मुद्रित मंडले : नेहमीची तारांची जोडणी व प्रसंगी रोधक घटक यांच्याऐवजी चांगल्या निरोधक द्रव्याच्या [उदा. धातुविरहित खनिज भाजून तयार केलेल्या मृत्तिकेच्या (सेरॅमिकच्या), काचेच्या, स्तरयुक्त वा घन प्लॅस्टिकच्या] तक्त्यावर लावलेल्या विद्युत् संवाहक द्रवाच्या आकृतिबंधाचा उपयोग करणाऱ्या विद्युत् मंडलाला मुद्रित मंडल म्हणतात. असे आकृतिबंध ⇨ आरेख्यक कलांमध्ये वापरण्यात येणाऱ्या छायाचित्रीय आणि यांत्रिक मुद्रण पद्धतींसारख्याच बऱ्याचशा असलेल्या पद्धतींनी तयार करतात.
इलेक्ट्रॉनीय मंडलाचे रोधक, धारित्र (विद्युत् भार साठवून ठेवणारे साधन), प्रवर्तक (तारेच्या अनेक वेढ्यांनी बनलेल्या वेटोळ्याच्या स्परूपात व विद्युत् ऊर्जा चुंबकीय क्षेत्राच्या रूपात साठविणारा घटक) यांसारखे सुटे घटक व त्यांना जोडणारे संवाहक यांची छपाई करून नावाप्रमाणे मुद्रित मंडले सुरुवातीस खरोखरीच मुद्रित करीत असत. रोधक शाई व चांदीचा संवाहक रंग यांचा या कामी उपयोग करीत. १९४८ मध्ये ट्रँझिस्टराचा शोध लागल्यापासून मात्र या तंत्रविद्येला नवीनच वळण लागले आहे. ट्रँझिस्टराच्या निर्मितीबरोबरच अभिचालित्र (एका विद्युत् मंडलातील परिस्थीतीत होणाऱ्या बदलावर चालणारी आणि त्याच किंवा अन्य विद्युत् मंडलातील परिस्थिती नियंत्रित करण्यासाठी त्यातील संधी जोडण्याचे वा तोडण्याचे कार्य करणारी प्रयुक्ती), स्विच वगैरे सुट्या घटकांचे आकारमान लहान करणे शक्य झाले आहे. आणि केवळ त्यांना जोडणारे संवाहक छापले जाऊ लागले आहेत. सद्यस्थितीत मुद्रित मंडल हा ज्यावर सुटे घटक बसविलेले आहेत असा मुद्रित जोडणी फलक बनला आहे. सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीत व प्रणालींमध्ये या फलकांचा सूक्ष्म स्वयंघटक व संकलित मंडले [⟶ सूक्ष्मीकरण, इलेक्ट्रॉनीय मंडलाचे] यांना जोडण्यासाठी उपयोग करतात.
आ. १ मध्ये एक प्रारूपिक (नमुनेदार) मुद्रित मंडल दाखविले आहे. मंडलातील सर्व संवाहक तक्त्त्याच्या दुसऱ्या बाजूला असून मंडलाचे सर्व सुटे घटक तक्त्त्याच्या दुसऱ्या बाजूला बसविलेले असतात. हे मंडल प्रणालीशी जोडण्यासाठी खोचणीच्या (प्लग-इन) पद्धतीच्या बाजूने जोडावयाच्या संयोगकाचा उपयोग करतात. आकृतीतील मंडलासाठी सात टोचण्यांची (पिनांची) खोबण (सॉकेट) लागते.
दुसऱ्या महायुद्धानंतर मुद्रित मंडलांच्या निर्मितीचे तंत्र फार मोठ्या प्रमाणावर विकसित झाले.त्यामुळे इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीचे अधिक कार्यक्षम महोत्पादन (मोठ्या प्रमाणावरील व्यापारी उत्पादन) करण्याची उद्योधंद्यांची गरज भागविण्यास मदत झाली. युद्धोत्तर काळात उद्योग व व्यवसायातील इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीच्या उपयोगात वाढ झाल्याने तिच्या वजन, आकारमान, विश्वसनीयता आणि उत्पादन खर्च या बाबतीत समस्या निर्माण झाल्या. यांतील बहुतेक समस्या (विशेषतः रेडिओ व दूरचित्रवाणी उद्योगांतील) मुद्रित मंडलांच्या उपयोगाने बऱ्याच अंशी सुटल्या आहेत.
निर्मितीच्या पद्धती : मुद्रित मंडले तयार करण्याच्या विविध पद्धतींपैकी काही महत्त्वाच्या पद्धती खाली दिल्या आहेत.
छायाचित्रीय मुद्रण पद्धत : या पद्धतीने मुद्रित मंडले तयार करण्यासाठी ताम्र-आच्छादित तक्त्यांचा उपयोग करतात. मृत्तिका, काच, प्लॅस्टिक यांसारख्या उत्तम निरोधक पदार्थांपासून हे तक्ते तयार करता येतात. अशा तक्त्त्याच्या एका पृष्ठभागावर साधारणपणे ४०–४५ मायक्रॉन (१ मायक्रॉन १०-३ मिमी.) जाडीचा तांब्याचा थर विद्युत् विच्छेदन पद्धतीने (इष्ट धातूच्या संयुगाच्या विद्रावातून विद्युत् प्रवाह जाऊ देऊन ऋण विद्युत् अग्रावर धातू विलेपित करण्याच्या पद्धतीने) चढवितात. छायाचित्रीय मुद्रणाकरिता तांब्याचा पृष्ठभाग प्रथम स्वच्छ करतात व मग त्यावर आ. २ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे प्रकाशसंवेदी द्रव्याचा पातळ थर देतात. प्रकाशसंवेदी द्रव्य हे एक प्रकारचे कार्बनी संयुग असून त्यावर जंबुपार प्रकाश (दृश्य वर्णपटातील जांभळ्या रंगाच्या पलीकडील अदृश्य प्रकाश) टाकल्यास ते कठीण होते. संयुग प्रथम ईस्टमन कोडॅक कंपनीने प्रचारात आणले. प्रकाशसंवेदी द्रव्याचा थर वाळल्यावर मंडलाच्या तयार केलेल्या आकृतिबंधाची छायाचित्रीय व्यस्त प्रत (मूळ काळ्या रंगाच्या ठिकाणी पांढरा व पांढऱ्याच्या ठिकाणी काळा रंग असलेली प्रत निगेटिव्ह) थरावर जुळवून ठेवतात. या प्रतीतून प्रकाशसंवेदी थरावर जंबुपार प्रकाश टाकतात. प्रकाशक्रिया झालेला थराचा भाग कठीण होतो आणि प्रकाशक्रिया न झालेला भाग अल्कोहॉलाच्या विद्रावात विरघळून काढून टाकतात. कठीण झालेल्या प्रकाशसंवेदी थरामुळे त्याखालील मंडलाच्या आकृतिबंधाचे नंतरच्या कोरणक्रियेत संरक्षण होते. प्रकाशसंवेदी थराने न व्यापलेले व म्हणून नको असलेले तांबे कोरणक्रियेने म्हणजे एखाद्या अम्लात किंवा फेरिक क्लोराइडाच्या विद्रावात विरघळून काढून टाकतात. नंतर कठीण झालेला प्रकाशसंवेदी द्रव्याचा थर काढून टाकतात. राहिलेला तांब्याचा आकृतिबंध म्हणजे मूळ मंडलाचा इष्ट आकृतिबंध होय.
यानंतर तक्त्त्याला आवश्यक तेथे छिद्रे पाडून मागील बाजूस लावावयाच्या मंडल घटकांच्या तारा त्यांतून वर काढतात व संयोगकांशी डाख देऊन जोडतात [आ. १ (आ)]. मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन करताना तरंग डाखकाम यंत्राचा उपयोग करतात. या यंत्रात मुद्रित तक्ते डाखपात्रातील वितळलेल्या डाखधातूच्या वाहत्या वाहत्या तरंगावरून नेले जातात. या प्रक्रियेत वितळलेल्या डाखधातूत तक्ते बुडविण्याची खोली अचूकपणे नियंत्रित केली जाते व तक्ते फार गरमही होत नाहीत. यापूर्वी डाखपात्रातील वितळलेल्या डाखधातूत योग्य रीतीने तक्ता बुडवून डाखकाम करण्याची पद्धत वापरीत असत. तांब्याच्या संवाहक आकृतिबंधावर सोन्याचा मुलामा देणे उत्तम ठरते. सोने हे उत्तम प्रतीचे विद्युत् संवाहक असून त्यावर गंज मुळीच चढत नाही. सोन्याचा मुलामा दिलेले तक्ते बरेच दिवस साठवून ठेवले, तरी त्यांवर उत्तम डाखकाम करता येते आणि विद्युत् संधींसाठी अल्प रोधाचे पृष्ठभाग तयार करता येतात. झीज जास्त होण्याची शक्यता असेल, तर संधीच्या पृष्ठभागावर निकेलाचा मुलामा देतात. अशा प्रकारे मंडल पूर्ण झाल्यावर त्याचे आर्द्रतेपासून संरक्षण करण्यासाठी व सुटे घटक चिकटून राहण्यासाठी तक्त्त्याच्या दोन्ही बाजूंना एपॉक्सी रेझीन लावतात.
निकृंत (स्टेन्सील) कोरण पद्धत : या पद्धतीत रेशमी जाळीने मुद्रण करण्याच्या पद्धतीने [⟶ मुद्रण], तांब्याच्या थरावर एनॅमलाचा मंडल आकृतिबंध प्रथम मुद्रित करतात. एनॅमलाचा थर नंतरच्या अम्लकोरणक्रियेत त्याच्या खालील तांब्याच्या थराचे संरक्षण करील इतपत जाड असतो. नंतर अनावृत (उघडा राहिलेला) तांब्याचा थर अम्लकोरणाने काढून टाकतात. कोरणक्रियेनंतर तक्त्त्यावर तांब्याचा मंडल आकृतिबंध कायम राहतो.
विलेपन पद्धत : यात प्लॅस्टिकाच्या तक्त्त्यावर प्रथम आरशाच्या काचेवर देतात तसा चांदीचा (वा अन्य योग्य विद्युत् संवाहक द्रव्याचा) पातळ (सु. ०·०२५) मिमी. जाडीचा) थर देतात. त्यानंतर निकृंत पद्धतीने त्यावर एनॅमलाचा रोधी थर देऊन मंडल आकृतिबंध अनावृत राहू देतात. या अनावृत आकृतिबंधावर तांब्याचे पुरेसे जाड (सु. ०·०५ मिमी.) विलेपन करतात. नंतर एनॅमलाचा रोधी थर विद्रावकाने (विरघळविणाऱ्या पदार्थाने) विरघळून टाकतात व त्याच्या खालचा चांदीचा थर अम्लकोरणाने काढून टाकतात. शेवटी तक्त्त्यावर तांब्याचा मंडल आकृतिबंध कायम राहतो.
मुद्रण पद्धत : यात मृत्तिकेच्या किंवा काचेच्या तक्त्त्यावर रेशमी जाळीतील निकृंतामधून चांदीचा थर देऊन मंडल आकृतिबंध तयार करतात. असा तक्ता भट्टीमध्ये ४००° सें.पर्यंत तापविल्यावर चांदीचा मंडल आकृतिबंध तक्त्त्यावर पक्का बसतो. या पद्धतीने मंडल आकृतिबंधात कार्बनाच्या निरनिराळ्या रुपातील रोधक घटकांचेही मुद्रण करता येते.
अलीकडे पोलादावर पोर्सलीन एनॅमलाचा थर दिलेले तक्ते वापरुन मुद्रित मंडले तयार करण्यात येत आहेत. असे तक्ते उच्च तापमानाला व अतितीव्र कंपने असलेल्या परिसरातही टिकाव धरू शकतात. या तक्त्त्यावर रेशमी जाळी मुद्रण पद्धतीने संवाहक मार्गांचा आकृतिबंध मुद्रित करण्यात येतो. पोर्सलीन भट्टीमध्ये उच्च तापमानापर्यंत तापविण्यात येत असल्याने या तक्त्यांवर पटलरूप रोधक घटक आणि कवच न बसविलेले ट्रँझिस्टर व संकलित मंडले पोर्सलिनाच्या थरालाच चिकटवून बसविता येतात. इतर सर्व प्रकारचे तक्ते सपाट असावे लागतात पण पोलादी गाभा असलेल्या या प्रकारच्या तक्त्यांना बाक देऊन कोणताही आकार देता येतो.
वरील सर्व पद्धतींपैकी छायाचित्रीय पद्धत फार लोकप्रिय असून तिने रेशमी जाळी मुद्रण, निर्वात बाष्पीभवन यांसारख्या इतर सर्व पद्धतींना मागे टाकलेले आहे.
बहुस्तरीय फलक : मुद्रित मंडले ही मूलतः द्विमितीय असल्याने त्यांची अवकाश उपयोगक्षमता कमी आहे. मात्र बहुस्तरीय फलक वापरल्यास या बाबतीत सुधारणा करता येते. यात सूक्ष्म स्वयंघटक व संकलित मंडले वापरावयाची झाल्यास त्यांना योग्य अशा घनतेच्या आंतरसंयोगकांचा उपयोग करावा लागतो. आ. ३ मध्ये दाखविलेला बहुस्तरीय फलक ही गरज पूर्ण करू शकतो. त्यात छिद्रांना आतून योग्य धातूचा मुलामा देऊन निरनिराळ्या स्तरांत आंतरसंयोगक बसविलेले असतात. मंडले या छिद्रात खोचतात. अचूकतेविषयी काळजी घेऊन टोचण्यांमधील अंतर २ ते ४ मिमी. सहज ठेवता येते. निरनिराळे स्वयंघटक परस्परांना जोडून उपप्रणाली तयार करण्यासाठी द्विस्तरीय फलक प्रचलित आहेत.
उपयुक्तता व दोष : मुद्रित मंडले बहुतेक सर्व इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीमध्ये वापरण्यात येतात. रेडिओ व दूरचित्रवाणी संच, दूरध्वनी, मार्गदर्शित क्षेपणास्त्रे, अवकाशयाने व विमानातील इलेक्ट्रॉनीय सामग्री, संगणक (गणक यंत्रे), औद्योगिक नियंत्रण सामग्री अशा विविध क्षेत्रांत त्यांचा वाढत्या प्रमाणात उपयोग होत आहे.
इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन करणे मुद्रित मंडलांमुळे अतिशय सुलभ झाले आहे. ही मंडले एकदा प्रमाणित केली म्हणजे त्यांचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन करून त्यांची किंमत खूपच कमी करता येते. साध्या मंडलांपेक्षा त्यांची विश्वासार्हता निश्चितपणे अधिक असते. त्यांची जोडणी व रचना काळजीपूर्वक केल्यास मंडल आरेखन व दोष निदान ही दोन्ही कामे सोपी होतात. तथापि त्यांच्यामुळे इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्तीचे आकारमान व वजन मोठ्या प्रमाणात कमी करणे शक्य झालेले आहे, ही त्यांची सर्वांत महत्त्वाची जमेची बाजू आहे. मुद्रित मंडलांमुळे प्रणालीचे वजन साधारणपणे १/१० इतके कमी होते. सूक्ष्म स्वयंघटक व संकलित मंडले वापरून ते १/१००० वा त्याहूनही कमी करता येते.
औद्योगिक दृष्ट्या मुद्रित मंडलांचे प्रमुख फायदे पुढीलप्रमाणे : (१) या मंडलांमुळे इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीच्या निर्मितीचे यांत्रिकीकरण करणे शक्य झाले आहे (२) या यांत्रिकीकरणामुळे मजुरीचा खर्च कमी झाला असून उत्पादनात एकविधता (एकसारखेपणा) येण्याबरोबरच ते अधिक दर्जेदारही होऊ लागले आहे. (३) मुद्रित मंडलांमुळे इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीच्या अविश्वसनीयतेचे एक महत्त्वाचे कारण दूर झाले आहे. हे कारण म्हणजे इलेक्ट्रॉनीय घटक व संवाहक यांतील साध्या डाखकामाने केलेले दोषास्पद संधी हे होय. याकरिता प्रत्येक जोडणीचे डाखकाम हाताने करण्याऐवजी वितळलेल्या व ४२७° से.पेक्षा जास्त वितळण्याचे तापमान असलेल्या डाखघातूत बुडवून संवाहक व इलेक्ट्रॉनीय घटक जोडण्याचे काम अचूकपणे नियंत्रित केलेल्या एकाच क्रियेने करण्यात येते.
मुद्रित मंडले प्रचारात आल्यानंतरच्या काळात त्यांच्या निर्मितीकरिता वापरण्यात आलेल्या सामग्रीत व छायाचित्रीय तंत्रात पुष्कळ सुधारणा झालेल्या आहेत. तथापि त्यांच्या निर्मितीची मूलभूत पद्धत तीच राहिली आहे. उदा., एपॉक्सी रेझिनाने प्रबलित केलेल्या काचतंतूच्या कापडावर तांब्याचा पातळ वर्ख बसवून संगणक, अवकाश व संरक्षण उद्योगांत उपयुक्त असणारे उच्च दर्जाचे फलक तयार करण्यात आलेले आहेत.
मुद्रित मंडलांचे काही दोषही आहेत. उदा., (१) मंडल पूर्ण केल्यानंतर त्यात सुधारणा करणे फार अवघड होते. (२) दुरुस्तीचे काम त्रासाचे होते. (३) अभिकल्प (आराखडा) तयार करताना प्रसंगी परस्पर विरोधी अशा विद्युत् व यांत्रिक समस्या एकत्रितपणे विचारात घ्याव्या लागतात. (४) या मंडलांचे कार्य चालू असताना निर्माण होणाऱ्या उष्णतेचे निराकरण करण्याबाबत अनेक मर्यादा पडतात.
पहा : सूक्ष्मीकरण, इलेक्ट्रॉनीय मंडलांचे.
संदर्भ : 1. Cook, J. S. Printed Circuit Design and Drafting, Cambridge, Mass., 1967.
2. Coombs, C., Ed., Printed Circuit Handbook, New York, 1979.
3. Schlabach, T. D. Rider, D. K. Printed and Integrated Circuitry: Its Materials and Processes, New York, 1963.
जिराफे, वा. ज. जोशी, के. ल.
“
आपल्या मित्रपरिवारात शेअर करा..
