প্রথাগত FR-4টি ফাইবারগ্লাস বোর্ড রিফ্লো সোল্ডারিংয়ের পরে একটি "খিলান" আকৃতি তৈরি করে। এটি তাপীয় চাপ এবং উপাদানের শারীরিক বৈশিষ্ট্যের মধ্যে ভারসাম্যহীনতার একটি অনিবার্য ফলাফল। ঐতিহ্যগত পিসিবিগুলি কম্পোনেন্ট সোল্ডারিং ত্রুটি এবং ওয়ারিংয়ের কারণে সরঞ্জামের ত্রুটির শিকার হয়। এক ধরনের PCB তার সাবস্ট্রেট হিসেবে সিরামিক ব্যবহার করে, যার প্রায়-নিখুঁত শারীরিক স্থিতিশীলতা, উচ্চ-শক্তি বা উচ্চ-নির্ভরযোগ্য ইলেকট্রনিক ডিভাইসের জন্য মূল পছন্দ হয়ে উঠছে।
কেন সিরামিক সাবস্ট্রেটগুলি পাটা হয় না?
PCB ওয়ারপিং এর মূল কারণ উপকরণের তাপীয় প্রসারণ সহগ এবং অভ্যন্তরীণ চাপের মুক্তির মধ্যে অমিল। সাধারণ FR-4 সাবস্ট্রেটগুলি ফাইবারগ্লাস কাপড় এবং ইপোক্সি রজন বন্ধন দ্বারা গঠিত হয়। উত্তপ্ত হলে রজন নরম হয় এবং ঠান্ডা হলে সঙ্কুচিত হয়। উভয় পক্ষের অসমমিত তামার ফয়েল বিকৃতিকে আরও বাড়িয়ে তোলে।
সিরামিক সাবস্ট্রেটগুলি সম্পূর্ণ ভিন্ন বৈশিষ্ট্যের অধিকারী। তারা উচ্চ-তাপমাত্রা সিন্টারযুক্ত সিরামিক সবুজ শীটকে ভিত্তি হিসাবে ব্যবহার করে, খুব উচ্চ ইলাস্টিক মডুলাস এবং তাপীয় প্রসারণের অত্যন্ত কম সহগ প্রদর্শন করে। উত্পাদনের সময়, তামার ফয়েল উচ্চ-তাপমাত্রা গরম চাপ বা সরাসরি কপার প্লেটিং প্রযুক্তির মাধ্যমে সিরামিক পৃষ্ঠের সাথে সংযুক্ত থাকে, যা সাধারণ আঠালো বন্ধনের পরিবর্তে আন্তঃআণবিক বন্ধন অর্জন করে। এটি যৌগিক কাঠামোকে এমনকি চরম তাপমাত্রার অবস্থার মধ্যেও মাত্রিক স্থিতিশীলতা বজায় রাখতে দেয়।
অ্যালুমিনা সিরামিক: খরচের রাজা-কার্যকারিতা
অ্যালুমিনা বর্তমানে সর্বাধিক ব্যবহৃত সিরামিক সাবস্ট্রেট উপাদান, যার মধ্যে 75% এবং 99.5% অ্যালুমিনা রয়েছে। 99.5% উচ্চ বিশুদ্ধতার ফলে অত্যন্ত কম অস্তরক ক্ষয় সহ একটি মসৃণ এবং ঘন পৃষ্ঠ হয়, এটি উচ্চ- ফ্রিকোয়েন্সি সার্কিটের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
অ্যালুমিনার তাপ পরিবাহিতা প্রায় 24 থেকে 28 W/(m·K), FR-4 এর 0.3 W/(m·K) থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। যাইহোক, এটি এখনও অতি-উচ্চ শক্তি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে কম পড়ে। এটি প্রচুর কাঁচামাল, উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি এবং চমৎকার রাসায়নিক স্থিতিশীলতা নিয়ে গর্ব করে, এটি একটি পণ্যের একটি প্রধান উদাহরণ যা কর্মক্ষমতা এবং খরচের ভারসাম্য বজায় রাখে, এইভাবে মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স এবং পাওয়ার মডিউল ক্ষেত্রে একটি প্রভাবশালী অবস্থান ধরে রাখে।
অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সিলিকন ওয়েফারের সাথে ভাল-মেলে। অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড সিরামিকের আবির্ভাব অ্যালুমিনাতে অপর্যাপ্ত তাপ পরিবাহিতা সমস্যার সমাধান করেছে, 170 W/(m·K) এর বেশি তাপ পরিবাহিতা অর্জন করেছে, অ্যালুমিনার চেয়ে সাতগুণ এবং এমনকি ধাতব অ্যালুমিনিয়ামের চেয়েও বেশি।
আরও গুরুত্বপূর্ণ, তাপ সম্প্রসারণের অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের গুণাঙ্ক অর্ধপরিবাহী সিলিকন ওয়েফারের খুব কাছাকাছি। যখন উচ্চ-পাওয়ার চিপগুলি সরাসরি সাবস্ট্রেটে মাউন্ট করা হয়, তখন অনুরূপ প্রসারণ গুণাঙ্ক কার্যকরভাবে তাপ সাইক্লিংয়ের কারণে শিয়ার স্ট্রেস এড়ায়, এইভাবে চিপ ক্র্যাকিং বা সোল্ডার জয়েন্টের ক্লান্তি প্রতিরোধ করে। এর উত্পাদন প্রক্রিয়ার অক্সিজেন সামগ্রী নিয়ন্ত্রণের জন্য অত্যন্ত উচ্চ প্রয়োজনীয়তা রয়েছে; অক্সিজেনের অমেধ্য যত কম, তাপ পরিবাহিতা তত শক্তিশালী।
বেরিলিয়াম অক্সাইডের উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং বিষাক্ততার সীমাবদ্ধতা
বেরিলিয়াম অক্সাইড সিরামিকগুলি ব্যতিক্রমী তাপ পরিবাহিতা প্রদর্শন করে, এমনকি অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডকে ছাড়িয়ে যায়, ঘরের তাপমাত্রায় 250 W/(m·K) এর বেশি পৌঁছায়। এটি একসময় অত্যন্ত কঠোর তাপ অপচয়ের প্রয়োজনীয়তা সহ ক্ষেত্রগুলিতে পছন্দের উপাদান ছিল।
যাইহোক, বেরিলিয়াম অক্সাইড পাউডার বিষাক্ত। উৎপাদন ও প্রক্রিয়াজাতকরণের সময় উত্পন্ন ধুলা নিঃশ্বাসে নেওয়া হলে তা ফুসফুসের মারাত্মক রোগের কারণ হতে পারে। একইভাবে, নিষ্পত্তির সময় সৃষ্ট ধূলিকণা যদি নিঃশ্বাসে নেওয়া হয় তবে এটি ফুসফুসের মারাত্মক রোগের কারণ হতে পারে। এই মারাত্মক ত্রুটিটি এর বিকাশকে মারাত্মকভাবে সীমিত করে। বর্তমানে, এটি শুধুমাত্র ব্যাপক প্রতিরক্ষামূলক ব্যবস্থা সহ খুব কম বিশেষ সামরিক ক্ষেত্রে এবং ব্যাপক প্রতিরক্ষামূলক ব্যবস্থা সহ খুব কম বিশেষায়িত মহাকাশ ক্ষেত্রগুলিতে ব্যবহৃত হয়। বেসামরিক বাজার মূলত অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছে।
সিরামিক পিসিবি এর মূল সুবিধা
সিরামিক সাবস্ট্রেটের সবচেয়ে সুস্পষ্ট সুবিধা হল তাদের শক্তিশালী কারেন্ট- বহন করার ক্ষমতা। পরীক্ষামূলক তথ্য দেখায় যে যখন একটি 100A কারেন্ট ক্রমাগত 1 মিমি পুরু 0.3 মিমি কপার সাবস্ট্রেটের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি মাত্র 17 ডিগ্রির কাছাকাছি হয়। যদি তামার পুরুত্ব 2 মিমি বাড়ানো হয় তবে তাপমাত্রা বৃদ্ধি 5 ডিগ্রির মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে।
উপরন্তু, এটি উচ্চ ভোল্টেজ সহ্য করতে পারে যে চমৎকার নিরোধক বৈশিষ্ট্য আছে. এই সম্পত্তি সরঞ্জাম এবং কর্মীদের নিরাপত্তা নিশ্চিত করে. কারণ এটির জৈব আঠালো প্রয়োজন হয় না, উচ্চ-তাপমাত্রা এবং উচ্চ-আর্দ্রতার পরিবেশে এর কার্যক্ষমতা অত্যন্ত স্থিতিশীল। তদ্ব্যতীত, তামার ফয়েল আনুগত্য খুব শক্তিশালী এবং তাপমাত্রার তীব্র পরিবর্তনের কারণে বিচ্ছিন্ন হবে না, এটির নির্ভরযোগ্যতা সাধারণ PCB-এর থেকে অনেক বেশি উচ্চতর করে তোলে।
সিরামিক PCBs জন্য উত্পাদন বিকল্প
যদিও সিরামিক সাবস্ট্রেটগুলি উচ্চতর কার্যকারিতা প্রদর্শন করে, তাদের ভঙ্গুর প্রকৃতি বড়-এরিয়া বোর্ড তৈরিতে তাদের ব্যবহার সীমিত করে, এবং তাদের দাম FR-4 এর থেকে অনেক বেশি। একটি 100 মিমি সাইড অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড সাবস্ট্রেটের দাম একই আকারের একটি FR-4 এর চেয়ে কয়েক গুণ বেশি হতে পারে।
তাই, এটি প্রধানত উচ্চ-অ্যাপ্লিকেশানগুলিতে ব্যবহৃত হয় যেমন উচ্চ-পাওয়ার এলইডি, স্বয়ংচালিত ইগনিশন সিস্টেম, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং পাওয়ার সাপ্লাই, অ্যারোস্পেস এবং সামরিক ইলেকট্রনিক্স। একটি সিরামিক সাবস্ট্রেট নির্বাচন করা চূড়ান্ত স্থায়িত্ব এবং নির্ভরযোগ্যতার একটি পছন্দ করা বোঝায়। প্রকৃত গবেষণা ও উন্নয়ন বা ছোট-ব্যাচের উৎপাদনে, একজন পেশাদার এবং নির্ভরযোগ্য প্রস্তুতকারক নির্বাচন করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। জেইপি পিসিবি বহু বছর ধরে শিল্পের সাথে গভীরভাবে জড়িত, পেশাদার সিরামিক সাবস্ট্রেট প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতার অধিকারী। প্রোটোটাইপিং থেকে শুরু করে ব্যাপক উৎপাদন পর্যন্ত, এটি দ্রুত প্রতিক্রিয়া এবং স্থিতিশীল প্রক্রিয়া সমর্থন প্রদান করতে পারে, যাতে আপনার উচ্চ-কার্যক্ষমতার নকশা নির্ভুলভাবে অর্জন করা যায়।
সুতরাং, আপনার পণ্যের নকশায়, আপনি কি খরচ নিয়ন্ত্রণকে অগ্রাধিকার দেবেন, নাকি 5 ডিগ্রি তাপমাত্রা বৃদ্ধি এবং অতুলনীয় নির্ভরযোগ্যতা এবং স্থিতিশীলতার কারণে আপনি একটি সিরামিক সাবস্ট্রেট বেছে নেবেন? মন্তব্য বিভাগে নির্দ্বিধায় আপনার মতামত শেয়ার করুন, এই নিবন্ধটি লাইক করুন এবং শেয়ার করুন যাতে আরও প্রকৌশলীরা এটিকে-গভীর বিজ্ঞান জনপ্রিয়করণে দেখতে পারেন৷