एम्बेडेड पीसीबी घटक उच्च प्रदर्शन के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स को बदलते हैं

जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का आकार छोटा होता जा रहा है, इंजीनियरों को प्रदर्शन या विश्वसनीयता से समझौता किए बिना तेजी से सीमित स्थानों में अधिक कार्यक्षमता को एकीकृत करने की चुनौती का सामना करना पड़ रहा है। मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) में एंबेडेड घटक प्रौद्योगिकी इस दुविधा का एक अभूतपूर्व समाधान प्रदान करती है, पारंपरिक डिजाइन प्रतिमानों को बदलती है और नई संभावनाओं को खोलती है।

एंबेडेड पीसीबी घटकों में पारंपरिक सतह-माउंट तकनीक (एसएमटी) या थ्रू-होल माउंटिंग का उपयोग करके सतह पर रखने के बजाय सीधे पीसीबी की आंतरिक परतों के भीतर प्रतिरोधक, कैपेसिटर और यहां तक ​​कि एकीकृत सर्किट (आईसी) को एकीकृत करना शामिल है। यह अभिनव दृष्टिकोण घटकों को विनिर्माण के दौरान पीसीबी परतों के भीतर पूर्व-निर्मित गुहाओं में एम्बेड करने या निष्क्रिय तत्वों के रूप में सब्सट्रेट के भीतर सीधे गठित करने की अनुमति देता है।

कार्यान्वयन प्रक्रिया में आम तौर पर पीसीबी परतों के भीतर गुहाएं या अवकाश बनाना, घटकों को एम्बेड करना और उन्हें माइक्रोविया या तांबे के निशान के माध्यम से जोड़ना शामिल है। उदाहरण के लिए, तांबे की परतों के बीच प्रतिरोधक सामग्री जमा करके, ±15% सहनशीलता के साथ 50 ओम जैसे मान प्राप्त करके प्रतिरोधक बनाए जा सकते हैं। यह एकीकरण बाहरी सोल्डर जोड़ों की आवश्यकता को कम करता है और परजीवी अधिष्ठापन को काफी कम करता है - अक्सर एसएमटी की तुलना में 50% तक - जिसके परिणामस्वरूप विद्युत प्रदर्शन में वृद्धि होती है।

पारंपरिक पीसीबी डिज़ाइन से एम्बेडेड घटकों में बदलाव महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग चुनौतियों का समाधान करने की आवश्यकता से प्रेरित है। कई प्रमुख लाभ इस तकनीक को विशिष्ट बनाते हैं:

• अंतरिक्ष दक्षता:एंबेडेड घटक पीसीबी सतह क्षेत्र को 35% तक कम कर सकते हैं, जिससे अधिक कॉम्पैक्ट डिज़ाइन सक्षम हो सकते हैं। यह पहनने योग्य उपकरणों के लिए विशेष रूप से मूल्यवान है, जहां जगह की कमी महत्वपूर्ण है।
• बेहतर सिग्नल अखंडता:छोटे इंटरकनेक्ट परजीवी प्रभाव को कम करते हैं। उच्च-आवृत्ति सर्किट (40-50 गीगाहर्ट्ज) में, एम्बेडेड प्रतिरोधों से सिग्नल हानि नगण्य हो सकती है - कभी-कभी 0.1 डीबी से नीचे - एसएमटी विकल्पों से बेहतर प्रदर्शन।
• बढ़ी हुई विश्वसनीयता:खुले सोल्डर जोड़ों के बिना, एम्बेडेड घटक झटके, कंपन और थर्मल साइक्लिंग का अधिक प्रभावी ढंग से सामना करते हैं। यह ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए महत्वपूर्ण है, जहां पीसीबी 170 डिग्री सेल्सियस तक के अत्यधिक तापमान को सहन कर सकते हैं।
• बेहतर थर्मल प्रबंधन:गर्मी बोर्ड भर में अधिक समान रूप से वितरित होती है, जिससे हॉटस्पॉट कम हो जाते हैं। एम्बेडेड आईसी के पास थर्मल विअस थर्मल प्रतिरोध को 20-30% तक कम कर सकता है, जिससे डिवाइस का जीवनकाल बढ़ जाता है।

हालाँकि, ये लाभ ट्रेड-ऑफ़ के साथ आते हैं। एंबेडेड डिज़ाइन से विनिर्माण लागत 15-25% तक बढ़ सकती है, और असेंबली के बाद घटकों को आसानी से बदला या परीक्षण नहीं किया जा सकता है। इन कमियों के बावजूद, उच्च-प्रदर्शन या स्थान-बाधित अनुप्रयोगों के लिए लाभ अक्सर चुनौतियों से अधिक होते हैं।

लेजर ड्रिलिंग और मल्टीलेयर लेमिनेशन सटीक घटक एम्बेडिंग को सक्षम बनाता है। लेज़र 10 माइक्रोन के भीतर गहराई नियंत्रण के साथ गुहाएं बनाते हैं, जिससे घटक की चुस्त फिट सुनिश्चित होती है। वुर्थ इलेक्ट्रोनिक की "SOLDER.embedding" सोल्डर एसएमडी घटकों को मल्टीलेयर संरचनाओं में दबाने से पहले आंतरिक परतों पर सोल्डर करने जैसी प्रक्रियाएं, ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए विश्वसनीयता बढ़ाती हैं।

माइक्रोवियास-व्यास में 50 माइक्रोन जितने छोटे छेद-एम्बेडेड घटकों को सतह परतों से जोड़ते हैं। यह 0.1 मिमी तक छोटे सिग्नल पथों के साथ उच्च-घनत्व रूटिंग को सक्षम बनाता है, कुछ मामलों में इंडक्शन को 1 एनएच से कम कर देता है, जो उच्च-घनत्व इंटरकनेक्ट (एचडीआई) डिज़ाइन के लिए आदर्श है।

प्रतिरोधक और कैपेसिटर को प्रतिरोधी या ढांकता हुआ सामग्री का उपयोग करके पीसीबी के भीतर "बनाया" जा सकता है। एक गठित अवरोधक सटीकता के लिए नक़्क़ाशी के दौरान समायोजित ±5% सहनशीलता के साथ 100 ओम प्राप्त कर सकता है। इससे असेंबली चरण कम हो जाते हैं और स्थिरता में सुधार होता है।

पीसीबी में सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) या गैलियम नाइट्राइड (GaN) उपकरणों को एम्बेड करना पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में लोकप्रियता हासिल कर रहा है। ये WBG अर्धचालक 100 kHz तक की गति पर स्विच करते हैं, और उन्हें एम्बेड करने से परजीवी प्रेरण को 30-40% तक कम किया जा सकता है, जैसा कि श्वाइज़र इलेक्ट्रॉनिक के 10 किलोवाट इन्वर्टर डिज़ाइन में दिखाया गया है।

माइक्रोकंट्रोलर्स के नीचे रेसिस्टर्स और कैपेसिटर को एम्बेड करके, पीसीबी का आकार 35% तक कम हो सकता है, जैसा कि पीसीबीऑनलाइन प्रोटोटाइप में देखा गया है। छोटे सिग्नल पथ वायरलेस ट्रांसमिशन विश्वसनीयता को भी बढ़ाते हैं, जिससे न्यूनतम बिजली हानि के साथ स्थिर 2.4 गीगाहर्ट्ज़ कनेक्टिविटी सक्षम होती है।

इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) एम्बेडेड पावर इलेक्ट्रॉनिक्स से लाभान्वित होते हैं। Infineon के 1200 V CoolSiC™ MOSFETs, Schweizer की p2PACK® तकनीक का उपयोग करके एम्बेडेड, कम थर्मल प्रतिरोध के साथ 50 किलोवाट आधा-पुल डिजाइन प्रदान करते हैं। नतीजा? कम स्विचिंग नुकसान और बेहतर गर्मी लंपटता के कारण पारंपरिक पैकेजिंग की तुलना में प्रदर्शन में 35% की बढ़ोतरी हुई।

60 गीगाहर्ट्ज पर काम करने वाले आरएफ एटेन्यूएटर्स में, एम्बेडेड प्रतिरोधक 0.2 डीबी से नीचे सिग्नल हानि प्रदर्शित करते हैं। टर्मिनेशन रेसिस्टर्स को सीधे BGA पैकेज के नीचे रखने से परजीवी कैपेसिटेंस कम हो जाता है, जिससे 5G अनुप्रयोगों के लिए सिग्नल अखंडता में सुधार होता है।

एम्बेडेड निष्क्रिय घटकों के साथ सैटेलाइट सेंसर 20% वजन में कमी लाते हैं और कड़े यूएल और आईपीसी मानकों को पूरा करते हुए 50 जी तक कंपन का सामना करते हैं। जहां प्रत्येक ग्राम मायने रखता है वहां यह सघनता महत्वपूर्ण है।

• प्लेसमेंट सटीकता:केवल 25 माइक्रोन का गलत संरेखण प्रतिरोध को 10% तक बढ़ा सकता है। कड़ी सहनशीलता वाले CAD टूल का उपयोग करें।
• थर्मल योजना:उच्च-शक्ति घटकों के पास थर्मल विअस जोड़ें। 1 W अवरोधक के लिए, 4-6 vias (0.3 मिमी व्यास) थर्मल प्रतिरोध को 25% तक कम कर सकता है।
• सहनशीलता प्रबंधन:एंबेडेड प्रतिरोधों में नक़्क़ाशी की विविधता के कारण आमतौर पर 15-20% सहनशीलता होती है। प्रदर्शन को बनाए रखने के लिए लगातार प्रतिबाधा (उदाहरण के लिए, निशानों पर 50 ओम) के लिए डिज़ाइन।
• विनिर्माण क्षमता:निर्माताओं से शीघ्र परामर्श लें. क्विक-टर्न प्रोटोटाइप की तुलना में एंबेडेड डिज़ाइनों को अक्सर लंबे समय (5-7 दिन) की आवश्यकता होती है।

अपनी क्षमता के बावजूद, एम्बेडेड घटक प्रौद्योगिकी को बाधाओं का सामना करना पड़ता है। उच्च अग्रिम लागत (एसएमटी डिज़ाइन से 20% अधिक) बजट-संवेदनशील परियोजनाओं को बाधित कर सकती है। परीक्षण भी अधिक चुनौतीपूर्ण है, क्योंकि दोषपूर्ण एम्बेडेड घटकों को प्रतिस्थापित नहीं किया जा सकता है। बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए माइक्रोविया एम्बेडिंग जैसे नवाचारों का विस्तार अभी भी प्रगति पर है।

भविष्य को देखते हुए, एम्बेडेड तकनीक 3डी एकीकरण और IoT मांगों के साथ बढ़ने के लिए तैयार है। विश्लेषकों का अनुमान है कि 2030 तक, 50% एचडीआई पीसीबी एम्बेडेड घटकों का उपयोग करेंगे, जो स्मार्ट, छोटे उपकरणों की आवश्यकता से प्रेरित होंगे। सामग्रियों में प्रगति - जैसे 0.5 W/mK तापीय चालकता के साथ FR4 विकल्प - प्रदर्शन को और बढ़ा सकते हैं और लागत कम कर सकते हैं।

पीसीबी डिज़ाइन में एंबेडेड घटक एक प्रवृत्ति से कहीं अधिक का प्रतिनिधित्व करते हैं - वे इलेक्ट्रॉनिक्स को कैसे इंजीनियर किया जाता है, इसे फिर से परिभाषित कर रहे हैं। जगह बचाकर, प्रदर्शन में सुधार करके और नए अनुप्रयोगों को सक्षम करके, वे पहनने योग्य वस्तुओं से लेकर ईवी तक नवाचारों को सशक्त बना रहे हैं। जैसे-जैसे विनिर्माण तकनीक विकसित होती है, एम्बेडेड तकनीक सीमाओं को आगे बढ़ाती रहेगी, इंजीनियरों को कल के उपकरणों की मांगों को पूरा करने के लिए नए उपकरण प्रदान करेगी।