क्या सर्किट बोर्ड बेस में कम प्रतिरोध होता है? एक गहन विश्लेषण

एक सर्किट बोर्ड, जिसे प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (PCB) के रूप में भी जाना जाता है, अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए नींव के रूप में कार्य करता है। यह इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए यांत्रिक समर्थन और विद्युत कनेक्शन प्रदान करता है। सर्किट बोर्ड बेस, जिसे अक्सर सब्सट्रेट या डाइइलेक्ट्रिक सामग्री के रूप में जाना जाता है, इन्सुलेट परत है जिस पर प्रवाहकीय निशान उकेरे या मुद्रित किए जाते हैं। इस आधार सामग्री के विद्युत प्रतिरोध को समझना इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के उचित कामकाज और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है। जबकि प्रवाहकीय निशान सिग्नल ट्रांसमिशन को सुविधाजनक बनाने के लिए कम प्रतिरोध के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, आधार सामग्री को ट्रेस और घटकों के बीच अवांछित वर्तमान प्रवाह को रोकने के लिए उच्च प्रतिरोध के लिए सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किया गया है शॉर्ट सर्किट और सिग्नल रिसाव से बचना। यह लेख सर्किट बोर्ड बेस सामग्री के प्रतिरोध को प्रभावित करने वाले कारकों पर प्रकाश डालता है, विभिन्न प्रकार के सब्सट्रेट का पता लगाता है, और सर्किट डिजाइन में प्रतिरोध के निहितार्थ पर चर्चा करता है, खासकर उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों में। हम सतही स्पष्टीकरण से आगे बढ़ेंगे और सामग्री विज्ञान और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग से अंतर्दृष्टि प्राप्त करते हुए, इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन के इस अक्सर अनदेखे पहलू की गहरी, विश्लेषणात्मक समझ प्रदान करेंगे।

सर्किट बोर्ड बेस सामग्री के प्रकार

कई सामग्रियों का उपयोग सर्किट बोर्ड बेस के रूप में किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक के अपने अनूठे गुण होते हैं। सामग्री का चुनाव ऑपरेटिंग आवृत्ति, तापमान, यांत्रिक शक्ति आवश्यकताओं और लागत जैसे कारकों पर निर्भर करता है। आइए कुछ सबसे सामान्य प्रकारों का पता लगाएं:

FR-4: सर्वव्यापी मानक

यह सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला PCB बेस मटेरियल है। यह बुने हुए फाइबरग्लास कपड़े से बना एक समग्र सामग्री है जो एक एपॉक्सी राल से गर्भवती होती है। "FR" का अर्थ है "फ्लेम रिटार्डेंट," जो दहन का विरोध करने की क्षमता को दर्शाता है।

रचना

FR-4 की संरचना इसके गुणों की कुंजी है। बुना हुआ फाइबरग्लास यांत्रिक शक्ति और आयामी स्थिरता प्रदान करता है, जबकि एपॉक्सी राल एक बांधने की मशीन के रूप में कार्य करता है और विद्युत इन्सुलेशन प्रदान करता है। राल से फाइबरग्लास का अनुपात, उपयोग किए गए राल का विशिष्ट प्रकार और फाइबरग्लास का बुनाई समग्र प्रतिरोधकता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है।

विशिष्ट अनुप्रयोग

अपने संतुलित गुणों और लागत-प्रभावशीलता के कारण, FR-4 का व्यापक उपयोग होता है। यह आमतौर पर उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, कंप्यूटर, दूरसंचार उपकरण और औद्योगिक नियंत्रणों में कार्यरत है।

विद्युत गुण

FR-4 अपेक्षाकृत उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक (लगभग 4.2-4.8) और मध्यम ढांकता हुआ नुकसान के साथ अच्छा विद्युत इन्सुलेशन प्रदान करता है। इसका प्रतिरोध आम तौर पर अधिक होता है, आमतौर पर 10¹² से 10¹⁴ Ω·m, यह सामान्य-उद्देश्य अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयुक्त है। हालांकि, कुछ GHz से ऊपर उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों में इसकी सीमाएं हैं, क्योंकि इसका उच्च अपव्यय कारक है, जो सिग्नल क्षीणन की ओर जाता है।

CEM-1: एक लागत प्रभावी विकल्प

CEM-1 FR-4 की तुलना में अधिक बजट के अनुकूल विकल्प का प्रतिनिधित्व करता है। यह FR-4 का एक कम लागत वाला विकल्प है, जिसका उपयोग अक्सर सिंगल-साइडेड PCB में किया जाता है। यह एक सेलूलोज़ पेपर कोर से बना एक समग्र सामग्री है जिसमें प्रत्येक तरफ बुने हुए ग्लास फैब्रिक की एक परत होती है, जो सभी एपॉक्सी राल से गर्भवती होती है।

रचना

CEM-1 की संरचना FR-4 से अलग है, जो इसके प्रदर्शन को प्रभावित करती है। पेपर कोर एक लागत प्रभावी आधार प्रदान करता है, जबकि ग्लास फैब्रिक परतें कुछ यांत्रिक शक्ति जोड़ती हैं। सेलूलोज़ की उपस्थिति इसे नमी अवशोषण के लिए अधिक संवेदनशील बनाती है, जो इसके विद्युत गुणों को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकती है।

विशिष्ट अनुप्रयोग

इसकी कम लागत को देखते हुए, CEM-1 अक्सर कम मांग वाले अनुप्रयोगों में पाया जाता है। यह आमतौर पर कम लागत वाले उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे एलईडी लाइटिंग, कैलकुलेटर और सरल इलेक्ट्रॉनिक खिलौनों में पाया जाता है।

विद्युत गुण

CEM-1 में FR-4 की तुलना में कम विद्युत इन्सुलेशन गुण होते हैं, जिसमें उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक और उच्च ढांकता हुआ नुकसान होता है। इसका प्रतिरोध अभी भी अपेक्षाकृत अधिक है लेकिन FR-4 से कम है, और यह नमी अवशोषण के कारण गिरावट की अधिक संभावना है, जो इसकी प्रतिरोधकता को और कम कर सकता है।

PTFE (टेफ्लॉन): उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों में उत्कृष्टता

जब उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन सर्वोपरि होता है, तो PTFE अक्सर पसंद की सामग्री बन जाता है। पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (PTFE), जिसे आमतौर पर टेफ्लॉन के रूप में जाना जाता है, एक सिंथेटिक फ्लोरोपॉलीमर है जो अपने असाधारण रासायनिक प्रतिरोध, कम घर्षण और उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन गुणों के लिए जाना जाता है।

रचना

PTFE के अद्वितीय गुण इसकी आणविक संरचना से उत्पन्न होते हैं। PTFE कार्बन और फ्लोरीन परमाणुओं से मिलकर बना एक बहुलक है, जो मजबूत कार्बन-फ्लोरीन बंधन बनाता है। यह आणविक संरचना मोबाइल चार्ज वाहकों की बहुत कम सांद्रता में परिणामित होती है, जो इसकी उच्च प्रतिरोधकता में योगदान करती है।

विशिष्ट अनुप्रयोग

अपनी बेहतर उच्च-आवृत्ति विशेषताओं के कारण, PTFE मांग वाले अनुप्रयोगों में पसंदीदा सामग्री है। इसका उपयोग उच्च-आवृत्ति और माइक्रोवेव अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि RF सर्किट, एंटेना और एयरोस्पेस इलेक्ट्रॉनिक्स, जहां सिग्नल क्षरण को कम करने के लिए कम ढांकता हुआ नुकसान महत्वपूर्ण है।

विद्युत गुण

PTFE में बहुत कम ढांकता हुआ स्थिरांक (लगभग 2.1) और बेहद कम ढांकता हुआ नुकसान होता है, जो इसे उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है। यह बहुत उच्च प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, अक्सर 10¹⁶ Ω·m से अधिक, मजबूत C-F बांड और ध्रुवीय समूहों की अनुपस्थिति के कारण, जो इंटरफेशियल ध्रुवीकरण और इलेक्ट्रॉन हॉपिंग को कम करता है।

पॉलीमाइड: चरम तापमान का सामना करना

असाधारण थर्मल स्थिरता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, पॉलीमाइड अक्सर उत्तर होता है। यह एक उच्च-प्रदर्शन बहुलक है जो अपनी उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता, यांत्रिक शक्ति और रासायनिक प्रतिरोध के लिए जाना जाता है।

रचना

पॉलीमाइड की मजबूती इसकी अनूठी संरचना से आती है। पॉलीमाइड इमाइड मोनोमर्स के पोलीमराइजेशन द्वारा बनता है, जिसके परिणामस्वरूप एक कठोर और स्थिर आणविक संरचना होती है। यह संरचना कठोर परिस्थितियों में भी उच्च तापमान प्रतिरोध और स्थिर विद्युत गुणों में योगदान करती है।

विशिष्ट अनुप्रयोग

इसकी उच्च-तापमान सहिष्णुता पॉलीमाइड को कठोर वातावरण के लिए उपयुक्त बनाती है। इसका उपयोग उच्च तापमान प्रतिरोध की आवश्यकता वाले मांग वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि लचीले सर्किट, एयरोस्पेस इलेक्ट्रॉनिक्स और चिकित्सा उपकरण।

विद्युत गुण

Polyimide अपेक्षाकृत उच्च परावैद्युत स्थिरांक (लगभग 3.5) और कम परावैद्युत हानि के साथ अच्छा विद्युत इन्सुलेशन प्रदान करता है। यह उच्च प्रतिरोध बनाए रखता है, आमतौर पर 10 से ऊपर¹⁶ Ω·m, यहां तक कि उच्च तापमान पर भी, जो इसे उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है जहां थर्मल स्थिरता महत्वपूर्ण है।

उभरती सामग्री: सीमाओं को आगे बढ़ाना

स्थापित सामग्रियों से परे, नए विकल्प लगातार उभर रहे हैं, जो सर्किट बोर्ड के प्रदर्शन की सीमाओं को आगे बढ़ा रहे हैं। यहां कुछ उल्लेखनीय उदाहरण दिए गए हैं:

लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर (एलसीपी)

ये अपनी अत्यधिक क्रमबद्ध आणविक संरचना के कारण असाधारण आयामी स्थिरता, कम नमी अवशोषण और उत्कृष्ट उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन प्रदान करते हैं। यह संरचना परावैद्युत हानि को कम करती है और आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला में स्थिर विद्युत गुण प्रदान करती है।

थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट

पॉलीएथरएथरकेटोन (पीईईके) और पॉलीफेनिलीन सल्फाइड (पीपीएस) जैसी सामग्री यांत्रिक शक्ति, रासायनिक प्रतिरोध और उच्च प्रतिरोधकता सहित अनुकूलित विद्युत गुणों का एक अनूठा संयोजन प्रदान करती है। सामग्री के सावधानीपूर्वक चयन और प्रसंस्करण के माध्यम से उनके प्रतिरोध को ठीक किया जा सकता है।

ये उभरती हुई सामग्री सर्किट बोर्ड डिजाइन के लिए संभावनाओं का विस्तार कर रही हैं, बेहतर प्रदर्शन और कार्यक्षमता प्रदान कर रही हैं। वे सामग्री विज्ञान में चल रहे नवाचार का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रगति को बढ़ावा देते हैं, विशेष रूप से उच्च गति कंप्यूटिंग और उन्नत सेंसर सिस्टम जैसे क्षेत्रों में।

सर्किट बोर्ड बेस सामग्री के प्रतिरोध को प्रभावित करने वाले कारक

सर्किट बोर्ड बेस सामग्री का विद्युत प्रतिरोध एक निश्चित मान नहीं है, बल्कि स्थूल और सूक्ष्म स्तर दोनों पर कई कारकों से प्रभावित होता है। आइए उन प्रमुख कारकों पर गौर करें जो प्रतिरोध को बदल सकते हैं:

सामग्री संरचना: प्रतिरोध की नींव

बेस सामग्री के बहुत ही बिल्डिंग ब्लॉक इसके प्रतिरोध में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

आणविक संरचना

बेस सामग्री की आणविक संरचना इसके प्रतिरोध में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। मजबूत सहसंयोजक बंधनों और सीमित मुक्त इलेक्ट्रॉनों वाली सामग्री, जैसे PTFE, में उच्च प्रतिरोध होता है। उदाहरण के लिए, PTFE में मजबूत C-F बंधन, इलेक्ट्रॉन गतिशीलता को प्रतिबंधित करते हैं। इसके विपरीत, कमजोर बंधनों या अधिक गतिशील चार्ज वाहकों वाली सामग्री कम प्रतिरोध प्रदर्शित करेगी।

शुद्धता

सामग्री की शुद्धता में मामूली बदलाव भी प्रभाव डाल सकते हैं। सामग्री की शुद्धता भी मायने रखती है। अशुद्धियाँ चार्ज वाहक पेश कर सकती हैं, जिससे समग्र प्रतिरोध कम हो जाता है। उच्च-शुद्धता वाली सामग्री आम तौर पर उच्च प्रतिरोधकता प्रदर्शित करती है।

समग्र प्रकृति

समग्र सामग्री के लिए, विशिष्ट फॉर्मूलेशन महत्वपूर्ण है। FR-4 जैसी समग्र सामग्री में, राल से फाइबरग्लास का अनुपात, उपयोग किए गए राल का प्रकार और किसी भी योजक की उपस्थिति प्रतिरोध को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती है। इन्सुलेट राल मैट्रिक्स के भीतर प्रवाहकीय भराव की कनेक्टिविटी, जैसा कि रिसाव सिद्धांत द्वारा वर्णित है, प्रतिरोधकता को भी नाटकीय रूप से बदल सकती है। यहां तक कि फाइबरग्लास का बुनाई पैटर्न भी सामग्री के विद्युत गुणों को प्रभावित कर सकता है।

तापमान: एक गतिशील प्रभाव

तापमान भिन्नता आधार सामग्री के प्रतिरोध को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती है।

थर्मल ऊर्जा और इलेक्ट्रॉन गतिशीलता

अधिकांश इन्सुलेट सामग्री में, तापमान बढ़ने के साथ प्रतिरोध कम हो जाता है। उच्च तापमान इलेक्ट्रॉनों को अधिक थर्मल ऊर्जा प्रदान करते हैं, जिससे वे ऊर्जा बाधाओं को दूर कर सकते हैं और चालन में योगदान कर सकते हैं, जिससे उनकी गतिशीलता बढ़ जाती है। इस बढ़ी हुई गतिशीलता से प्रतिरोधकता में कमी आती है।

प्रतिरोध का तापमान गुणांक (टीसीआर)

किसी सामग्री का प्रतिरोध तापमान के साथ कैसे बदलता है, इसे उसके टीसीआर द्वारा मापा जाता है। टीसीआर इस संबंध को मापता है, यह दर्शाता है कि प्रतिरोध प्रति डिग्री सेल्सियस कितना बदलता है। पॉलीइमाइड जैसी सामग्री CEM-1 जैसी सामग्री की तुलना में व्यापक तापमान सीमा पर अधिक स्थिर प्रतिरोध प्रदर्शित करती है, जो उन्हें उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती है।

नमी अवशोषण: इन्सुलेशन का दुश्मन

नमी की उपस्थिति आधार सामग्री के इन्सुलेट गुणों को महत्वपूर्ण रूप से कम कर सकती है।

पानी की ध्रुवीयता

कई सर्किट बोर्ड बेस सामग्री, विशेष रूप से जिनमें सेलूलोज़ या कुछ प्रकार के रेजिन होते हैं, पर्यावरण से नमी को अवशोषित कर सकते हैं। पानी के अणु, ध्रुवीय होने के कारण, आयनों को पेश कर सकते हैं और सामग्री की चालकता को बढ़ा सकते हैं, जिससे इसका प्रतिरोध कम हो जाता है। यह प्रभाव विशेष रूप से उच्च नमी अवशोषण दर वाली सामग्री में स्पष्ट होता है।

सामग्री संवेदनशीलता

विभिन्न सामग्रियों में नमी के प्रति संवेदनशीलता की अलग-अलग डिग्री होती है। नमी अवशोषण दर सामग्री की संरचना और पर्यावरणीय परिस्थितियों (नमी, तापमान) के आधार पर भिन्न होती है। PTFE और LCP जैसी सामग्रियों में नमी अवशोषण दर बहुत कम होती है, जिससे वे अपने विद्युत गुणों पर नमी के नकारात्मक प्रभावों के प्रति अधिक प्रतिरोधी बन जाती हैं।

आवृत्ति: उच्च-आवृत्ति चुनौती

सर्किट से गुजरने वाले विद्युत संकेतों की आवृत्ति भी प्रभावी प्रतिरोध को प्रभावित कर सकती है।

परावैद्युत हानि

उच्च आवृत्तियों पर, एक परावैद्युत सामग्री का प्रभावी प्रतिरोध परावैद्युत हानि से प्रभावित हो सकता है।

ऊर्जा अपव्यय

परावैद्युत हानि इस बात का माप है कि सामग्री पर एक प्रत्यावर्ती विद्युत क्षेत्र लागू होने पर कितनी ऊर्जा गर्मी के रूप में क्षय होती है। यह ऊर्जा हानि प्रभावी प्रतिरोध में कमी के रूप में प्रकट हो सकती है और सिग्नल क्षीणन का कारण बन सकती है। हानि स्पर्शरेखा (या अपव्यय कारक) इस ऊर्जा हानि को मापता है।

उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन

कम परावैद्युत हानि वाली सामग्री उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। PTFE जैसी सामग्रियों को उनकी कम परावैद्युत हानि के कारण उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए पसंद किया जाता है, जिससे सिग्नल क्षरण कम होता है और सिग्नल अखंडता बनी रहती है।

विनिर्माण प्रक्रिया: सूक्ष्म बदलाव

सर्किट बोर्ड के निर्माण का तरीका प्रतिरोध में सूक्ष्म बदलाव ला सकता है।

क्योरिंग और लैमिनेशन

विनिर्माण प्रक्रिया में बदलाव, जैसे कि क्योरिंग तापमान और लैमिनेशन के दौरान दबाव, आधार सामग्री के घनत्व और एकरूपता को प्रभावित कर सकते हैं, जिससे प्रतिरोध में बदलाव हो सकता है। उदाहरण के लिए, अपर्याप्त क्योरिंग के परिणामस्वरूप कम क्रॉस-लिंक्ड पॉलिमर नेटवर्क हो सकता है, जिससे संभावित रूप से प्रतिरोधकता कम हो सकती है।

गुणवत्ता नियंत्रण

विनिर्माण में लगातार गुणवत्ता सर्वोपरि है। उपयोग की जाने वाली कच्चे माल की गुणवत्ता और विनिर्माण प्रक्रिया की स्थिरता लगातार विद्युत गुणों को सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है। कच्चे माल की गुणवत्ता या विनिर्माण मापदंडों में बदलाव से प्रतिरोधकता में बैच-टू-बैच बदलाव हो सकते हैं।

ये कारक सामूहिक रूप से सर्किट बोर्ड आधार सामग्री के प्रतिरोध को निर्धारित करते हैं, और उनके प्रभाव को समझना एक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए सही सामग्री का चयन करने के लिए महत्वपूर्ण है। प्रत्येक कारक सर्किट बोर्ड के समग्र प्रदर्शन में भूमिका निभाता है, और उनकी अंतःक्रिया जटिल हो सकती है।

सर्किट बोर्ड आधार सामग्री के प्रतिरोध को मापना

सर्किट बोर्ड आधार सामग्री के प्रतिरोध को आमतौर पर दो मापदंडों द्वारा दर्शाया जाता है: आयतन प्रतिरोधकता और सतह प्रतिरोधकता। इन उच्च प्रतिरोधों के सटीक माप के लिए विशेष तकनीकों और पर्यावरणीय कारकों के सावधानीपूर्वक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। आइए जांच करें कि इनमें से प्रत्येक पैरामीटर को कैसे मापा जाता है:

आयतन प्रतिरोधकता: थोक के माध्यम से प्रतिरोध को मापना

यह सामग्री के थोक के माध्यम से वर्तमान प्रवाह के प्रतिरोध को मापता है। इसे सामग्री के एक इकाई घन के विपरीत चेहरों के बीच विद्युत प्रतिरोध के रूप में परिभाषित किया गया है और इसे ओम-मीटर (Ω·m) में व्यक्त किया गया है।

परीक्षण विधि

मानकीकृत विधियाँ लगातार और विश्वसनीय माप सुनिश्चित करती हैं। ASTM D257 आयतन प्रतिरोधकता को मापने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला मानक है। इसमें सामग्री के एक नमूने पर एक ज्ञात वोल्टेज लागू करना और परिणामी धारा को मापना शामिल है। फिर आयतन प्रतिरोधकता की गणना नमूने के आयामों और मापी गई धारा और वोल्टेज का उपयोग करके की जाती है। सतह रिसाव धाराओं के प्रभाव को कम करने के लिए अक्सर संरक्षित इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है, जो कृत्रिम रूप से मापी गई प्रतिरोधकता को कम कर सकते हैं।

महत्व

आयतन प्रतिरोधकता सामग्री की अंतर्निहित इन्सुलेट क्षमता का माप प्रदान करती है। आयतन प्रतिरोधकता आधार सामग्री की समग्र इन्सुलेशन गुणवत्ता और बहुपरत पीसीबी में प्रवाहकीय परतों के बीच रिसाव धाराओं को रोकने की क्षमता का आकलन करने के लिए महत्वपूर्ण है। शॉर्ट सर्किट को रोकने और उचित सर्किट संचालन सुनिश्चित करने के लिए उच्च आयतन प्रतिरोधकता आवश्यक है।

सतह प्रतिरोधकता: सतह के साथ प्रतिरोध को मापना

यह सामग्री की सतह के साथ वर्तमान प्रवाह के प्रतिरोध को मापता है। इसे सामग्री की एक ही सतह पर दो इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत प्रतिरोध के रूप में परिभाषित किया गया है, जो एक वर्ग के विपरीत किनारों का निर्माण करते हैं। इसे ओम प्रति वर्ग (Ω/sq) में व्यक्त किया जाता है।

परीक्षण विधि

आयतन प्रतिरोधकता के समान, सतह प्रतिरोधकता को मानकीकृत प्रक्रियाओं का उपयोग करके मापा जाता है। ASTM D257 में सतह प्रतिरोधकता का माप भी शामिल है। इसमें आमतौर पर आयतन चालन के प्रभाव को कम करने के लिए एक संरक्षित रिंग इलेक्ट्रोड कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करना शामिल होता है। संपर्क प्रतिरोध को कम करने के लिए सावधानीपूर्वक नमूना तैयार करना और प्रवाहकीय पेस्ट का उपयोग करना आवश्यक हो सकता है, जो माप में त्रुटियां पेश कर सकता है।

महत्व

सतह प्रतिरोधकता उन अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है जहां सतह की स्थिति प्रदर्शन को प्रभावित कर सकती है। सतह प्रतिरोधकता विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है जहां सतह संदूषण या नमी अवशोषण सर्किट के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है। यह इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ESD) क्षति के जोखिम का आकलन करने के लिए भी प्रासंगिक है, क्योंकि उच्च सतह प्रतिरोधकता स्थिर चार्ज बिल्डअप का कारण बन सकती है।

सर्किट बोर्ड आधार सामग्री के प्रतिरोध को सटीक रूप से चिह्नित करने और विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उनकी उपयुक्तता सुनिश्चित करने के लिए उचित माप तकनीकें आवश्यक हैं। ये माप सर्किट डिजाइनरों के लिए महत्वपूर्ण डेटा प्रदान करते हैं, जिससे वे अपनी विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त विद्युत गुणों वाली सामग्री का चयन कर सकते हैं।

सर्किट बोर्ड बेस में उच्च प्रतिरोध बनाम कम प्रतिरोध

उच्च प्रतिरोध की आमतौर पर आवश्यकता क्यों होती है

इन्सुलेशन

सर्किट बोर्ड बेस का प्राथमिक कार्य प्रवाहकीय ट्रेस और घटकों के बीच विद्युत इन्सुलेशन प्रदान करना है। उच्च प्रतिरोध यह सुनिश्चित करता है कि करंट केवल इच्छित पथों के साथ बहता है, जिससे शॉर्ट सर्किट और सिग्नल हस्तक्षेप को रोका जा सके। कम प्रतिरोध से ट्रेस के बीच करंट का रिसाव होगा, जिससे सिग्नल विकृति, क्रॉसस्टॉक और संभावित रूप से डिवाइस विफलता हो सकती है।

सिग्नल अखंडता

सिग्नल अखंडता बनाए रखना महत्वपूर्ण है, खासकर उच्च गति वाले सर्किट में। उच्च गति वाले डिजिटल सर्किट में, बेस सामग्री में कम प्रतिरोध से प्रतिबाधा बेमेल, सिग्नल प्रतिबिंब, क्रॉसस्टॉक और क्षीणन हो सकता है, जिससे सिग्नल की गुणवत्ता कम हो जाती है। उच्च प्रतिरोध ट्रांसमिशन लाइनों की विशेषता प्रतिबाधा को बनाए रखने में मदद करता है और सिग्नल विकृति को कम करता है।

बिजली दक्षता

उच्च प्रतिरोध बिजली दक्षता में योगदान देता है। कम प्रतिरोध के कारण रिसाव धाराएं बिजली की हानि और गर्मी उत्पादन में वृद्धि कर सकती हैं, जिससे सर्किट की दक्षता कम हो जाती है। उच्च प्रतिरोधकता ढांकता हुआ नुकसान को कम करता है और बिजली दक्षता में सुधार करता है, खासकर उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में।

परिदृश्य जहां कम प्रतिरोध स्वीकार्य या पसंदीदा हो सकता है

जबकि उच्च प्रतिरोध की आमतौर पर आवश्यकता होती है, ऐसी विशिष्ट स्थितियां हैं जहां थोड़ा कम प्रतिरोध स्वीकार्य या यहां तक कि पसंदीदा भी हो सकता है।

ग्राउंड प्लेन

कुछ मामलों में, बेस सामग्री में थोड़ा कम प्रतिरोध ग्राउंड प्लेन के लिए स्वीकार्य हो सकता है, जब तक कि यह बोर्ड के समग्र इन्सुलेशन से समझौता न करे। हालांकि, इसे सावधानीपूर्वक प्रबंधित किया जाता है और यह बेस सामग्री की सामान्य विशेषता नहीं है। ग्राउंड प्लेन का प्राथमिक कार्य संकेतों के लिए कम-प्रतिबाधा वापसी पथ प्रदान करना है, और थोड़ा कम प्रतिरोध कभी-कभी इस संबंध में फायदेमंद हो सकता है।

विशेष अनुप्रयोग

कुछ विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए चालकता के नियंत्रित स्तर की आवश्यकता हो सकती है। ऐसे विशिष्ट अनुप्रयोग हो सकते हैं जहां बेस सामग्री में चालकता का नियंत्रित स्तर वांछित है, जैसे कि कुछ प्रकार के सेंसर या उच्च-वोल्टेज सर्किट में। हालांकि, ये सामान्य नियम के बजाय अपवाद हैं और इसके लिए विशेष सामग्री और डिजाइनों की आवश्यकता होती है।

अनुप्रयोग जहां प्रतिरोध महत्वपूर्ण है

कुछ अनुप्रयोग बेस सामग्री के प्रतिरोध पर कड़ी मांग रखते हैं।

उच्च आवृत्ति सर्किट

आरएफ और माइक्रोवेव सर्किट में, बेस सामग्री का ढांकता हुआ नुकसान, जो इसके प्रतिरोध से संबंधित है, एक महत्वपूर्ण कारक बन जाता है। उच्च आवृत्तियों पर सिग्नल क्षीणन को कम करने और सिग्नल अखंडता को बनाए रखने के लिए पीटीएफई जैसी कम-हानि वाली सामग्री आवश्यक है।

उच्च-वोल्टेज सर्किट

उच्च वोल्टेज पर काम करने वाले सर्किट में, ढांकता हुआ टूटने को रोकने और सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करने के लिए बेस सामग्री का प्रतिरोध पर्याप्त रूप से अधिक होना चाहिए। ढांकता हुआ टूटने से सर्किट बोर्ड की भयावह विफलता हो सकती है।

संवेदनशील एनालॉग सर्किट

सटीक एनालॉग सर्किट में, कम बेस प्रतिरोध के कारण होने वाली छोटी रिसाव धाराएं भी शोर और ऑफसेट त्रुटियों को पेश कर सकती हैं, जिससे माप की सटीकता प्रभावित होती है। इन सर्किटों की सटीकता और स्थिरता बनाए रखने के लिए उच्च प्रतिरोध महत्वपूर्ण है।

सर्किट बोर्ड बेस का वांछित प्रतिरोध विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं पर निर्भर करता है, जिसमें उचित इन्सुलेशन और सिग्नल अखंडता सुनिश्चित करने के लिए अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए उच्च प्रतिरोध को आम तौर पर पसंद किया जाता है। सामग्री का चुनाव इन आवश्यकताओं पर निर्भर करता है, और विभिन्न सामग्री गुणों के बीच ट्रेड-ऑफ पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए।

अनुपयुक्त प्रतिरोध के परिणाम

बहुत कम प्रतिरोध के कारण होने वाली समस्याएं

सिग्नल रिसाव

करंट आसन्न ट्रेस के बीच या मल्टीलेयर पीसीबी में विभिन्न परतों के बीच लीक हो सकता है, जिससे सिग्नल विकृति और खराबी हो सकती है। यह रिसाव डेटा को दूषित कर सकता है और सर्किट को गलत तरीके से संचालित कर सकता है।

क्रॉसस्टॉक

एक ट्रेस से सिग्नल पड़ोसी ट्रेस में युग्मित हो सकते हैं, जिससे हस्तक्षेप और शोर हो सकता है, खासकर उच्च गति वाले सर्किट में समस्याग्रस्त। क्रॉसस्टॉक से डेटा त्रुटियां और सिग्नल अखंडता कम हो सकती है।

पावर लॉस

लीकेज करंट गर्मी के रूप में पावर को नष्ट कर सकते हैं, जिससे सर्किट की दक्षता कम हो जाती है और संभावित रूप से थर्मल समस्याएं हो सकती हैं, खासकर उच्च-पावर अनुप्रयोगों में। इससे समय से पहले घटक विफलता और सिस्टम की विश्वसनीयता कम हो सकती है।

शॉर्ट सर्किट

चरम मामलों में, बहुत कम प्रतिरोध से ट्रेस या घटकों के बीच शॉर्ट सर्किट हो सकता है, जिससे डिवाइस की भयावह विफलता हो सकती है। शॉर्ट सर्किट के परिणामस्वरूप अत्यधिक करंट प्रवाह हो सकता है, जिससे संभावित रूप से घटकों को नुकसान हो सकता है और सर्किट बोर्ड अनुपयोगी हो सकता है।

बहुत अधिक प्रतिरोध के कारण होने वाली समस्याएं

हालांकि कम आम है, अत्यधिक उच्च प्रतिरोध भी कुछ स्थितियों में समस्याग्रस्त हो सकता है।

स्थैतिक बिल्डअप

बहुत उच्च-प्रतिरोध सामग्री में, स्थैतिक चार्ज सतह पर जमा हो सकते हैं, जिससे संभावित रूप से संवेदनशील घटकों को इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ESD) क्षति हो सकती है। ESD घटनाएं इलेक्ट्रॉनिक घटकों को तत्काल या अव्यक्त क्षति पहुंचा सकती हैं।

ग्राउंडिंग में कठिनाइयाँ

अत्यधिक उच्च प्रतिरोध कुछ सर्किटों में उचित ग्राउंड कनेक्शन स्थापित करना मुश्किल बना सकता है, जिससे संभावित रूप से विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) और सिग्नल अखंडता के साथ समस्याएं हो सकती हैं।

इन समस्याओं से बचने और इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस के उचित कामकाज को सुनिश्चित करने के लिए सर्किट बोर्ड बेस के लिए उपयुक्त प्रतिरोध चुनना महत्वपूर्ण है। अनुचित प्रतिरोध के परिणाम मामूली प्रदर्शन गिरावट से लेकर पूरी डिवाइस विफलता तक हो सकते हैं। इन जोखिमों को कम करने के लिए सावधानीपूर्वक सामग्री चयन और डिजाइन आवश्यक है।

निष्कर्ष

एक सर्किट बोर्ड बेस सामग्री का विद्युत प्रतिरोध एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है जो इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। कम प्रतिरोध सर्किट बोर्ड बेस की अंतर्निहित संपत्ति नहीं है; बल्कि, उन्हें जानबूझकर उच्च प्रतिरोध के लिए डिज़ाइन किया गया है उचित इन्सुलेशन सुनिश्चित करने और अवांछित करंट प्रवाह को रोकने के लिए। इष्टतम प्रतिरोध मान विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं पर निर्भर करता है, विशेष रूप से उच्च-आवृत्ति, उच्च-वोल्टेज और संवेदनशील एनालॉग सर्किट में। सामग्री संरचना (आणविक संरचना और शुद्धता सहित), तापमान, नमी अवशोषण, आवृत्ति और विनिर्माण प्रक्रिया जैसे कारक सभी आधार सामग्री के प्रतिरोध को प्रभावित करते हैं।

FR-4, CEM-1, PTFE और पॉलीइमाइड जैसी आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा करते हुए विद्युत गुणों की एक श्रृंखला प्रदान करती है। LCP और थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट जैसी उभरती सामग्री सर्किट बोर्ड डिजाइन के लिए संभावनाओं का और विस्तार कर रही हैं, जो बेहतर प्रदर्शन और कार्यक्षमता प्रदान करती हैं। इन गुणों को समझना और उपयुक्त आधार सामग्री का चयन सफल सर्किट डिजाइन के लिए आवश्यक है, खासकर जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम की मांग बढ़ती जा रही है। नैनोमटेरियल्स, जैसे कार्बन नैनोट्यूब और ग्राफीन, और उन्नत विनिर्माण तकनीकों, जैसे 3D प्रिंटिंग, में चल रहे शोध से सर्किट बोर्ड गुणों को तैयार करने की हमारी क्षमता को और बढ़ाने का वादा किया गया है, जिससे भविष्य के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उच्च प्रदर्शन और बढ़ी हुई कार्यक्षमता का मार्ग प्रशस्त होगा। सर्किट बोर्ड बेस सामग्री के प्रतिरोध को सावधानीपूर्वक इंजीनियर करके, हम इलेक्ट्रॉनिक्स की सीमाओं को आगे बढ़ाना जारी रख सकते हैं, जिससे प्रदर्शन, लघुकरण और विश्वसनीयता के नए स्तर सक्षम हो सकते हैं।