নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি: আধুনিক ইলেকট্রনিক্সে অ্যাপ্লিকেশন, চ্যালেঞ্জ এবং উদ্ভাবন

গ্রাহক-অনুমোদিত চিত্রাবলী 

নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি প্রকৌশলীদের ইলেকট্রনিক্স ডিজাইন করার পদ্ধতি পরিবর্তন করেছে, যা এমন ডিভাইস তৈরি করতে সক্ষম করেছে যা বাঁকতে পারে, ভাঁজ করতে পারে এবং এক সময়ের ধারণাতীত স্থানে ফিট করতে পারে। নমনীয় সাবস্ট্রেটগুলির অভিযোজনযোগ্যতা মাল্টিলেয়ার আর্কিটেকচারের জটিলতার সাথে একত্রিত করে, এই বোর্ডগুলি ছোট, হালকা আকারের ফর্ম ফ্যাক্টরে আরও কার্যকারিতা সরবরাহ করে— পরিধানযোগ্য, চিকিৎসা ডিভাইস এবং স্বয়ংচালিত সিস্টেমের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। তবুও তাদের অনন্য সুবিধাগুলি অনন্য চ্যালেঞ্জের সাথে আসে, যা উত্পাদন নির্ভুলতা থেকে শুরু করে উপাদান সীমাবদ্ধতা পর্যন্ত বিস্তৃত। এখানে নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি কীভাবে কাজ করে, তারা কোথায় শ্রেষ্ঠত্ব অর্জন করে এবং কীভাবে তাদের সবচেয়ে সাধারণ বাধাগুলি অতিক্রম করতে হয় সে সম্পর্কে বিস্তারিত আলোচনা করা হলো।

গুরুত্বপূর্ণ বিষয়সমূহ
  ১. নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি নমনীয় সাবস্ট্রেটগুলিতে (যেমন, পলিমাইড) ২–১২ স্তর পর্যন্ত তামার ট্রেস একত্রিত করে, যা একক-স্তর ফ্লেক্স পিসিবির চেয়ে ৪০% বেশি উপাদান ঘনত্ব সরবরাহ করে।
  ২. তারা ত্রিমাত্রিক কনফর্মেবিলিটি, কম্পন প্রতিরোধ এবং স্থান দক্ষতার প্রয়োজনীয় অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে উন্নতি লাভ করে— ভাঁজযোগ্য ফোন থেকে শুরু করে ইমপ্লান্টযোগ্য চিকিৎসা ডিভাইস পর্যন্ত।
  ৩. উত্পাদন চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে রয়েছে স্তর সারিবদ্ধকরণ (±৫μm সহনশীলতা), উপাদান সামঞ্জস্যতা এবং বারবার বাঁকানোর সময় নির্ভরযোগ্য আন্তঃসংযোগ নিশ্চিত করা।
   ৪. অনমনীয় পিসিবির তুলনায়, তারা তারের জোতা এবং সংযোগকারীগুলি বাদ দিয়ে জটিল সিস্টেমে সমাবেশ ত্রুটিগুলি ৩৫% হ্রাস করে।

নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি কী?

নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবিগুলি একাধিক স্তরে বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা বজায় রেখে বাঁকানো, মোচড়ানো বা ভাঁজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। তাদের কাঠামোর মধ্যে রয়েছে:
  ১. বেস সাবস্ট্রেট: পাতলা পলিমাইড (PI) বা পলিয়েস্টার (PET) ফিল্ম (২৫–১২৫μm পুরু) যা বারবার বাঁকানো সহ্য করে (১০,০০০+ চক্র)।
  ২. তামার স্তর: ১/৩–২oz তামার ট্রেস (২৫–৭০μm পুরু) যা সার্কিটে প্যাটার্ন করা হয়, যা ডাইইলেকট্রিক স্তর দ্বারা পৃথক করা হয়।
  ৩. আঠালো: পাতলা বন্ধনকারী এজেন্ট (প্রায়শই এক্রাইলিক বা ইপোক্সি) যা নমনীয়তার সাথে আপস না করে স্তরগুলিকে স্তরিত করে।
  ৪. কভারলেয়ার: প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম (পলিমাইড বা সোল্ডার মাস্ক) যা আর্দ্রতা, ঘর্ষণ এবং রাসায়নিক থেকে ট্রেসগুলিকে রক্ষা করে।

একক-স্তর ফ্লেক্স পিসিবির বিপরীতে, যা সাধারণ সার্কিটগুলি পরিচালনা করে, মাল্টিলেয়ার ডিজাইনগুলি জটিল ফাংশনগুলিকে সমর্থন করে: পাওয়ার বিতরণ, উচ্চ-গতির সংকেত এবং মিশ্র-সংকেত ইন্টিগ্রেশন—সবকিছুই একটি ফর্ম ফ্যাক্টরে যা একটি স্মার্টওয়াচের ভিতরে ফিট করে বা একটি রোবোটিক বাহুর চারপাশে মোড়ানো থাকে।

অন্যান্য পিসিবি প্রকারের সাথে নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবির তুলনা

গুরুত্বপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশন: যেখানে নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি উজ্জ্বল
নমনীয়তা এবং জটিলতার তাদের অনন্য মিশ্রণ এই পিসিবিগুলিকে চারটি প্রধান শিল্পে অপরিহার্য করে তোলে:

১. গ্রাহক ইলেকট্রনিক্স: ভাঁজযোগ্য উদ্ভাবন সক্ষম করা
ভাঁজযোগ্য স্মার্টফোন এবং ট্যাবলেটগুলি কব্জা, ডিসপ্লে এবং ব্যাটারি সংযোগের জন্য ৪–৬ স্তর নমনীয় পিসিবির উপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, Samsung-এর Galaxy Z Fold সিরিজ, ভাঁজের চারপাশে ৫জি সংকেত এবং পাওয়ার প্রেরণ করতে এবং ২০০,০০০+ ভাঁজ (৫ বছরের ব্যবহারের সমতুল্য) সহ্য করতে ২৫μm ট্রেস সহ একটি ৬-স্তর ফ্লেক্স পিসিবি ব্যবহার করে। এই পিসিবিগুলি:
  ক. ভারী সংযোগকারীগুলি দূর করে, ডিভাইসের পুরুত্ব ২০% হ্রাস করে।
  খ. ভাঁজ করা বিভাগগুলির মধ্যে উচ্চ-গতির ডেটা (ইউএসবি ৩.২, ১০জিবিপিএস) সমর্থন করে।
  গ. -২০°C থেকে ৬০°C তাপমাত্রা সহ্য করে (পকেট বা ব্যাগের পরিবেশের সাধারণ)।

২. চিকিৎসা ডিভাইস: সংকীর্ণ স্থানে নির্ভুলতা
পরিধানযোগ্য ইসিজি মনিটর থেকে শুরু করে এন্ডোস্কোপিক সরঞ্জাম পর্যন্ত, চিকিৎসা ডিভাইসগুলি বায়োকম্প্যাটিবিলিটি, ক্ষুদ্রাকরণ এবং নির্ভরযোগ্যতার দাবি করে। নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি সরবরাহ করে:
  ক. ইমপ্লান্টযোগ্য ডিভাইস: ৪-স্তর পলিমাইড পিসিবি (০.১ মিমি পুরু) পেসমেকার এবং নিউরোস্টিমুলেটরগুলিকে শক্তি দেয়, টিস্যু ক্ষতিগ্রস্ত না করে শরীরের নড়াচড়ার সাথে বাঁকানো হয়। তাদের বায়োকম্প্যাটিবল উপাদান (ইউএসপি ক্লাস VI) ১০+ বছর ধরে তরল শোষণ প্রতিরোধ করে।
  খ. ডায়াগনস্টিক সরঞ্জাম: আল্ট্রাসাউন্ড প্রোবগুলিতে ৬-স্তর ফ্লেক্স পিসিবিগুলি ক্যাবলের পরিমাণ ৫০% হ্রাস করে, যা ডাক্তারদের জন্য চালচলনযোগ্যতা উন্নত করে এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি (১০–২০MHz) ইমেজিংয়ে সংকেত অখণ্ডতা বজায় রাখে।

৩. স্বয়ংচালিত সিস্টেম: কঠোর পরিবেশে স্থায়িত্ব
আধুনিক গাড়িগুলি সংকীর্ণ, কম্পন প্রবণ এলাকায় নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি ব্যবহার করে:
  ক. ADAS সেন্সর: LiDAR মডিউলগুলিতে ৪-স্তর ফ্লেক্স পিসিবিগুলি ২০G কম্পন (অমসৃণ রাস্তা) এবং -৪০°C থেকে ১২৫°C তাপমাত্রা সহ্য করে, যা সব আবহাওয়ায় ধারাবাহিক কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করে।
  খ. অভ্যন্তরীণ ইলেকট্রনিক্স: ডোর প্যানেল এবং সিট সেন্সরগুলিতে ২–৪ স্তরের ডিজাইন তারের জোতা প্রতিস্থাপন করে, যা প্রতি গাড়িতে ৩ কেজি ওজন কমায় এবং সমাবেশ ত্রুটিগুলি ৩৫% হ্রাস করে।

৪. শিল্প ও মহাকাশ: শক্তিশালী নমনীয়তা
রোবোটিক্স এবং মহাকাশে, এই পিসিবিগুলি চরম পরিস্থিতিতে টিকে থাকে:
  ক. রোবোটিক বাহু: ৬-স্তর ফ্লেক্স পিসিবিগুলি শক্তিশালী তামা (২oz) গ্রিপারগুলিকে কন্ট্রোলারের সাথে সংযুক্ত করে, ট্রেস ক্লান্তি ছাড়াই ১০০,০০০+ বার বাঁকানো হয়।
  খ. স্যাটেলাইট সিস্টেম: ৮-স্তর পিসিবি পলিমাইড সাবস্ট্রেট (-২০০°C থেকে ২৬০°C সহনশীলতা) সহ মহাকাশে বিকিরণ এবং তাপীয় চক্র পরিচালনা করে, ৫জি স্যাটেলাইট যোগাযোগ সমর্থন করে।

উত্পাদন চ্যালেঞ্জ: নমনীয়তার জন্য প্রকৌশল
নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি তৈরি করতে ঐতিহ্যবাহী অনমনীয় বোর্ডের বাইরে নির্ভুলতার প্রয়োজন। প্রধান বাধাগুলির মধ্যে রয়েছে:

১. স্তর সারিবদ্ধকরণ
মাল্টিলেয়ার ডিজাইনগুলির জন্য স্তরগুলির মধ্যে টাইট রেজিস্ট্রেশন (সারিবদ্ধকরণ) প্রয়োজন—এমনকি ১০μm ভুল সারিবদ্ধকরণ শর্ট সার্কিট বা ট্রেস ভাঙতে পারে। নির্মাতারা ব্যবহার করেন:
  ক. লেজার সারিবদ্ধকরণ: প্রতিটি স্তরের ইনফ্রারেড মার্কার ল্যামিনেশনের সময় ±৫μm নির্ভুলতা নিশ্চিত করে।
  খ. সিকোয়েন্সিয়াল ল্যামিনেশন: এক সময়ে স্তর তৈরি করা (ব্যাট ল্যামিনেশনের বিপরীতে) ওয়ার্পেজ হ্রাস করে, যা ৮+ স্তরের ডিজাইনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
আইপিসি-এর একটি গবেষণায় দেখা গেছে যে দুর্বল সারিবদ্ধকরণ নমনীয় পিসিবি ব্যর্থতার ২৮% ঘটায়, যা এটিকে শীর্ষ উত্পাদন চ্যালেঞ্জ করে তোলে।

২. উপাদান সামঞ্জস্যতা
ফ্লেক্স পিসিবির সব উপাদান একসাথে ভালো কাজ করে না:
  ক. আঠালো বনাম নমনীয়তা: পুরু আঠালো বন্ধন উন্নত করে কিন্তু বোর্ডকে শক্ত করে; পাতলা আঠালো (২৫μm) নমনীয়তা বজায় রাখে তবে ডিল্যামিনেশনের ঝুঁকি থাকে।
  খ. তামার পুরুত্ব: পুরু তামা (২oz) কারেন্ট হ্যান্ডলিং উন্নত করে কিন্তু নমনীয়তা হ্রাস করে। বেশিরভাগ ডিজাইন শক্তি এবং নমনীয়তার ভারসাম্য রক্ষার জন্য ১/২–১oz তামা ব্যবহার করে।
  গ. তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা: পলিমাইড সাবস্ট্রেটগুলি ২৬০°C সোল্ডারিং সহ্য করে, তবে আঠালো ১৮০°C-এর উপরে অবনতি হতে পারে, যা পুনরায় কাজের বিকল্পগুলি সীমিত করে।

৩. ভায়া নির্ভরযোগ্যতা
নমনীয় পিসিবির স্তরগুলিকে সংযুক্ত করার জন্য বিশেষায়িত ভায়া প্রয়োজন:
  ক. মাইক্রোভিয়াস: ছোট-ব্যাসের ছিদ্র (৫০–১৫০μm) যা স্তরগুলির মাধ্যমে লেজার-ড্রিল করা হয়, বাঁকানোর সময় পরিবাহিতা বজায় রাখতে তামা দিয়ে প্লেট করা হয়।
  খ. স্ট্যাকড ভিয়াস: ওভারল্যাপিং মাইক্রোভিয়াস সহ ২+ স্তরগুলিকে সংযুক্ত করা, তবে ফাটল এড়াতে সুনির্দিষ্ট ড্রিলিং প্রয়োজন।
ভিয়াস ফ্লেক্স পিসিবির দুর্বলতম স্থান—ক্ষেত্র ব্যর্থতার ৩৫% পুনরাবৃত্ত বাঁক থেকে ভায়া ক্লান্তি পর্যন্ত চিহ্নিত করে। নির্মাতারা নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করতে “বাঁকানো সাইক্লিং” (১০x পুরুত্ব ব্যাসার্ধে ১০,০০০ চক্র) দিয়ে ভায়া অখণ্ডতা পরীক্ষা করে।

৪. খরচ ও মাপযোগ্যতা
নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি অনমনীয় পিসিবির চেয়ে ৩–৫ গুণ বেশি খরচ করে কারণ:
  ক. বিশেষায়িত উপকরণ (পলিমাইড FR-4-এর চেয়ে ২ গুণ বেশি দামি)।
  খ. শ্রম-নিবিড় ল্যামিনেশন এবং পরিদর্শন।
  গ. কম ফলন (৮৫% বনাম অনমনীয় পিসিবির জন্য ৯৫%) কঠোর মানের মানগুলির কারণে।
উচ্চ-ভলিউম অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য (যেমন, ১M+ ইউনিট), স্কেলের অর্থনীতিগুলি খরচ ২০–৩০% হ্রাস করে, তবে কম-ভলিউম প্রকল্পগুলি সম্পূর্ণ প্রিমিয়াম বহন করে।

নির্ভরযোগ্য নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবির জন্য ডিজাইন সেরা অনুশীলন
প্রকৌশলী এই ডিজাইন কৌশলগুলির সাথে চ্যালেঞ্জগুলি হ্রাস করতে পারেন:

১. বাঁক অঞ্চল অপটিমাইজ করুন
  বাঁক ব্যাসার্ধ: স্ট্যাটিক অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ১x পুরুত্বের চেয়ে বেশি বাঁকবেন না (যেমন, ১ মিমি বোর্ডের ১ মিমি ব্যাসার্ধ প্রয়োজন) বা ডায়নামিক বাঁকানোর জন্য ৫x পুরুত্ব (যেমন, রোবোটিক বাহু)।
  ট্রেস ওরিয়েন্টেশন: স্ট্রেস কমাতে বাঁক অক্ষের সমান্তরালে ট্রেস চালান—লম্ব ট্রেসগুলি ৫ গুণ দ্রুত ফাটল ধরে।
  স্টিফেনার: নন-বেন্ডিং এলাকায় (যেমন, সংযোগকারী মাউন্টিং পয়েন্ট) ফ্লেক্স-সম্পর্কিত ক্ষতি রোধ করতে অনমনীয় বিভাগ (FR-4 বা ধাতু) যুক্ত করুন।

২. উপাদান নির্বাচন
  সাবস্ট্রেট: পলিমাইড (PI) বেশিরভাগ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য স্ট্যান্ডার্ড (তাপমাত্রা পরিসীমা: -২০০°C থেকে ২৬০°C)। কম খরচের জন্য, পলিয়েস্টার (PET) -৪০°C থেকে ১২০°C পর্যন্ত কাজ করে (যেমন, গ্রাহক গ্যাজেট)।
  আঠালো: নমনীয়তার জন্য এক্রাইলিক আঠালো বা উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধের জন্য ইপোক্সি ব্যবহার করুন (১৮০°C পর্যন্ত)।
  কভারলেয়ার: সোল্ডার মাস্ক কভারলেয়ার (তরল বা শুকনো ফিল্ম) ট্রেসগুলিকে বাল্ক যোগ না করে রক্ষা করে, যা চিকিৎসা ইমপ্লান্টের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।

৩. সংকেত অখণ্ডতা
নমনীয় পিসিবির উচ্চ-গতির সংকেত (১০GHz+) অনন্য চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়:
  ইম্পিডেন্স কন্ট্রোল: ট্রেস প্রস্থ (৩–৫mil) এবং ডাইইলেকট্রিক পুরুত্ব (২–৪mil) সামঞ্জস্য করে ৫০Ω (একক-শেষ) বা ১০০Ω (ডিফারেনশিয়াল) বজায় রাখুন।
  ক্ষতি হ্রাস: ৫জি বা রাডার অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য কম-ক্ষতি ডাইইলেকট্রিক (যেমন, রজার্স RO3003) ব্যবহার করুন, যা স্ট্যান্ডার্ড পলিমাইডের তুলনায় সংকেত দুর্বলতা ৪০% হ্রাস করে।

৪. পরীক্ষা ও বৈধতা
  তাপীয় চক্র: বার্ধক্য অনুকরণ করতে -৪০°C থেকে ১২৫°C পর্যন্ত ১,০০০ চক্রে পরীক্ষা করুন।
  বাঁক পরীক্ষা: প্রতিটি চক্রের সাথে ওপেন/শর্ট পরীক্ষা করে ১০,০০০+ ডায়নামিক বাঁক দিয়ে যাচাই করুন।
  পরিবেশগত পরীক্ষা: আর্দ্রতা প্রতিরোধের নিশ্চিত করতে ১,০০০ ঘন্টার জন্য ৮৫°C/৮৫% RH-এ উন্মোচন করুন।

ভবিষ্যতের প্রবণতা: নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবির উদ্ভাবন
নির্মাতা এবং গবেষকরা সাফল্যের সাথে চ্যালেঞ্জগুলি মোকাবেলা করছেন:
  ক. আঠালোবিহীন ল্যামিনেশন: আঠালো ছাড়াই স্তরগুলিকে বন্ধন করা (সরাসরি তামা-থেকে-পলিমাইড বন্ধন ব্যবহার করে) নমনীয়তা এবং তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে।
  খ. 3D প্রিন্টিং: বাঁকা সাবস্ট্রেটগুলিতে পরিবাহী ট্রেস প্রিন্ট করা, আরও জটিল জ্যামিতি সক্ষম করে।
  গ. স্ব-নিরাময়যোগ্য উপকরণ: পরীক্ষামূলক পলিমার যা ডাইইলেকট্রিকের ছোট ফাটল মেরামত করে, আয়ু ২–৩ গুণ বাড়িয়ে তোলে।

সাধারণ জিজ্ঞাস্য
প্রশ্ন: নমনীয় পিসিবির জন্য সর্বাধিক স্তরের সংখ্যা কত?
উত্তর: বাণিজ্যিক নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি ১২ স্তরে শেষ হয়, যদিও মহাকাশ প্রকৌশলের প্রোটোটাইপগুলি ১৬ স্তর ব্যবহার করে। আরও স্তরগুলি দৃঢ়তা বাড়ায়, যা বাঁকানো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ব্যবহারিকতাকে সীমিত করে।
প্রশ্ন: নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি কি উচ্চ ক্ষমতা পরিচালনা করতে পারে?
উত্তর: মাঝারিভাবে। এগুলি কম-পাওয়ার ডিভাইসগুলির জন্য কাজ করে (পরিধানযোগ্য: ২০W), মেটাল-কোর ফ্লেক্স পিসিবি (MCPCBs) তাপ অপসারিত করতে অ্যালুমিনিয়াম স্তর যুক্ত করে।
প্রশ্ন: কঠোর পরিবেশে নমনীয় পিসিবি কত দিন স্থায়ী হয়?
উত্তর: সঠিক ডিজাইন সহ, শিল্প সেটিংসে ৫–১০ বছর (কম্পন, তাপমাত্রার পরিবর্তন) এবং স্থিতিশীল পরিবেশে ১০+ বছর (চিকিৎসা ইমপ্লান্ট, গ্রাহক ইলেকট্রনিক্স)।

উপসংহার
নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি ইলেকট্রনিক্স কী করতে পারে তা পুনরায় সংজ্ঞায়িত করছে—এমন ডিভাইস তৈরি করা যা আগের চেয়ে ছোট, হালকা এবং আরও সমন্বিত। সারিবদ্ধকরণ এবং ব্যয়ের মতো উত্পাদন চ্যালেঞ্জগুলি বিদ্যমান থাকলেও, উপাদান এবং প্রক্রিয়াগুলির উদ্ভাবন এই পিসিবিগুলিকে আরও বেশি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অ্যাক্সেসযোগ্য করে তুলছে। প্রকৌশলীদের জন্য, মূল বিষয় হল নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করতে ডিজাইন সেরা অনুশীলনগুলি ব্যবহার করে নমনীয়তাকে কার্যকারিতার সাথে ভারসাম্য বজায় রাখা। ভাঁজযোগ্য প্রযুক্তি, ইমপ্লান্টযোগ্য ডিভাইস এবং স্মার্ট যন্ত্রপাতির চাহিদা বাড়ার সাথে সাথে, নমনীয় মাল্টিলেয়ার পিসিবি ইলেকট্রনিক উদ্ভাবনের অগ্রভাগে থাকবে।