उन उद्योगों में जहां उच्च तापमान, उच्च आवृत्तियाँ और कठोर स्थितियाँ सामान्य हैं, पारंपरिक मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) अक्सर कम पड़ जाते हैं। एल्यूमिना (Al
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) सिरेमिक पीसीबी एक बेहतर विकल्प के रूप में उभरे हैं, जो असाधारण तापीय, विद्युत और यांत्रिक गुण प्रदान करते हैं। 96% एल्यूमिना की संरचना के साथ, ये सिरेमिक सब्सट्रेट एलईडी लाइटिंग से लेकर मेडिकल डिवाइस तक विभिन्न अनुप्रयोगों में तेजी से अपनाए जा रहे हैं।
एल्यूमिना पीसीबी के मुख्य लाभ
एल्यूमिना 96% सिरेमिक सिरेमिक पीसीबी और पैकेजिंग के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री है, जो इसके संतुलित प्रदर्शन और लागत-प्रभावशीलता के कारण है। इसके उल्लेखनीय गुणों में शामिल हैं:
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थर्मल प्रबंधन:
22–24 W/mK की तापीय चालकता के साथ, एल्यूमिना गर्मी को कुशलता से नष्ट करता है या समान ताप को सक्षम बनाता है, जो पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और उच्च-चमकदार एलईडी के लिए महत्वपूर्ण है।
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उच्च-आवृत्ति संगतता:
कम डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक (1MHz पर 9.8) और न्यूनतम डाइइलेक्ट्रिक हानि आरएफ और माइक्रोवेव अनुप्रयोगों में सिग्नल अखंडता सुनिश्चित करते हैं।
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यांत्रिक मजबूती:
400 MPa की फ्लेक्सुरल ताकत और लगभग शून्य जल अवशोषण (0%) इसे बीहड़ वातावरण और हर्मेटिक पैकेजिंग के लिए आदर्श बनाते हैं।
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थर्मल स्थिरता:
कम तापीय विस्तार गुणांक (6–8 ppm/°C) के साथ 350°C तक संचालित होता है, जिससे सोल्डर जॉइंट तनाव कम होता है।
उद्योगों में अनुप्रयोग
एल्यूमिना पीसीबी की बहुमुखी प्रतिभा उन्हें विशेष क्षेत्रों में उपयोग करने में सक्षम बनाती है:
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एलईडी लाइटिंग:
उच्च परावर्तन (94%) और तापीय अपव्यय चमक और दीर्घायु को बढ़ाते हैं।
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चिकित्सा इलेक्ट्रॉनिक्स:
बायोकम्पैटिबिलिटी और विश्वसनीयता प्रत्यारोपण योग्य और नैदानिक उपकरणों के लिए सख्त सुरक्षा मानकों को पूरा करती है।
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पावर इलेक्ट्रॉनिक्स:
मोटर ड्राइव और पावर कन्वर्टर्स में उच्च वर्तमान घनत्व को संभालता है।
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एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव:
कंपन, थर्मल साइक्लिंग और संक्षारक वातावरण का सामना करता है।
विनिर्माण तकनीकें: मोटी फिल्म बनाम डायरेक्ट प्लेटेड कॉपर
एल्यूमिना सब्सट्रेट को धातु बनाने के लिए दो प्राथमिक विधियों का उपयोग किया जाता है:
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मोटी फिल्म प्रिंटिंग:
चांदी (Ag) पेस्ट का उपयोग करता है, जो मल्टीलेयर डिज़ाइन और उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।
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डायरेक्ट प्लेटेड कॉपर (DPC):
बेहतर चालकता के लिए तांबे (Cu) को इलेक्ट्रोप्लेट करता है, जो उच्च-शक्ति और उच्च-आवृत्ति सर्किट के लिए पसंद किया जाता है।
सतह खत्म जैसे ENIG (इलेक्ट्रोलेस निकल इमर्शन गोल्ड) या ग्लास-आधारित सोल्डर मास्क स्थायित्व को और बढ़ाते हैं, खासकर सल्फर-समृद्ध वातावरण में।
एल्यूमिना 96% की तकनीकी विशिष्टताएँ
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संपत्ति
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मान
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इकाई
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थर्मल चालकता (25°C)
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22
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W/m·K
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डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक (1MHz)
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9.8
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फ्लेक्सुरल ताकत
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400
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MPa
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सीटीई (आरटी–500°C)
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6.82
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ppm/°C
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अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान
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350
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°C
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डिजाइन विचार
जबकि एल्यूमिना पीसीबी पारंपरिक FR4 बोर्डों के समान हैं, डिजाइनरों को निम्नलिखित बातों का ध्यान रखना चाहिए:
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थर्मल विस्तार बेमेल:
जुड़े हुए घटकों के लिए संगत सामग्री सुनिश्चित करें ताकि दरार से बचा जा सके।
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लेयर सीमाएँ:
मानक प्रक्रियाएँ 4 परतों तक का समर्थन करती हैं, हालाँकि उन्नत तकनीकें अधिक की अनुमति दे सकती हैं।
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पैनल का आकार:
विशिष्ट उत्पादन पैनल 180 × 180 मिमी (7 × 7 इंच) पर अधिकतम होते हैं।
लागत और प्रदर्शन ट्रेड-ऑफ
हालांकि एल्यूमिना पीसीबी FR4 की तुलना में अधिक महंगे हैं, वे एकीकृत डिजाइनों में धातु-कोर विकल्पों (जैसे, IMS) से बेहतर प्रदर्शन करते हैं। मेटल-कोर पीसीबी में डाइइलेक्ट्रिक परतों की थर्मल बाधा को खत्म करके, एल्यूमिना अपनी मामूली चालकता के बावजूद कम समग्र तापीय प्रतिरोध प्राप्त करता है।
लागत-संवेदनशील परियोजनाओं के लिए, बोर्ड के आकार को कम करना और एकीकरण के अवसरों (जैसे, एम्बेडेड घटक) का लाभ उठाना सामग्री खर्च को ऑफसेट कर सकता है।
