অ্যালুমিনিয়াম বেস পিসিবি বনাম FR4: কখন মেটাল-কোর প্রযুক্তি বেছে নেবেন

মুদ্রিত সার্কিট বোর্ডের জগতে, দুটি প্রযুক্তি আধিপত্য বিস্তার করেঃ ঐতিহ্যবাহী FR4 PCBs এবং অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক (ধাতব-কোর) PCBs। যদিও FR4 দীর্ঘদিন ধরে ইলেকট্রনিক্সের ওয়ার্কহর্স হয়েছে,অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি (এমসিপিসিবি) উচ্চ-শক্তির জন্য সমালোচনামূলক সমাধান হিসাবে আবির্ভূত হয়েছেএর মধ্যে নির্বাচন শুধুমাত্র খরচ সম্পর্কে নয় এটি শেষ ডিভাইসের চাহিদার সাথে PCB মেলে। LED আলো থেকে অটোমোবাইল ইনভার্টার পর্যন্ত,ভুল স্তর নির্বাচন করে অতিরিক্ত গরম হতে পারেএই প্রযুক্তিগুলি কিভাবে তুলনা করে এবং কখন অন্যটির চেয়ে একটি বেছে নেবে তার বিস্তারিত বিশ্লেষণ এখানে দেওয়া হল।

মূল তথ্য
অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবিগুলি তাপীয় পরিচালনায় শ্রেষ্ঠত্ব অর্জন করে, এটি FR4 এর তুলনায় 3 ̊10x দ্রুত তাপ ছড়িয়ে দেয়, এটি উচ্চ-শক্তির উপাদানগুলির জন্য আদর্শ (10W+) ।
b.FR4 কম পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশন (≤5W) এবং সাধারণ ইলেকট্রনিক্সের জন্য আরও ভাল উপলব্ধতা এবং কম উত্পাদন ব্যয়ের সাথে ব্যয়-কার্যকর।
c.অ্যালুমিনিয়াম পিসিবি উচ্চ ক্ষমতাসম্পন্ন সিস্টেমে উপাদানগুলির তাপমাত্রা 20 ̊50 °C হ্রাস করে, FR4 এর তুলনায় 2 ̊3x দ্বারা জীবনকাল বাড়ায়।
d.পছন্দ শক্তি ঘনত্ব, অপারেটিং পরিবেশ (তাপমাত্রা / কম্পন) এবং খরচ সীমাবদ্ধতা উপর নির্ভর করেঃ তাপ-স্ট্রেস ডিভাইসের জন্য অ্যালুমিনিয়াম, কম শক্তি, বাজেট সংবেদনশীল প্রকল্পের জন্য FR4।

অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি এবং এফআর 4 পিসিবি কী?

অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি (এমসিপিসিবি)
অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি (যাকে ধাতব-কোর পিসিবি বা এমসিপিসিবিও বলা হয়) একটি অ্যালুমিনিয়াম সাবস্ট্র্যাটের চারপাশে নির্মিত স্তরযুক্ত কাঠামোর বৈশিষ্ট্যযুক্তঃ
a. অ্যালুমিনিয়াম কোরঃ একটি পুরু (0.3 ∼3 মিমি) অ্যালুমিনিয়াম বেস যা একটি তাপ সিঙ্ক হিসাবে কাজ করে, উপাদানগুলি থেকে তাপ সরিয়ে দেয়।
b.Dielectric Layer: একটি পাতলা (25 ¢ 150μm) নিরোধক স্তর (সাধারণত ইপোক্সি বা পলিমাইড) যা বিদ্যুৎ ব্লক করার সময় তাপ পরিচালনা করে।
c. কপার সার্কিট স্তরঃ 1 ¢ 3 ওনস তামার ট্রেস বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা জন্য, dielectric স্তর আবদ্ধ।
এই নকশা তাপ পরিবাহিতা অগ্রাধিকার দেয়, যা অ্যালুমিনিয়াম পিসিবিগুলিকে ঐতিহ্যগত স্তরগুলির তুলনায় তাপ ছড়িয়ে দেওয়ার ক্ষেত্রে অনেক বেশি কার্যকর করে তোলে।

FR4 PCBs
FR4 হল একটি ফাইবারগ্লাস-বর্ধিত ইপোক্সি ল্যামিনেট, যা বিশ্বব্যাপী সবচেয়ে সাধারণ পিসিবি সাবস্ট্র্যাট। এর কাঠামোর মধ্যে রয়েছেঃ
a.FR4 কোরঃ একটি শক্ত গ্লাস ফাইবার-ইপোক্সি কম্পোজিট (0.4 ∼3.2 মিমি পুরু) যা যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা প্রদান করে।
b.Copper Layers: 1 ¢ 4oz তামা ট্রেস আঠালো দিয়ে কোর সংযুক্ত।
c. সোল্ডার মাস্কঃ একটি প্রতিরক্ষামূলক স্তর যা চিহ্নগুলি বিচ্ছিন্ন করে এবং শর্ট সার্কিট প্রতিরোধ করে।
FR4 এর কম খরচে, অনমনীয়তা এবং স্ট্যান্ডার্ড উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলির সাথে সামঞ্জস্যের জন্য মূল্যবান, তবে এটির দুর্বল তাপ পরিবাহিতা রয়েছে।

মাথা থেকে মাথা তুলনাঃ অ্যালুমিনিয়াম বেস বনাম FR4

কেন তাপ পরিবাহিতা গুরুত্বপূর্ণ?

তাপ পরিবাহিতা ঃ তাপ স্থানান্তর করার ক্ষমতা ঃ অ্যালুমিনিয়াম বেস এবং FR4 PCBs এর মধ্যে সংজ্ঞায়িত পার্থক্য। উচ্চ-ক্ষমতা উপাদানগুলির জন্য এই পার্থক্যটি গুরুত্বপূর্ণঃ
একটি FR4 PCB-তে মাউন্ট করা 50W LED সংযোগস্থলে 120°C পর্যন্ত পৌঁছতে পারে, যা জীবনকালকে 20,000 ঘন্টা পর্যন্ত কমিয়ে দেয়।
অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবির একই এলইডি ৭০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে থাকে, যা জীবনকাল বাড়িয়ে ৫০,০০০+ ঘন্টা করে।
অটোমোটিভ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, 100 কিলোওয়াট শক্তি উত্পাদনকারী একটি ইভি ইনভার্টার FR4 এ অতিরিক্ত গরম হবে, যা বন্ধ বা আগুনের ঝুঁকি সৃষ্টি করবে। অ্যালুমিনিয়াম PCBs এই তাপকে তাপ সিঙ্কগুলিতে পরিচালনা করে,নিরাপদ অপারেটিং রেঞ্জের মধ্যে উপাদানগুলি রাখা (≤100°C).

অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি কখন বেছে নেবেন
অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবিগুলি এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে উচ্চতর ব্যয়ের মূল্য যেখানে তাপ পরিচালনা সরাসরি কর্মক্ষমতা বা সুরক্ষা প্রভাবিত করেঃ

1. হাই-পাওয়ার এলইডি লাইটিং
এলইডি (বিশেষ করে উচ্চ উজ্জ্বলতার সংস্করণ) কেবলমাত্র 20~30% শক্তিকে আলোতে রূপান্তর করে, বাকিটি তাপে পরিণত হয়। অ্যালুমিনিয়াম PCB:
FR4 এর তুলনায় LED জংশন তাপমাত্রা 40 ̊60 °C হ্রাস করুন।
স্ট্রিট লাইট, স্টেডিয়াম ফিক্সচার এবং অটোমোবাইলের হেডলাইটগুলিতে এলইডি লাইফটাইম 20,000 ঘন্টা থেকে 50,000+ ঘন্টা পর্যন্ত বাড়ান।
বড় আকারের বাহ্যিক তাপ সিঙ্কগুলিকে বাদ দিয়ে ছোট, আরও কমপ্যাক্ট ডিজাইনগুলি সক্ষম করুন।

2অটোমোটিভ ইলেকট্রনিক্স
যানবাহনগুলি চরম তাপমাত্রা এবং কম্পন সহ্য করতে পারে এমন পিসিবি প্রয়োজনঃ
ইভি ইনভার্টার এবং মোটর কন্ট্রোলারঃ এই 600 ভি + সিস্টেমগুলি বিশাল তাপ উত্পাদন করে। অ্যালুমিনিয়াম পিসিবিগুলি আইজিবিটিগুলি (ইনসুলেটেড-গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর) 100 ডিগ্রি সেলসিয়াসের নীচে রাখে, তাপীয় পালা রোধ করে।
এডিএএস সেন্সরঃ স্বয়ংক্রিয় যানবাহনের রাডার এবং লিডার মডিউলগুলির সঠিক পাঠের জন্য স্থিতিশীল তাপমাত্রার প্রয়োজন। অ্যালুমিনিয়াম পিসিবি FR4 এর তুলনায় তাপীয় ড্রিফট 70% হ্রাস করে।
এলইডি হেডলাইটঃ হুডের নিচে তাপ (120°C+) এবং কম্পন সহ্য করে, রুক্ষ ভূখণ্ডে ধারাবাহিক কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করে।

3. শিল্প শক্তি সিস্টেম
মোটর ড্রাইভ, পাওয়ার সাপ্লাই এবং ওয়েল্ডিং কন্ট্রোলারের মতো কারখানার সরঞ্জামগুলি অ্যালুমিনিয়াম পিসিবি-তে নির্ভর করেঃ
অ্যালুমিনিয়াম পিসিবিতে 200 এ শিল্প নিয়ামক FR4 এর তুলনায় 30 °C শীতল চালায়, অতিরিক্ত উত্তাপের কারণে বন্ধের সময় 80% হ্রাস করে।
তাদের কম্পন প্রতিরোধের (20G শক সহনশীলতা) তাদের উত্পাদন উদ্ভিদের যন্ত্রপাতিগুলির জন্য আদর্শ করে তোলে।

4. পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি সিস্টেম
সৌর ইনভার্টার এবং বায়ু টারবাইন নিয়ামক উচ্চ স্রোত পরিচালনা করে, তাপ ব্যবস্থাপনা গুরুত্বপূর্ণ করে তোলেঃ
সৌর ইনভার্টারগুলিতে অ্যালুমিনিয়াম পিসিবিগুলি উপাদানগুলিকে শীতল রাখার মাধ্যমে শক্তি রূপান্তর দক্ষতা ৩%% বৃদ্ধি করে।
তারা FR4 এর বিপরীতে, যা চরম ঠান্ডায় অবনমিত হয়, কর্মক্ষমতা হ্রাস ছাড়াই বাইরের তাপমাত্রা (-40 °C থেকে 85 °C) এর ঝাঁকুনি সহ্য করে।

কখন FR4 PCBs এর সাথে স্টিক করবেন
FR4 অ্যাপ্লিকেশন যেখানে তাপ এবং শক্তি ন্যূনতম বা খরচ প্রধান ড্রাইভার হয় ভাল পছন্দ রয়ে যায়ঃ

1কম শক্তির কনজিউমার ইলেকট্রনিক্স
ক্ষুদ্র উপাদান এবং কম তাপ উৎপাদন সহ ডিভাইসগুলি FR4 এ উন্নতি করেঃ
স্মার্টফোন এবং ট্যাবলেট: প্রসেসর এবং সেন্সর <5W খরচ করে, খুব কম তাপ উৎপন্ন করে। FR4 এর অনমনীয়তা সূক্ষ্ম উপাদান রক্ষা করে।
পোশাকঃ স্মার্টওয়াচ এবং ফিটনেস ট্র্যাকারগুলি কম শক্তির চিপ (<2W) ব্যবহার করে যেখানে তাপ কোনও সমস্যা নয়। FR4 এর কম ব্যয় ডিভাইসের দামকে প্রতিযোগিতামূলক রাখে।
হোম অ্যাপ্লায়েন্সঃ মাইক্রোওয়েভ কন্ট্রোল প্যানেল এবং টিভি সার্কিট বোর্ড <10W এ কাজ করে, FR4 এর তাপ সীমাবদ্ধতা অপ্রাসঙ্গিক করে তোলে।

2. নিম্ন-ভোল্টেজ সেন্সর ও কন্ট্রোল
সেন্সর এবং নিম্ন ভোল্টেজ সিস্টেম FR4 এর তাপীয় সীমা চাপ নাঃ
তাপমাত্রা / আর্দ্রতা সেন্সরঃ <1W খরচ, FR4 উপর অতিরিক্ত গরম হওয়ার ঝুঁকি ছাড়া।
বিল্ডিং অটোমেশনঃ থার্মোস্ট্যাট এবং আলোর নিয়ন্ত্রণগুলি 5V12V এ কাজ করে, FR4 এর ব্যয় সুবিধা বড় আকারের ইনস্টলেশনের জন্য সমালোচনামূলক করে তোলে।

3. উচ্চ-ভলিউম, ব্যয়-সংবেদনশীল উৎপাদন
১০০,০০০+ ইউনিট উৎপাদনকারী নির্মাতাদের জন্য, FR4 এর কম খরচের যোগফলঃ
FR4 PCB এর সাথে একটি স্মার্ট স্পিকার খরচ
অ্যালুমিনিয়াম-ভিত্তিক পিসিবি-র চেয়ে ২% কম ইউনিট। এক মিলিয়ন ইউনিটের জন্য, এটি সঞ্চয় করে
২.৩ মিলিয়ন।
FR4 এর বিস্তৃত প্রাপ্যতা এবং পরিপক্ক উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলি অ্যালুমিনিয়াম PCB এর তুলনায় 1 ~ 2 সপ্তাহের সীসা সময় হ্রাস করে।

বাস্তব জগতে পারফরম্যান্সঃ কেস স্টাডিজ

1LED স্ট্রিট লাইট রিট্রোফট
একটি শহর FR4 ভিত্তিক LED স্ট্রিট লাইটকে অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক সংস্করণে প্রতিস্থাপন করেছেঃ
ফলাফলঃ LED জংশনের তাপমাত্রা 110°C থেকে 75°C এ নেমে এসেছে।
প্রভাবঃ জীবনকাল ৩ বছর থেকে ৭ বছরে বেড়েছে, যার ফলে রক্ষণাবেক্ষণের খরচ ৬০% কমেছে।

2ইভি ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম
একটি গাড়ি নির্মাতা FR4 থেকে BMS মডিউলে অ্যালুমিনিয়াম PCB-তে স্যুইচ করেছে:
ফলাফলঃ উষ্ণতার সাথে সম্পর্কিত ব্যর্থতা চরম তাপমাত্রা পরীক্ষায় 70% হ্রাস পেয়েছে (-40 °C থেকে 85 °C) ।
প্রভাবঃ ব্যাটারি প্যাকের জীবনকাল ২ বছর বাড়ানো হয়েছে, যা ভোক্তাদের আস্থা বাড়িয়ে তুলছে।

3. ভোক্তা রাউটার উৎপাদন
একটি টেক কোম্পানি তার কম শক্তির রাউটারগুলির জন্য FR4 বেছে নিয়েছে:
ফলাফলঃ কোন পারফরম্যান্স সমস্যা নেই (রাউটার সর্বোচ্চ 8W খরচ করে) ।
প্রভাবঃ ১ মিলিয়ন ইউনিট চালানোর সময় ০.৭৫ ডলার প্রতি ইউনিট, মোট ৭৫০,০০০ ডলার সাশ্রয় হয়েছে।

বেছে নেওয়ার সময় বিবেচনা করার মূল বিষয়গুলো
অ্যালুমিনিয়াম বেস এবং FR4 PCB এর মধ্যে নির্বাচন তিনটি প্রশ্নের উপর নির্ভর করেঃ

1পাওয়ার ডেনসিটি কত?
উচ্চ শক্তি (> 10W): অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবিগুলি অতিরিক্ত গরম হওয়া রোধ করে।
নিম্ন শক্তি (<5W): FR4 যথেষ্ট এবং সস্তা।

2অপারেটিং পরিবেশ কি?
চরম তাপমাত্রা / কম্পনঃ অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি কঠোর অবস্থার প্রতিরোধ করে।
নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে (20°C-30°C): FR4 ভাল কাজ করে এবং খরচ সাশ্রয় করে।

3বাজেট আর ভলিউম কত?
কম ভলিউম/উচ্চ নির্ভরযোগ্যতাঃ অ্যালুমিনিয়াম বেস উচ্চতর ব্যয়কে ন্যায়সঙ্গত করে।
উচ্চ ভলিউম/নিম্ন খরচঃ FR4 এর স্কেল ইকোনমি জয়।

সাধারণ ভুল ধারণা
1মিথঃ অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি সবসময় স্থায়িত্বের জন্য ভাল।
সত্যঃ FR4 এর অনমনীয়তা এটি ভোক্তা ডিভাইসে শারীরিক প্রভাব (যেমন, ড্রপ) এর প্রতিরোধী করে তোলে।
2মিথঃ FR4 কোনো তাপ সহ্য করতে পারে না।
সত্যঃ FR4 কম শক্তি ডিভাইসের জন্য কাজ করে; শুধুমাত্র উচ্চ শক্তি অ্যাপ্লিকেশন অ্যালুমিনিয়াম প্রয়োজন।
3মিথঃ অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবিগুলি ছোট প্রকল্পগুলির জন্য খুব ব্যয়বহুল।
সত্যঃ প্রোটোটাইপ বা কম ভলিউমের উচ্চ-শক্তির ডিজাইনের জন্য (উদাহরণস্বরূপ, 100 ইউনিট), পারফরম্যান্সের সুবিধাগুলি ব্যয়ের চেয়ে বেশি।

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্ন
প্রশ্নঃ অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি সব অ্যাপ্লিকেশনে FR4 প্রতিস্থাপন করতে পারে?
উত্তরঃ না। কম শক্তি, ব্যয় সংবেদনশীল ডিজাইনের জন্য, FR4 আরও ব্যবহারিক। অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবিগুলি কেবল তখনই প্রয়োজনীয় যখন তাপ একটি সমালোচনামূলক কারণ।

প্রশ্নঃ অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবিগুলি স্ট্যান্ডার্ড উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ?
উঃ হ্যাঁ। তারা FR4 এর মতো একই ইটচিং, ড্রিলিং এবং সোল্ডারিং সরঞ্জাম ব্যবহার করে, যদিও কিছু দোকান ধাতব কোর পরিচালনার জন্য একটি প্রিমিয়াম চার্জ করে।

প্রশ্ন: FR4 PCB এর সর্বোচ্চ শক্তি কত?
উত্তরঃ FR4 তাপ সিঙ্ক যোগ করা হলে 10W পর্যন্ত উপাদানগুলির জন্য কাজ করে। এর বাইরে, অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক PCB গরম হওয়া এড়াতে সুপারিশ করা হয়।

প্রশ্নঃ অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবিগুলির জন্য কি বিশেষ নকশা বিবেচনা প্রয়োজন?
উত্তরঃ হ্যাঁ। তাদের তাপ পরিবাহিতা মানে ছাপগুলি আরও সংকীর্ণ হতে পারে (যেহেতু তাপ আরও ভালভাবে ছড়িয়ে পড়ে), এবং তারা চরম শক্তির জন্য তাপ সিঙ্কগুলির সাথে ভালভাবে জুটিবদ্ধ হয়।

প্রশ্ন: অ্যালুমিনিয়াম বেস এবং FR4 এর মধ্যে কি মধ্যম পথ আছে?
উত্তরঃ হ্যাঁ, তামা ভিত্তিক পিসিবিগুলি অ্যালুমিনিয়ামের চেয়ে ভাল তাপ পরিবাহিতা প্রদান করে (20 ′′ 30 W / m · K) তবে 2 ′′ 3x বেশি খরচ করে, এয়ারস্পেস বা সামরিক অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য তাদের উপযুক্ত করে তোলে।

উপসংহার
অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবি এবং এফআর 4 ইলেকট্রনিক্সে স্বতন্ত্র ভূমিকা পালন করে। অ্যালুমিনিয়াম ভিত্তিক পিসিবিগুলি উচ্চ-শক্তি, তাপ-সংবেদনশীল, বা কঠোর পরিবেশের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য স্পষ্ট পছন্দ,যেখানে তাদের তাপ পরিবাহিতা এবং স্থায়িত্ব উচ্চতর খরচ যুক্তিযুক্ত. FR4 কম শক্তি, খরচ সংবেদনশীল, বা উচ্চ ভলিউম ডিজাইন জন্য অপরাজেয়, যেখানে তার সাশ্রয়ী মূল্যের এবং নির্ভরযোগ্যতা উজ্জ্বল। আপনার ডিভাইসের শক্তি চাহিদা এবং পরিবেশের সাথে PCB মেলে,আপনি কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করবে, খরচ কমানো এবং দীর্ঘমেয়াদী নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করা।