पीसीबी छेद के प्रकार: डिजाइनरों और इंजीनियरों के लिए एक संपूर्ण गाइड

1. पीसीबी छेद का परिचय

पीसीबी, या प्रिंटेड सर्किट बोर्ड, सर्किट निर्माण के लिए एक अत्यंत महत्वपूर्ण घटक या बिल्डिंग ब्लॉक है जिस पर विभिन्न सर्किट घटक जुड़े होते हैं। लेकिन पीसीबी बोर्ड की डिज़ाइनिंग और सभी घटकों को संभालने के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारक विभिन्न तकनीकों और प्रक्रियाओं का उपयोग करके बोर्ड पर विभिन्न प्रकार के छेद बनाना है। प्रत्येक प्रकार के छेद की अपनी निर्माण प्रक्रिया और कार्य निष्पादन क्षमता होती है। छेदों का मुख्य कार्य घटकों को बोर्ड पर आसानी से लगाना है, जिससे पीसीबी बोर्ड के लिए मज़बूत और विश्वसनीय विद्युत कनेक्शन और संरचनात्मक मजबूती मिलती है। इस ट्यूटोरियल में, हम विभिन्न प्रकार के पीसीबी छेदों के बारे में जानेंगे जो परियोजना की माँगों के अनुसार सटीक पीसीबी डिज़ाइन और उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण हैं। तो चलिए शुरू करते हैं!

2. पीसीबी छेद के प्रकार

2.1 प्लेटेड थ्रू-होल्स (PTH)

प्लेटिंग थ्रू होल, जिसे इलेक्ट्रोलेस प्लेटिंग कॉपर भी कहते हैं। ये छेद बोर्ड में ड्रिल किए जाते हैं और तांबे की मदद से परत चढ़ाई जाती है, जो एक सुचालक पदार्थ है। टिन या सोने का इस्तेमाल प्लेटिंग के लिए किया जाता है जो पीसीबी बोर्ड की परतों के बीच संबंध बनाने में मदद करता है।

इन छिद्रों का कार्य विभिन्न पीसीबी बोर्ड परतों या बोर्ड से जुड़े घटकों के बीच विद्युतीय संबंध स्थापित करना है। ये छिद्र घटक लीड और तांबे के तारों के लिए कम प्रतिरोध प्रदान करने और पीसीबी असेंबली की यांत्रिक स्थिरता बढ़ाने में भी सहायक होते हैं।

प्लेटेड-थ्रू छेद दोहरे-पक्षीय बोर्ड या बहुपरत बोर्ड परतों के बीच मजबूत कनेक्शन बनाने में भी सहायक होते हैं।

पीटीएच का मुख्य उपयोग रेज़िन कॉपर प्लेटिंग, कॉपर प्लेटिंग या डायमंड कॉपर प्लेटिंग में होता है।

2.2 नॉन-प्लेटेड थ्रू-होल्स (एनपीटीएच)

इस प्रकार के पीसीबी होल में, होल की दीवारों पर तांबे की परत नहीं चढ़ाई जाती; परिणामस्वरूप, होल बैरल में चालकता या विद्युतीय विशेषताएँ नहीं होतीं। इनका उपयोग उन जगहों पर सबसे अच्छा होता है जहाँ बोर्ड एक तरफ तांबे की पटरियों के साथ आता है, लेकिन ये बहु-परत वाले बोर्ड के लिए उपयुक्त विकल्प नहीं हैं क्योंकि इन छेदों के उपयोग से बोर्ड की परतों की संख्या कम हो जाती है।

हालाँकि, इन छेदों का निर्माण एक आसान और तेज़ प्रक्रिया है और इनका उपयोग कार्य बिंदु पर बोर्ड लगाने के लिए टूलिंग छेद बनाने में किया जाता है। ये स्क्रू या बोल्ट जैसे पुर्जों को सुरक्षित करने के लिए भी बनाए जाते हैं और ऊष्मा अपव्यय के लिए हीट सिंक के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

2.3आधे छेद

पीसीबी बोर्ड में आधे छेद, जिन्हें प्लेट हाफ होल या कैस्टेलेटेड होल भी कहा जाता है, बोर्ड के किनारे पर बने छेदों के माध्यम से आंशिक रूप से ड्रिल किए जाते हैं, और इन छेदों को बीच में मिलिंग की जाती है। इन छेदों का उपयोग मुख्य बोर्ड पर एक और पीसीबी सोल्डरिंग के लिए किया जाता है। सरल शब्दों में, ये दो अलग-अलग बोर्डों के बीच संबंध बनाते हैं, और ये उच्च-घनत्व वाले घटक कनेक्शन का मुख्य भाग होते हैं। दूसरे बोर्ड पर ब्लूटूथ के कनेक्शन के लिए, प्लेटेड-थ्रू होल का उपयोग किया जाता है।

2.3 वाया होल्स

वाया होल्स का मुख्य उद्देश्य पीसीबी बोर्ड की विभिन्न परतों के लिए मजबूत विद्युत कनेक्शन बनाना है और प्लेटेड थ्रू-होल घटक कनेक्शन आदि के लिए भी इसका उपयोग किया जाता है। वाया के माध्यम से बहुपरत बोर्डों की विभिन्न परतों का कनेक्शन परतों और जुड़े घटकों के बीच सिग्नल प्रवाह को आसान बनाने में मदद करता है।

ब्लाइंड विआस

बोर्ड के ब्लाइंड वियाज़ ऊपरी या निचली परतों से भीतरी परतों तक बने होते हैं और प्लेटेड थ्रू वियाज़ की तरह बोर्ड में पूरी तरह से नहीं गुजरते। इस दृश्य में, हम बोर्ड का दूसरा भाग नहीं देख सकते।

ये विया यांत्रिक ड्रिलिंग प्रक्रिया का उपयोग करके बनाए जाते हैं, और कभी-कभी ब्लाइंड विया को ड्रिल करने के लिए लेज़र का उपयोग किया जाता है। इन प्रकार के विया को ड्रिल करने के लिए, उनके सटीक आयामों का ध्यान रखें। यह एक कठिन प्रक्रिया है, लेकिन हम सीधे बोर्ड पर ब्लाइंड विया ड्रिल कर सकते हैं।

ब्लाइंड विया का मुख्य उपयोग कम से कम एक आंतरिक परत के साथ एक बाहरी परत से कनेक्शन बनाना है। इन विया का आस्पेक्ट रेशियो 1:1 या उससे अधिक होता है।

ब्लाइंड वियास एचडीआई पीसीबी विनिर्माण का हिस्सा हैं, लेकिन सुनिश्चित करें कि जिस बोर्ड में ब्लाइंड वियास है वह हमेशा एचडीआई पीसीबी नहीं है।

दफनाए गए मार्ग 

पीसीबी बोर्ड की आंतरिक परतों के बीच दबे हुए वियाज़ बनाए जाते हैं, और ये बोर्ड के बाहर से दिखाई नहीं देते। इन वियाज़ का मुख्य उद्देश्य दो या अधिक आंतरिक परतों के बीच कनेक्शन बनाना है। प्रत्येक कनेक्शन स्तर के लिए, छेदों को इस प्रकार परिभाषित करें: अलग ड्रिल फ़ाइलें.

दफन विआस के लिए पहलू अनुपात 1:12 या उससे बड़ा है।

आईपीसी मानकों के अनुसार, ब्लाइंड वियास और दफन वियास के लिए अनुशंसित व्यास 6 मिल्स से बड़ा नहीं है।

स्टैक्ड वियास

स्टैक विया ब्लाइंड विया या दबे हुए विया होते हैं जिनका उपयोग तीन से ज़्यादा सर्किट परतों के लिए अलग-अलग बोर्ड परतों के बीच कनेक्शन बनाने के लिए किया जाता है। स्टैक्ड विया दो या दो से ज़्यादा विया के साथ आते हैं जो एक-दूसरे पर कॉन्फ़िगर किए जाते हैं और बोर्ड की कई परतों को पार करते हैं।

स्टैक्ड विया का मुख्य उपयोग मल्टीलेयर बोर्ड और एचडीआई बोर्ड दोनों में होता है। स्टैक्ड विया का डिज़ाइन इस प्रकार होता है कि स्टैक में प्रत्येक विया बोर्ड की एक आंतरिक परत के साथ कॉन्फ़िगर किया जाता है।

इन वियाज़ की मुख्य विशेषता विभिन्न परतों में निरंतर विद्युत कनेक्शन प्रदान करना है। जिन परियोजनाओं में स्थान सीमित होता है, लेकिन जटिल डिज़ाइन होते हैं, वहाँ स्टैक्ड वियाज़ का उपयोग किया जाता है।

कंपित विआस

स्टैगर्ड विया तब बनते हैं जब विभिन्न पीसीबी बोर्ड लेयर विया जुड़े होते हैं, लेकिन ओवरलैप नहीं होते। स्टैगर्ड विया कई विया के साथ ऐसे कनेक्शन में आते हैं जिनका सीधा संबंध नहीं होता क्योंकि ड्रिल एक्सिस अलग-अलग होते हैं।

जब हम बोर्ड को किसी भी तरफ से देखते हैं, तो स्टैगर्ड वियाज़ बोर्ड पर एक ज़िगज़ैग पैटर्न बनाते हैं। स्टैगर्ड वियाज़ का मुख्य उपयोग एचडीआई बोर्ड और मल्टीलेयर पीसीबी में होता है।

विआस छोड़ें

यह वाया बोर्ड की कई परतों से होकर गुजरता है, लेकिन किसी भी परत से इसका कोई विद्युतीय संबंध नहीं होता। स्किप वाया ओवरलैपिंग वाया, ब्लाइंड वाया या दबे हुए वाया हो सकते हैं। ये वाया HDI बोर्ड के लिए कॉम्पैक्ट और जटिल सर्किट बनाने के लिए महत्वपूर्ण हैं। स्किप वाया बोर्ड परतों के बीच ऊर्ध्वाधर विद्युतीय संबंध बनाते हैं जिससे घटकों की सघन पैकिंग होती है और सिग्नल पथ की लंबाई कम हो जाती है।

वियास-इन-पैड

पैड में वाया (Via) पीसीबी वाया का एक कम प्रचलित प्रकार है, और इस डिज़ाइन में, वाया को पैड के चारों ओर ट्रेस करने के बजाय, सीधे सतह पर लगे घटक पैड के नीचे बनाया जाता है। वाया, ऊपरी परतों पर स्थित घटक पैड को बोर्ड की भीतरी परत से जोड़ता है।

इन वियाज़ के उपयोग में सहायक मुख्य विशेषताएँ यह हैं कि ये आसान रूटिंग प्रदान करते हैं और परजीवी प्रेरकत्व को नियंत्रित करते हैं। इनका नुकसान यह है कि रिफ्लो के समय, सोल्डरिंग पेस्ट वियाज़ से होकर गुजरता है और पीसीबी पैड पर सोल्डरिंग को प्रभावित करता है।

2.4 माउंटिंग छेद

पीसीबी में माउंटिंग छेद बनाए जाते हैं ताकि बोर्ड को चेसिस पर लगाने के लिए जगह मिल सके। ये छेद अन्य प्रकार के बोर्ड छेदों से बड़े होते हैं और आमतौर पर बोर्ड के कोनों पर बनाए जाते हैं। बोर्ड और माउंटिंग घटकों के बीच एक मज़बूत और स्थिर कनेक्शन बनाने के लिए, माउंटिंग छेदों के चारों ओर तांबे के पैड लगाए जाते हैं।

2.5 काउंटरसिंक और काउंटरबोर छेद

काउंटरबोर छेद बोल्ट या स्क्रू के लिए बनाए जाते हैं और इनमें सपाट तल वाले सिरे होते हैं जिनका आकार स्क्रू डिज़ाइन की तुलना में बड़ा होता है। ये छेद दो व्यास वाले होते हैं, ऊपरी हिस्से में एक बड़ा व्यास स्क्रू के सिर को संभालने के लिए और एक छोटा व्यास स्क्रू या बोल्ट बॉडी के लिए।

काउंटरसिंक का उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है जहाँ स्क्रू के सिरों को पतला करने की आवश्यकता होती है। ये छेद शंक्वाकार कोण पर बनाए जाते हैं जो स्क्रू के ऊपरी सिरे के पतलेपन के अनुसार होता है जिससे स्क्रू बोर्ड की सतह पर पूरी तरह से बैठ जाता है। काउंटरसिंक बनाने के लिए, आमतौर पर 82 या 90 डिग्री के ड्रिल बिट का उपयोग किया जाता है।

छवि काउंटरसिंक और काउंटरबोर छेद

2.6 फ़िडुशियल छिद्र (संरेखण छिद्र)

फिड्यूशियल छेद, जिन्हें संरेखण छेद कहा जाता है, बोर्ड पर ड्रिल किए गए छोटे आकार के और स्पष्ट छेद होते हैं जिनका उपयोग स्वचालित निर्माण उपकरणों के लिए संदर्भ बिंदु के रूप में किया जाता है। इनकी मुख्य विशेषता विभिन्न चरणों, जैसे घटक कनेक्शन, स्टेंसिल प्रक्रिया और परीक्षण, के दौरान सटीक संरेखण प्रदान करना है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि बोर्ड असेंबली के लिए बोर्ड पर सभी घटक सटीक रूप से जुड़े हुए हैं।

छवि: फिडुशियल छिद्र

2.7 विशेष पीसीबी छेद प्रकार

• स्टाम्प छेद

स्टैम्प होल, जिन्हें ब्रेकअवे होल भी कहा जाता है, पैनल में प्रत्येक सर्किट बोर्ड के किनारों के साथ क्रम या पंक्ति में बने छोटे आकार के छेद होते हैं। ये छेद स्टैम्प के किनारों जैसे दिखते हैं, इसलिए इन्हें स्टैम्प होल कहा जाता है। इन छेदों का मुख्य उपयोग पीसीबी डिपैनलाइज़ेशन के लिए होता है। डिपैनलाइज़ेशन प्रक्रिया में, एक बोर्ड को बड़े पैनल से अलग किया जाता है। इस प्रक्रिया का उपयोग उत्पादन क्षमता बढ़ाने और लागत कम करने के लिए किया जाता है।

3. पीसीबी छेद डिजाइन संबंधी विचार

पीसीबी छेद डिजाइन के लिए कई कारकों पर विचार किया जाना चाहिए जो यहां सूचीबद्ध हैं।

छेद का आकार और पहलू अनुपात

छेद के आकार का मान ड्रिलिंग तकनीक और बोर्ड की परतों की संख्या पर आधारित होता है। छेद की गहराई और छेद के व्यास के अनुपात को पहलू अनुपात (एस्पेक्ट रेशियो) कहते हैं।

ड्रिलिंग तकनीक	न्यूनतम छेद व्यास	अधिकतम पहलू अनुपात
यांत्रिक ड्रिलिंग	0.2 मिमी	10:1
लेजर ड्रिलिंग (माइक्रोविया)	0.075 मिमी	1: 1 के लिए 1.5: 1
रासायनिक नक़्क़ाशी	~50µm	~1:1
ईडीएम (विद्युत निर्वहन)	0.1 मिमी	5:1
अल्ट्रासोनिक ड्रिलिंग	0.2 मिमी	5:1

ड्रिल सहनशीलता और एनुलर रिंग विवरण

वलयाकार वलय, चढ़ाए गए छेद के चारों ओर तांबे का आवरण होता है। यदि वलय की चौड़ाई उचित न हो, तो इससे बोर्ड की विश्वसनीयता पर समस्याएँ उत्पन्न होती हैं।

छेद का आकार (मिमी)	ड्रिल सहिष्णुता (± मिमी)	न्यूनतम कुंडलाकार वलय (मिमी)
≤ 0.3	± 0.025	0.1
0.3 – 0.6	± 0.05	0.15
> 0.6	± 0.075	0.2

पीटीएच और वाया के लिए प्लेटिंग मोटाई

डिजाइन आवश्यकताओं के अनुसार चढ़ाना मोटाई बोर्ड के लिए अच्छी यांत्रिक शक्ति और विद्युत चालकता प्रदान करती है।

छेद	तांबे की परत की मोटाई	स्टैण्डर्ड
प्लेटेड थ्रू-होल (PTH)	25 - 50 माइक्रोन	आईपीसी-6012
माइक्रोविया (एचडीआई)	5 - 25 माइक्रोन	आईपीसी-6016
अंधा/दफन	15 - 30 माइक्रोन	आईपीसी-6012
वियास-इन-पैड	25 – 50 µm (भरा हुआ, चढ़ाया हुआ)	आईपीसी-4761

सामग्री

बोर्ड के लिए सामग्री का उपयोग भी छेद की सटीकता को प्रभावित करता है

सामग्री	ड्रिलिंग सुविधा
FR-4	इसमें आसान ड्रिलिंग सुविधाएँ हैं और यह सभी प्रकार के छेदों को आसानी से संभाल सकता है
हाई-टीजी एफआर-4	इस सामग्री में छेद करने के लिए मजबूत ड्रिल बिट्स का उपयोग किया जाता है
एल्युमिनियम पीसीबी	इस बोर्ड में छेद करने के लिए सीएनसी रूटिंग या विशेष ड्रिल का उपयोग किया जाता है।
सिरेमिक पीसीबी	सिरेमिक बोर्डों में छेद बनाने के लिए अल्ट्रासोनिक या लेजर ड्रिलिंग का उपयोग किया जाता है
लचीला पीसीबी	रासायनिक नक़्क़ाशी या लेज़र ड्रिलिंग का उपयोग किया जाता है

4. पीसीबी छेद के कार्य

परतों के बीच विद्युत संपर्क

पीसीबी बोर्ड में छेदों का मुख्य उपयोग पीसीबी परतों के बीच विद्युत कनेक्शन बनाने के लिए होता है। जैसे, प्लेटेड थ्रू होल बोर्ड के एक तरफ से दूसरी तरफ सिग्नल और पावर संचारित करने में मदद करते हैं।

ब्लाइंड, दफन और थ्रू-होल वियास एचडीआई पीसीबी बोर्डों के लिए बहुपरत कनेक्शन बनाने में मदद करते हैं।

विभिन्न कॉम्पैक्ट डिज़ाइनों में उच्च गति सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए माइक्रो विया का उपयोग किया जाता है।

घटक स्थापना

बोर्ड पर घटकों के कनेक्शन के लिए अधिकतर थ्रू-होल माउंटिंग तकनीक, या टीएचटी, घटक लीड सोल्डरिंग और छेदों में सम्मिलन के लिए थ्रू-प्लेटेड छेदों का उपयोग करती है।

पीसीबी के छेद भी एसएमटी की तुलना में बोर्ड के साथ मज़बूत संबंध बनाते हैं। कनेक्टर और कैपेसिटर जैसे उच्च-शक्ति वाले घटकों को जोड़ने के लिए छेद सबसे अच्छे होते हैं।

गर्मी लंपटता

पीसीबी के छेद बोर्ड पर मौजूद विभिन्न घटकों से उत्पन्न होने वाली ऊष्मा अपव्यय को भी नियंत्रित करते हैं और अत्यधिक गर्म होने से बचाते हैं। थर्मल वियाज़ गर्म घटकों से ऊष्मा को हीट सिंक तक पहुँचाने में मदद करते हैं। जबकि पैड में लगे वियाज़ थर्मल प्रतिरोध को नियंत्रित करके ऊष्मा अपव्यय को बढ़ाते हैं।

5. पीसीबी छेदों से जुड़ी आम समस्याएं और उनसे कैसे बचें

छेद का गलत संरेखण

• इस दोषपूर्ण छेद ड्रिलिंग स्थिति में, यह आवश्यकताओं के अनुरूप नहीं होता है और इसके परिणामस्वरूप घटक पैड और आंतरिक परतों का कनेक्शन त्रुटिपूर्ण हो जाता है। यह त्रुटि विद्युत वियोजन या अनुचित सोल्डरिंग तकनीकों का परिणाम है।
• यह निर्माण के समय बोर्ड सामग्री के विस्तार के कारण भी होता है।
• इस समस्या से बचने के लिए, निर्धारित बिंदुओं पर प्रत्ययी चिह्नों का उपयोग करें और विस्तार/संकुचन से बचने के लिए गुणवत्तायुक्त सामग्री का उपयोग करें।
• यदि आप बहुपरत बोर्डों पर काम कर रहे हैं, तो एक्स-रे संरेखण जाँच सुविधाओं का उपयोग करें।

अपर्याप्त कुंडलाकार वलय

• इस त्रुटि में, तांबे के पैड के आसपास छेद की आवश्यकता नहीं होती या आकार छोटा होता है जिससे यांत्रिक और विद्युतीय संरचना प्रभावित होती है। परिणामस्वरूप, बोर्ड पर खुले सर्किट या कमज़ोर सोल्डर जोड़ बन जाते हैं।
• इस समस्या को हल करने के लिए, वलयाकार विवरण सेट करें। मामूली गलत संरेखण के लिए उचित पैड आकार का उपयोग करें।

ओवरलैपिंग ड्रिल छेद

• इस त्रुटि में, कई ड्रिल छेद एक-दूसरे पर ओवरलैप हो जाते हैं, जिससे बोर्ड का डिज़ाइन ख़राब हो जाता है। नतीजतन, तांबे का टूटना और विघटन होता है।
• यह बोर्ड डिज़ाइन में अनुचित छेद विन्यास के कारण होता है।
• ओवरलैपिंग से बचने के लिए उचित छेद अंतराल और बड़े ड्रिल बिट का उपयोग करें।

गलत छेद आकार

• इस त्रुटि में, छेद बड़े और छोटे आकार के होते हैं और घटकों के सटीक सम्मिलन को प्रभावित करते हैं। इस दोष का प्रभाव सोल्डरिंग सुविधाओं और विद्युत कनेक्शनों पर पड़ता है।
• यह त्रुटि गेरबर फाइलों में ड्रिल आकार में त्रुटि और दोषपूर्ण प्लेटिंग मोटाई के कारण है।
• इस समस्या को हल करने के लिए, निर्धारित मूल्य के अनुसार मानक छेद आकार का पालन करें। और चढ़ाना मोटाई सेट करें।

निष्कर्ष

किसी भी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण और प्रोजेक्ट में पीसीबी होल, पीसीबी डिज़ाइन और उसके उचित संचालन के लिए मुख्य घटक होता है। ये होल बोर्ड की विभिन्न परतों के बीच विद्युतीय संबंध और यांत्रिक मजबूती प्रदान करने के लिए महत्वपूर्ण होते हैं। पीसीबी होल कई प्रकार के होते हैं, जैसे नॉन-प्लेटेड थ्रू-होल, प्लेटेड थ्रू-होल, और थ्रू-होल विया, ब्लाइंड विया, दबे हुए विया, माइक्रोविया आदि। प्रत्येक होल की अपनी विशेषताएँ और पीसीबी बोर्ड डिज़ाइन और संचालन के लिए महत्व होता है। प्रत्येक प्रकार के पीसीबी होल का अपना डिज़ाइन और विशेषताएँ होती हैं, लेकिन बोर्ड में प्रयुक्त मुख्य उद्देश्य पीसीबी परतों के बीच विद्युतीय संबंध बनाना, कंपोनेंट माउंटिंग और बोर्ड पर बाहरी कंपोनेंट के साथ कनेक्शन बनाना होता है। पुराने पीसीबी बोर्ड थ्रू-होल कंपोनेंट माउंटिंग के लिए ज़्यादातर प्लेटेड-थ्रू होल के साथ आते हैं, और उच्च-घनत्व वाले बोर्डों की बढ़ती माँग के कारण अब निर्माता ऐसे सरफेस-माउंट कंपोनेंट का उपयोग कर रहे हैं जिनमें प्लेटेड-थ्रू होल नहीं होते। उच्च-घनत्व वाले छोटे विया के लिए, लेज़र से ड्रिल किए गए विया का उपयोग किया जाता है।