत पतले लचीले बोर्ड में बनाया जा सकता है।
  
• सामान्य अनुप्रयोग: उच्च-आवृत्ति/उच्च-गति कनेक्टर, 5G/6G, ऑटोमोटिव रडार, कठोर वातावरण सेंसर।

5. पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन (PTFE) - जिसे अक्सर "टेफ्लॉन" कहा जाता है:

• टीजी मान: ≥ 250°C
  
• विशेषताएं: अति-निम्न परावैद्युत स्थिरांक और हानि, उत्कृष्ट रासायनिक निष्क्रियता, उत्कृष्ट उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन। हालांकि, शुद्ध PTFE में खराब प्रसंस्करण क्षमता, उच्च लागत, तुलनात्मक रूप से उच्च CTE और एनिसोट्रॉपी होती है, और ड्रिलिंग करना कठिन होता है।
  
• सामान्य अनुप्रयोग: उच्च-स्तरीय माइक्रोवेव सर्किट, रडार सिस्टम, उपग्रह संचार, उच्च-आवृत्ति परीक्षण उपकरण।

6. सेरेमिक-से भरा PTFE:

• टीजी मान: ≥ 250°C
  
• विशेषताएं: शुद्ध PTFE में सेरेमिक भराट जोड़ी जाती है। काफी सुधारित स्थिरता, बढ़ी हुई उष्मीय चालकता, सुधारित यांत्रिक शक्ति और कठोरता, और प्रसंस्करण में आसानी। विद्युत प्रदर्शन शुद्ध PTFE की तुलना में थोड़ा खराब होता है लेकिन अभी भी बहुत अच्छा होता है।
  
• सामान्य अनुप्रयोग: उच्च-आवृत्ति RF/माइक्रोवेव पावर एम्पलीफायर, बेस स्टेशन एंटीना, उच्च-तापमान और उच्च-आवृत्ति उपकरण जिनमें अच्छा उष्मा अपव्यय आवश्यकता होती है।

7. हाइड्रोकार्बन-आधारित सेरेमिक राल:

• टीजी मान: ≥ 200°C
  
• विशेषताएँ: हाइड्रोकार्बन राल और सिरेमिक भराट से यौगिकित। यह निम्न परावैद्युत स्थिरांक, कम हानि, अच्छा तापीय स्थिरता, उत्कृष्ट आयामी स्थिरता और प्रसंस्करणीयता प्रदान करता है, और लागत आमतौर पर PTFE-आधारित सामग्री से कम होती है।
  
• सामान्य अनुप्रयोग: उच्च-गति वाले डिजिटल सर्किट बोर्ड, उच्च-आवृत्ति RF सर्किट बोर्ड, माइक्रोवेव उपकरण, ऑटोमोटिव रडार।

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