FR-4 का विकास
2021-08-30
जब जीन रोडडेनबेरी ने संयुक्त राज्य अमेरिका के एक कोने में "स्टार ट्रेक" लिखा, तो इंजीनियरों का एक समूह एक कम खतरनाक परियोजना का अध्ययन कर रहा था, लेकिन इस परियोजना ने सफलता हासिल की और आज भी पीसीबी उद्योग की शब्दावली को प्रभावित करना जारी रखा है।
इंजीनियर नेशनल इलेक्ट्रिकल मैन्युफैक्चरर्स एसोसिएशन का आयोजन करता है, जिसे NEMA कहा जाता है। पीसीबी उद्योग में, एसोसिएशन का प्रतिनिधि "एल1" तकनीकी विनिर्देश है। "स्टार ट्रेक" मनुष्यों के लिए "फोटॉन मछली" और "डबल-लिथियम मिश्र धातु" और "वक्र इंजन" जैसे शब्द जोड़ता है, और NEMA G-10 बनाता है, FR-4 शीट और FR-5, और पीसीबी उद्योग के लिए अन्य शर्तें। "एफआर" को "फ्लेम रिटार्डेंट" सामग्री के रूप में जाना जाता है, जिसे लाल निर्माता के लोगो के साथ चिह्नित किया जाएगा। उस समय, पीसीबी का उत्पादन करने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री केवल कागज संवर्धित सामग्री थी। 1960 के दशक की शुरुआत से, ग्लास में परिवर्तन ने पीसीबी सामग्री को बढ़ाया, और एनईएमए ने इस प्रक्रिया में प्रासंगिक अवधारणाओं को फिर से परिभाषित किया और उद्योग-विशिष्ट शब्दावली बन गई।
पीसीबी सब्सट्रेट के विकास से अनिवार्य रूप से प्रदर्शन वर्गीकरण में बदलाव आएगा। NEMA को सामग्री के अनुसार मूल रासायनिक संरचना के भौतिक गुणों के अनुसार वर्गीकृत किया गया है। उदाहरण के लिए, उद्योग ने ग्लास रूपांतरण तापमान (टीजी) के अनुसार वर्गीकृत किया है, आम तौर पर "मानक" "मध्यम" और "उच्च" टीजी सब्सट्रेट का उपयोग करता है, इसलिए कई पीसीबी डिजाइनर और उपयोगकर्ता मानते हैं कि टीजी मूल्य और सब्सट्रेट का गर्मी प्रतिरोध सीधे संबंध हैं, और वे उच्च ताप मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए "उच्च टीजी" उत्पाद निर्दिष्ट करेंगे। मैंने उस कहावत के बारे में सोचा जो स्पॉक ने कहा है - "अपर्याप्त तथ्य हमेशा खतरे में होते हैं।
टीजी मान केवल राल रासायनिक संरचना में चरण परिवर्तन है, और बहुलक की स्वतंत्रता की घूर्णन डिग्री को बढ़ाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा (तापमान) प्राप्त की जाती है, ताकि यह कांच की स्थिति से रबर की स्थिति में बदल जाए। यदि आप ऊर्जा लागू करना जारी रखते हैं, तो अगला संक्रमण टीएम या पिघलने वाला तापमान है। थर्मोसेटिंग प्लास्टिक ने अप्रत्याशित रूप से अपील की है। सैद्धांतिक रूप से टीएम है, लेकिन थर्मोसेटिंग राल थर्मल अपघटन तापमान टीडी से अधिक है, जिससे थर्मोसेट सामग्री टीएम तक कभी नहीं पहुंच पाएगी, अर्थात, टीएम तक पहुंचने से पहले, थर्मोसेट राल कार्बन और प्रत्येक में विघटित हो गया है। गैस. टीजी और टीडी का कोई सीधा संबंध नहीं है।
थर्मल प्रदर्शन को निर्धारित करने के लिए, टर्मिनल एप्लिकेशन से जुड़े सभी गुणों पर विचार करने के लिए सामग्री को पूरी तरह से बदलने की आवश्यकता है, और इसका मतलब है कि वर्गीकरण में बदलाव होगा। केवल "उच्च टीजी" सब्सट्रेट पर्याप्त नहीं है, बल्कि आवेदन के अनुसार संबंधित प्रदर्शन को भी निर्दिष्ट करता है, जिसमें टीजी, टीएम, पदानुक्रमित समय, जेड-अक्ष थर्मल विस्तार गुणांक, और थर्मल चालकता शामिल है जो सब्सट्रेट पर लागू होने वाले सब्सट्रेट को पूरी तरह से चिह्नित करता है। प्राप्तकर्ता प्रबंधन.
"स्टार ट्रेक" से, हम धीरे-धीरे पल्स पावर का उपयोग नहीं करेंगे। यह थोड़ा गलत है. हमारे कॉलेज में ग्रेजुएशन के बाद पहली नौकरी एक शोध प्रयोगशाला में होती है। उस समय, कार्य सामग्री में "विरूपण गति" के लिए एक स्थानिक पल्स इंजन शामिल था। मैं निश्चित रूप से कहता हूं कि लोग सिग्नल और डेटा की ट्रांसमिशन दर में वृद्धि जारी रखते हैं। जेम्स मोंटगोमरी स्कॉट (स्कॉटी) की एक प्रसिद्ध कहावत है - "मैं भौतिक कानून को नहीं बदल सकता"। जैसा कि हम देखते हैं, उन्होंने जो कहा वह सही है, लेकिन हम वास्तव में भौतिक कानून का पता लगा सकते हैं।
1960 के दशक में पीसीबी बहुत सरल था। उस समय, संदर्भ आवृत्ति 1 मेगाहर्ट्ज थी, और सर्किट मुख्य रूप से एनालॉग डिवाइस से बना था, और शायद ही कभी एक वर्ग तरंग की आवश्यकता होती थी जिससे सैद्धांतिक बैंडविड्थ अनंत हो जाता था। पिछली उच्च आवृत्ति रेंज को दो बैंडविड्थ में विभाजित किया जा सकता है-एफआर -4 का उपयोग बैंडविड्थ के साथ किया जा सकता है और इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। यदि आप ऐसे मामले का सामना करते हैं जहां FR-4 का उपयोग नहीं किया जा सकता है, तो अधिकांश डिज़ाइनर केवल चुनौतियों का चयन कर सकते हैं - अद्वितीय चयन PTFE का उपयोग करके, लेकिन एक बार PTFE का उपयोग करने के बाद, लागत महंगी होती है और आपूर्ति सीमित होती है।
जब जेम्स टी. किर्क के कप्तान ज़ियाओलिन पिल के सिमुलेशन प्रशिक्षण में क्लिंडोंग से मिले, तो उन्हें एक ऐसी स्थिति का सामना करना पड़ा जो चुनौती देने वाली थी, और उन्होंने अंततः धोखाधड़ी को चुना। आज के सर्किट डिजाइनर वास्तव में भाग्यशाली हैं, उन्हें धोखा देने की ज़रूरत नहीं है, क्योंकि FR-4 और PTFE के प्रदर्शन और लागत के बीच के रिक्त स्थान को सब्सट्रेट सामग्रियों की कई नई श्रृंखलाओं द्वारा भर दिया गया है, इन सामग्रियों का उच्च आवृत्ति और उच्च गति सर्किट पर अलग-अलग प्रदर्शन होता है। . . सामग्रियों की एक नई पीढ़ी डिजाइनर को सब्सट्रेट चुनने के लिए अधिक लचीला बनाती है, इसलिए नहीं कि समग्र प्रदर्शन या उच्च लागत के समग्र प्रदर्शन को पूरा करना आवश्यक है।
FR-4 ने अपने आप में बहुत बड़ी प्रगति की है। प्रारंभ में, FR-4 का केवल एक ही स्तर था, और आज के FR-4 में विभिन्न प्रकृति और रासायनिक संरचना शामिल है। हाल की FR-4 सामग्रियों को भी FR-4.0 और FR-4.1 (ब्रोमिनेटेड फ्लेम रिटार्डेंट्स और ब्रोमीन-ब्रीप्ड फ्लेम रिटार्डेंट्स के अनुरूप) में विभाजित किया गया था, क्योंकि लोगों को एहसास हुआ कि सभी FR-4 सामग्रियां समान थीं, और एक प्रकार द्वारा प्राप्त प्रभाव अब अन्य वेरिएंट का प्रतिनिधित्व नहीं कर रहा है. "जिम, यह FR-4 है, लेकिन FR-4 जिसे हम जानते हैं!"
हाल के वर्षों में पीसीबी उद्योग में भारी बदलावों के बावजूद, मुझे उम्मीद है कि आप भी मेरी तरह सक्रिय रूप से भविष्य के भौतिक समाधान ढूंढेंगे और विकसित करेंगे। मुझे आशा है कि हम इस यात्रा में असामयिक स्थिति में नहीं पहुंचेंगे, समृद्ध रहेंगे।
