द गोल्डन कूपन विरोधाभास: क्यों पास रिपोर्ट्स फेल बोर्ड्स को छुपाती हैं

बोर्ड खराब हो गया है। यह एक उच्च-दांव वाला यूनिट था—शायद एक स्वायत्त लॉजिस्टिक्स कंट्रोलर या एक चिकित्सा निगरानी इंटरफ़ेस—और यह केवल पचास घंटे के बाद फील्ड में विफल हो गया। विफलता विश्लेषण प्रयोगशाला ने पोस्टमार्टम पूरा कर लिया है: पीसीबी का क्रॉस-सेक्शन एक क्रैक्ड वाया बैरल या अलग हो गया पोस्ट इंटरकनेक्ट दिखाता है। भौतिकी निर्विवाद है; तांबा भौतिक रूप से कट गया है। फिर भी, गुणवत्ता प्रबंधक के सामने डेस्क पर, निर्माण गृह से “अनुरूपता प्रमाणपत्र” (CoC) उत्तीर्ण ग्रेड के साथ चमक रहा है। उस शिपमेंट के साथ संलग्न माइक्रोसेक्शन रिपोर्ट सुंदर, मजबूत तांबे की प्लेटिंग दिखाती है, जो IPC क्लास 3 न्यूनतम से कहीं ऊपर है।

कैसे एक बोर्ड भौतिक रूप से टूट सकता है जबकि उसके कागजात दावा करते हैं कि वह परिपूर्ण है? इसका उत्तर आमतौर पर “प्रतिनिधि नमूना” में होता है, जिसे बेहतर रूप से टेस्ट कूपन के नाम से जाना जाता है। प्रिंटेड सर्किट बोर्ड निर्माण की उच्च-दांव वाली दुनिया में, हम निर्माण पैनल के अपशिष्ट सीमा पर इन छोटे पीसीबी सामग्री के स्ट्रिप्स पर निर्भर करते हैं ताकि केंद्र में वास्तविक सर्किट की स्थिति का संकेत मिल सके। हम मानते हैं कि यदि कूपन पास हो जाता है, तो बोर्ड भी पास हो जाता है। यह मानना आधुनिक हार्डवेयर विश्वसनीयता में सबसे महंगा त्रुटि है।

भौतिकी आपके कागजी काम की परवाह नहीं करता। यदि टेस्ट कूपन की ज्यामिति आपके वास्तविक बोर्ड की सबसे कठिन विशेषता की ज्यामिति से सख्ती से मेल नहीं खाती, तो माइक्रोसेक्शन रिपोर्ट डेटा होना बंद हो जाती है और एक आरामदायक कल्पना बन जाती है।

प्लेटिंग टैंक में भौतिकी

यह समझने के लिए कि कूपन क्यों झूठ बोलता है, आपको प्लेटिंग टैंक के अंदर के वातावरण को देखना होगा। एक पीसीबी पैनल एक इलेक्ट्रोलाइट बाथ में डूबा होता है जहाँ तांबा सतह पर और ड्रिल किए गए छिद्रों में इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से जमा होता है। प्लेटिंग एक समान प्रक्रिया नहीं है जैसे दीवार पर पेंट करना। यह तरल गतिकी और विद्युत प्रवाह का एक अराजक संघर्ष है।

एक छिद्र के अंदर तांबे के जमा होने की दर बहुत हद तक बाथ की “थ्रोइंग पावर” और छिद्र के पहलू अनुपात पर निर्भर करती है। एक चौड़ा, उथला छिद्र प्लेटिंग के लिए आसान होता है; ताजा रसायन आसानी से बहता है, और विद्युत क्षेत्र मजबूत होता है। एक संकीर्ण, गहरा छिद्र एक दुःस्वप्न है। रसायन स्थिर हो जाता है, और विद्युत क्षेत्र बैरल के केंद्र तक पहुंचने के लिए संघर्ष करता है।

अब, एक मानक टेस्ट कूपन की ज्यामिति पर विचार करें। ऐतिहासिक रूप से, कई निर्माण विक्रेता डिफ़ॉल्ट रूप से एक मानक IPC-2221 “मॉडल A” कूपन या एक सरल स्वामित्व वाली स्ट्रिप का उपयोग करते हैं। इनमें अक्सर मजबूत, बड़े व्यास वाले थ्रू-होल होते हैं, शायद 0.5 मिमी या उससे बड़े। ये पीसीबी दुनिया के “बार्न डोर्स” हैं—ड्रिल करना आसान, साफ करना आसान, और प्लेटिंग करना बेहद आसान।

इसे बोर्ड डिज़ाइन के साथ तुलना करें। आप 0.15 मिमी मैकेनिकल ड्रिल या लेजर-ड्रिल्ड माइक्रोवायस के साथ एक हाई-डेंसिटी इंटरकनेक्ट (HDI) डिज़ाइन चला रहे हो सकते हैं। ये “सुई की आंखें” हैं। जब वह पैनल टैंक में जाता है, तो रसायन बड़े कूपन छिद्रों को भर देता है, मोटा, स्वस्थ तांबा जमा करता है। इस बीच, पैनल के केंद्र में, प्लेटिंग सॉल्यूशन आपके छोटे, उच्च पहलू अनुपात वाले वायस के अंदर परिसंचरण के लिए संघर्ष करता है। परिणाम होता है “घुटने का पतलापन” या वास्तविक उत्पाद में अपर्याप्त बैरल प्लेटिंग, जबकि रेल पर कूपन को स्वर्ण सितारा मिलता है।

यह असंगति संरचनात्मक अखंडता से परे फैलती है। डिजाइनर अक्सर प्रतिबाधा नियंत्रण पर ध्यान केंद्रित करते हैं, सिग्नल अखंडता सुनिश्चित करने के लिए TDR (टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमेट्री) रिपोर्ट की मांग करते हैं। यदि विक्रेता एक कूपन का उपयोग करता है जिसमें ट्रेस ज्यामितियाँ आपके उच्च गति वाले डिफरेंशियल जोड़ों की विशिष्ट घनत्व और एचिंग वातावरण से मेल नहीं खातीं, तो वे TDR परिणाम गणना की गई कल्पनाएँ हैं, मापी गई वास्तविकताएँ नहीं। यदि संरचनात्मक कूपन तांबे की मोटाई के बारे में झूठ बोल रहा है, तो प्रतिबाधा कूपन संभवतः ट्रेस चौड़ाई के बारे में झूठ बोल रहा है।

समस्या “करंट थीव्स” से और बढ़ जाती है। निर्माण पैनल के किनारे केंद्र की तुलना में अधिक करंट घनत्व आकर्षित करते हैं। चूंकि कूपन लगभग हमेशा पैनल की सीमा (“रेल”) पर स्थानांतरित किए जाते हैं ताकि जगह बचाई जा सके, वे स्वाभाविक रूप से मध्य के हिस्सों की तुलना में तेज़ और मोटे प्लेटिंग करते हैं। आप पैनल के सबसे विशेषाधिकार प्राप्त रियल एस्टेट का परीक्षण करते हैं ताकि सबसे वंचित का सत्यापन कर सकें।

HDI और वाया-इन-पैड ट्रैप

जब आप HDI और Via-in-Pad Plated Over (VIPPO) संरचनाओं में जाते हैं, तो ज्यामिति असंगति तब विनाशकारी हो जाती है। यहीं पर अधिकांश आधुनिक “पास-लेकिन-फेल” परिदृश्य होते हैं।

स्टैक्ड माइक्रोविया पर विचार करें। इस संरचना में, लेयर 1 पर लेजर-ड्रिल्ड विया लेयर 2 पर एक दफन विया से जुड़ता है, जो लेयर 3 से जुड़ता है, ये सभी सीधे एक-दूसरे के ऊपर स्टैक होते हैं। यह यांत्रिक रूप से नाजुक होता है और यदि प्लेटिंग रसायन विज्ञान सही नहीं है तो इंटरफेस पर अलगाव के लिए प्रवण होता है। हालांकि, यदि विक्रेता एक मानक कूपन का उपयोग करता है जो इन वियाओं को स्टैगर करता है—इन्हें एक-दूसरे से ऑफसेट रखता है—स्टैकिंग के बजाय, तो तनाव प्रोफ़ाइल पूरी तरह से बदल जाती है। एक स्टैगर कूपन थर्मल साइक्लिंग परीक्षण पास करेगा जो एक स्टैक्ड विया को अलग कर देता है। आप एक सौम्य संरचना को मान्य करते हैं जबकि एक टिक-टिक करता हुआ बम भेज रहे होते हैं।

फिर VIPPO दुःस्वप्न आता है। इस प्रक्रिया में, एक विया को प्लेट किया जाता है, एपॉक्सी से भरा जाता है, और फिर तांबे से “कैप” किया जाता है ताकि एक घटक सीधे ऊपर सोल्डर किया जा सके। यहाँ खतरा है “डिम्पलिंग” या कैप पृथक्करण का, जो एपॉक्सी फिल के आउटगैसिंग के कारण होता है। यदि आपका डिज़ाइन BGA ब्रेकआउट के लिए VIPPO का उपयोग करता है लेकिन विक्रेता का मानक कूपन खुले थ्रू-होल्स का उपयोग करता है, तो माइक्रोसेक्शन कभी भी कैप प्लेटिंग या फिल की गुणवत्ता नहीं दिखाएगा।

यह अक्सर IPC क्लास 2 और क्लास 3 के बीच बहस में झूठा आत्मविश्वास पैदा करता है। खरीद टीम क्लास 3 अनुबंधों के लिए कड़ी लड़ाई करती है, यह मानते हुए कि यह उन्हें विफलता से Immunity देता है। लेकिन क्लास 3 केवल स्वीकृति मानदंडों का एक सेट है (जैसे न्यूनतम प्लेटिंग मोटाई, एनुलर रिंग चौड़ाई)। यदि आप क्लास 3 मानदंडों को ऐसे कूपन पर लागू करते हैं जो भौतिक रूप से आपके बोर्ड जैसा नहीं है, तो आपने विश्वसनीयता नहीं खरीदी है। आपने एक बहुत महंगे, उच्च गुणवत्ता वाले निरीक्षण को खरीदा है जो आपके उत्पाद से संबंधित नहीं है।

कागजी सुरक्षा

यह क्यों होता है? ऐसा क्यों होगा कि एक निर्माण गृह, जिसकी प्रतिष्ठा गुणवत्ता पर निर्भर करती है, ऐसा कूपन उपयोग करे जो बोर्ड से मेल नहीं खाता?

दुर्भावना शायद ही कभी दोषी होती है। आमतौर पर, यह केवल जड़ता और दक्षता होती है। IPC-2221 जैसे मानक कूपन पूर्व-डिज़ाइन किए गए होते हैं। वे पैनल की सीमाओं में अच्छी तरह फिट होते हैं बिना राजस्व उत्पन्न करने वाली जगह को खपत किए। वे क्रॉस-सेक्शन करना आसान होते हैं और माइक्रोस्कोप के नीचे पढ़ना आसान होता है। एक लैब तकनीशियन एक शिफ्ट में पचास मानक कूपन प्रोसेस कर सकता है। जटिल बोर्ड फीचर्स की नकल करने वाले कस्टम कूपन को बनाने में इंजीनियरिंग समय लगता है, वे अधिक जगह लेते हैं, और नमूना नष्ट किए बिना पीसना और पॉलिश करना कठिन होता है।

यहाँ एक विकृत प्रोत्साहन भी काम करता है। एक “गोल्डन कूपन”—जो पास होने के लिए डिज़ाइन किया गया है—उत्पादन लाइन को चलता रखता है। यदि विक्रेता ऐसा कूपन उपयोग करता है जो आपके सबसे कठिन फीचर्स की कड़ाई से नकल करता है, तो उनकी उपज गिर जाएगी। उन्हें उन पैनलों को स्क्रैप करना होगा जो “बॉर्डरलाइन” हो सकते थे। एक उदार कूपन का उपयोग करके, वे जोखिम को अपने स्क्रैप ढेर से आपके फील्ड रिटर्न्स पर स्थानांतरित कर देते हैं।

दस्तावेज़ीकरण इस ढाल को मजबूत करता है। एक मानक CoC में IPC-6012 का पालन सूचीबद्ध होगा। जब तक आपने IPC-6012 परिशिष्ट A की बारीकियां नहीं पढ़ी हैं और विशेष रूप से “A/B कूपन” (डिज़ाइन की विशिष्ट विया संरचनाओं से मेल खाने वाले कूपन) को अनिवार्य नहीं किया है, विक्रेता तकनीकी रूप से अपने डिफ़ॉल्ट स्ट्रिप्स का उपयोग करके अनुपालन करता है। उन्होंने मानक का पालन किया; मानक ने उन्हें कठिन चीज़ों का परीक्षण करने के लिए मजबूर नहीं किया।

सत्य का इंजीनियरिंग

इस चक्र को तोड़ने का एकमात्र तरीका है निर्माण नोट्स पर नियंत्रण लेना। आप विक्रेता पर भरोसा नहीं कर सकते कि वे स्वेच्छा से अपना काम कठिन बनाएंगे।

आपको निर्दिष्ट करना होगा कि परीक्षण कूपन उत्पन्न किए जाएं IPC-6012 परिशिष्ट A. यह विनिर्देशन कूपन जनरेटर को बोर्ड फ़ाइल देखने, “सबसे कठिन फीचर” (MDF)—चाहे वह सबसे छोटा ड्रिल हो, सबसे तंग पिच हो, या सबसे गहरा ब्लाइंड विया हो—पहचानने और उस फीचर की नकल करने वाला कूपन उत्पन्न करने के लिए मजबूर करता है।

महत्वपूर्ण रन—एयरोस्पेस, मेडिकल, या उच्च-आयतन ऑटोमोटिव—के लिए आपको और आगे जाना होगा। मांग करें कि कूपन केवल पैनल सीमा पर ही नहीं, बल्कि पैनल के केंद्र में, या कम से कम सक्रिय क्षेत्र में रखा जाए। हाँ, यह जगह खपत करता है। हाँ, आपको प्रति पैनल कम बोर्ड मिलेंगे। विक्रेता विरोध करेगा। वे आपको बताएंगे कि इससे यूनिट लागत बढ़ती है।

यह वह क्षण है जब आपको “गुणवत्ता की लागत” का मूल्यांकन करना चाहिए। उस पैनल स्पेस की लागत की गणना करें—शायद प्रति यूनिट कुछ डॉलर। अब एक फील्ड रिकॉल, लाइन-डाउन स्थिति, या इंजीनियरों की एक टीम जो एक कॉन्ट्रैक्ट निर्माता के पास “घोस्ट” विफलता को डिबग करने के लिए उड़ान भरती है, की लागत की गणना करें। एक सच्चे कूपन की स्क्रैप लागत एक बीमा प्रीमियम है जो एक झूठे पास की देयता की तुलना में कई गुना सस्ता है।

यहाँ सूक्ष्मता है। कुछ शीर्ष स्तरीय निर्माण गृहों ने आंतरिक कूपन विकसित किए हैं जो IPC मानकों से अधिक सक्षम हैं छिपे हुए दोषों का पता लगाने में। यदि विक्रेता आपके कूपन अनुरोध पर इसलिए विरोध करता है क्योंकि उनके पास एक “बेहतर” आंतरिक प्रणाली है, तो उनकी बात सुनें—लेकिन सत्यापित करें। उनके कूपन संवेदनशीलता पर तकनीकी डेटा मांगें। यदि वे साबित कर सकते हैं कि उनकी विधि उन दोषों को पकड़ती है जिनकी आपको परवाह है, तो वह स्वीकार्य है। लेकिन “हम हमेशा इस तरह करते आए हैं” एक वैध इंजीनियरिंग तर्क नहीं है।

अंततः, एक माइक्रोसेक्शन रिपोर्ट केवल उस नमूने के मूल्य के बराबर होती है जिसे यह नष्ट करता है। यदि आप प्रक्रिया को सबसे आसान रास्ते पर छोड़ देते हैं, तो आप अपने उत्पाद का परीक्षण नहीं कर रहे हैं। आप विक्रेता की उस क्षमता का परीक्षण कर रहे हैं जो आपके बोर्ड पर मौजूद नहीं एक छेद को प्लेट कर सकता है। ज्यामिति को वास्तविकता से मेल खाने के लिए मजबूर करें, और कागज अंततः सच बताएगा।