रग्ड बिल्ड्स में 0402 पासिव्स की छिपी हुई लागत

PCB मिनिएराइजेशन के लिए धकेकने से 0402 पासिव्स कई डिजाइनों में डिफ़ॉल्ट विकल्प बन गई हैं। छोटे फुटप्रिंट बेहतर रूटिंग, उच्च घटक घनत्व और एक कॉम्पैक्ट बोर्ड की साफ-मोटी सुंदरता का वादा करते हैं। नियंत्रित पर्यावरण में शांत जीवन के लिए नियत उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए, यह प्रतिक्रिया तर्कसंगत है। आकार में कमी सीधे ही सामग्रियों और रियल एस्टेट में बचत कर सकती है, जिसमें कुछ विश्वसनीयता का त्याग किया जाता है।

लेकिन वह तर्क कठोर-ड्यूटी अनुप्रयोगों में कलंकित हो जाता है।

ऑफ-रोड वाहनों, रेल सिस्टम और औद्योगिक नियंत्रणों के लिए—किसी भी पर्यावरण में जो स्थायी वाइब्रेशन, त्वरित थर्मल साइकिलिंग और क्षेत्र सेवा की आवश्यकता से परिभाषित होता है—छोटा 0402 पासिव विफलता के तरीके पेश करता है जो चुपचाप किसी भी प्रारंभिक बचत को मिटा देते हैं। असेम्बली के दौरान टॉम्बस्टोनिंग, वाइब्रेशन के तहत सोल्डर जॉइंट थकान और रीवर्क की क्रूर आर्थिकताएँ, सब कुछ थोड़े बड़े 0603 फुटप्रिंट का समर्थन करती हैं। कठोर पर्यावरण में, मिनिएराइजेशन प्रतिक्रिया को चुनौती दी जानी चाहिए।

थर्मल मास टॉम्बस्टोनिंग कैसे चलाता है

टॉमबस्टोनिंग उसी तरह है जैसे कि यह सुनाई देता है: एक निष्क्रिय घटक रिफ्लो के बाद एक पैड पर सीधा खड़ा होता है, निरुपयोगी। यह एक ओपन सर्किट है जो आसानी से दृश्य निरीक्षण से बच निकलता है। मूल कारण रिफ्लो के दौरान हीटिंग दर में अंतर होता है, जो कि एक भौतिक प्रक्रिया है जो घटक भार कम होने पर अधिक कठोर हो जाती है।

रीफ्लो के दौरान, प्रत्येक पैड पर सोल्डर पेस्ट तरल हो जाता है, जिससे कंपोनेंट पर सतह तनाव उत्पन्न होता है। आदर्श रूप से, ये बल संतुलित होते हैं, जो कंपोनेंट को सपाट खींचते हैं। लेकिन यदि एक पैड तेजी से गर्म होता है, तो उसका सोल्डर सबसे पहले तरल हो जाता है, जिससे असंतुलित खींचाव पैदा होता है। यह घुमाव टॉर्क यदि पर्याप्त मजबूत है, तो कंपोनेंट को उल्टा कर सकता है यदि वह भाग की इनर्सिया को पार कर सके। 0402 पासिवेस के साथ, जो एक मिलीग्राम से कम वजन करते हैं, यह अक्सर होता है।

असमान तापमान के मेखानिक्स

कंपोनेंट की थर्मल मास, उसके पैड, और चारों ओर के तांबे का सभी अंतःक्रिया रफ्लो रैंप के दौरान होती है। यदि एक पैड बड़े तांबे की परत या ग्राउंड प्लेन से जुड़ा होता है, तो वह ग्रह हीट सिंक के रूप में कार्य करता है, सोल्डर पेस्ट के तापमान बढ़ने को धीमा कर देता है। विपरीत पैड, जो शायद एक पतली, थर्मली पृथक ट्रेस से जुड़ा हो सकता है, बहुत तेज गर्म होता है। गर्म पैड पर सोल्डर सबसे पहले तरल हो जाता है, जिससे कंपोनेंट गीला हो जाता है और पूरी ताकत के साथ खींचता है जबकि दूसरे छोर को ठोस पेस्ट में स्थिर किया गया है।

यह थर्मल विभेदन सभी डिजाइनों में मौजूद है, लेकिन इसका प्रभाव कंपोनेंट के घुमाव प्रतिरोध पर निर्भर करता है। एक भारी 0603 कंपोनेंट में अधिक इनर्सिया होती है और वह टॉर्क का विरोध करता है। एक 0402, अपनी नगण्य_mass_ के साथ, ऐसा नहीं करता। जब तेजी से थर्मल रैंप का उपयोग कर चक्र समय को अनुकूलित किया जाता है, या जब एक बोर्ड में अनिवार्य रूप से थर्मल विषमता होती है, तो 0402 टॉमबस्टोनिंग के लिए एक प्रमुख उम्मीदवार बन जाता है।

स्ट्रक्चरल वल्नरेबिलिटी

0402 फुटप्रिंट इतना छोटा है—लगभग एक मिलीमीटर बाई आधा मिलीमीटर। इसके सोल्डर जॉइंट बहुत ही छोटे संपर्क क्षेत्र में होते हैं। यहां तक कि छोटे बल भी महत्वपूर्ण घुमावदार क्षण उत्पन्न करते हैं क्योंकि लीवर आर्म छोटा है और स्थिर करने वाला भार लगभग न के बराबर है। एक 0603 कंपोनेंट 50% बड़ा है, लेकिन इसका भार बहुत अधिक है, क्योंकि मात्रा घनात्मक रूप से स्केल होती है। भले ही यह अंतर ताप से असमानता से अप्रभावित न हो, लेकिन फ्लिप करने के लिए जरूरी थर्मल असमानता बहुत अधिक है।

पैड डिज़ाइन और सोल्डर पेस्ट मात्रा जोखिम को कम कर सकते हैं। असमान रूप से डिज़ाइन किए गए पैड या सोल्डर मास्क डैम मदद कर सकते हैं, लेकिन ये डिज़ाइन जटिलता और प्रक्रिया संवेदनशीलता बढ़ाते हैं। वे कम भार की मौलिक कमजोरी को समाप्त नहीं कर सकते। कठोर उत्पादों के लिए, जो पुनः कार्य के दौरान कई रिफ्लो चक्र देख सकते हैं या जो असमर्पण परिस्थितियों में असेंबल किए गए हैं, वह त्रुटि का मार्जिन महत्वपूर्ण है। 0603 यह भौतिकी के माध्यम से प्रदान करता है।

वाइब्रेशन-प्रेरित सोल्डर जॉइंट फेल्योर

कंपन एक निरंतर यांत्रिक तनाव है। एकल झटके के विपरीत, सतत कंपन सोल्डर फलेट में चक्रीय Flexion चलाता है। प्रत्येक Flexion माइक्रोस्कोपिक दरारें शुरू कर सकता है जहां सोल्डर कंपोनेंट या पैड से मिलते हैं। लाखों चक्रों में, ये दरारें फैलती जाती हैं जब तक कि जुड़ाव टूट न जाए। विफलता की दर तनाव का एक कार्य है, और SMT संग्रहण के लिए, कंपोनेंट मास और बॉन्ड क्षेत्र ही उस तनाव को नियंत्रित करते हैं।

ऑफ़-रोड उपकरणों में इलेक्ट्रॉनिक्स कच्चे इलाके से ब्रॉडबैंड कंपन का सामना करते हैं; रेल सिस्टम कम-आवृत्ति वाली कंपनें प्रबलता से पीसीबी में संलग्न होती हैं। दोनों मामलों में, बोर्ड flex करता है, और सोल्डर जुड़ने को वह तनाव अवशोषित करना पड़ता है। 0402 निष्क्रिय, जिसकी न्यूनतम मास और छोटे सोल्डर फलेट हैं, इस तनाव को एक नाजुक यांत्रिक लिंक में केंद्रित करता है।

रेज़ोनेंस तनाव का भौतिकी

जैसे ही एक पीसीबी कंपन करता है, किसी कंपोनेंट पर अभिमुखीय शक्ति उसकी मास और त्वरितता का गुणनफल है। यह शक्ति सोल्डर जुड़नों में Shear तनाव बन जाती है। आप मान सकते हैं कि हल्का कंपोनेंट कम शक्ति का संकेत है, लेकिन संबंध इतना सरल नहीं है। एक ऐसा कंपोनेंट जिसके मास दोगुना हो और बंधन क्षेत्र उससे अधिक हो, वास्तव में अनुभव करता है कम सोल्डर प्रति इकाई क्षेत्र में तनाव।

यहां, 0402 एक अनुपयुक्त अनुपात प्रस्तुत करता है। इसका मास छोटा है, लेकिन इसका सोल्डर जुड़ाव क्षेत्र अनुपातहीन रूप से छोटा है, जिससे तनाव केंद्रित हो जाता है। पतला सोल्डर फलेट भी उस ज्यामिति से वंचित है—जैसे कि बड़े जुड़ाव के मानस्कस प्रोफ़ाइल—जो लोड को समान रूप से वितरित करने में मदद करता है। जुड़ाव भंगुर हो जाता है, और इंटरमेटलिक परत पर दरार पड़ने का खतरा होता है।

भार और प्रभाव क्षेत्र सुरक्षा कारक के रूप में

0603 कंपोनेंट उपयोगी सुधार प्रदान करता है। इसका मास लगभग 0402 से तीन से चार गुना अधिक है, जबकि इसका पैड क्षेत्र लगभग दोगुना है। यह संयोजन तनाव केंद्रित को नाटकीय रूप से कम करता है और कनेक्शन की थकान जीवनकाल को बढ़ाता है। MIL-STD-810 जैसी मानकों के अनुसार विश्वसनीयता परीक्षण अक्सर दिखाते हैं कि 0402 असेंबलियाँ समान कंपन प्रोफ़ाइल के तहत 0603 असेंबलियों की तुलना में कई गुना अधिक विफल होती हैं।

एक उपभोक्ता उपकरण में जिससे मृदु हैंडलिंग के साथ दो साल की जीवनकाल है, अंतर नगण्य हो सकता है। किसी औद्योगिक नियंत्रक में जो लगातार कंपन के बीस वर्षों तक जीवित रहने की उम्मीद है, 0603 का प्रभाव क्षेत्र कोई विलासिता नहीं है; यह एक संरचनात्मक अनिवार्यता है। सोल्डर जुड़ाव उसके घटक का केंद्र है, और इसका आकार तय करता है कि यह दृढ़तापूर्वक पकड़ रखता है या एक छुपा दोष बन जाता है जो क्षेत्र में स्वयं को प्रकट करने का इंतजार कर रहा है।

द रीवर्क कॉस्ट कर्व

कोई उत्पादन प्रक्रिया पूर्ण नहीं है। कुछ प्रतिशत बोर्ड हमेशा पुनः काम करने की आवश्यकता होगी, खासकर कस्टम रग्ड इलेक्ट्रॉनिक्स की कम-मात्रा और उच्च-मिश्रण वाली दुनिया में। उस पुनः काम का आर्थिक दर्द घटक के आकार के साथ रैखिक नहीं है। यह एक तीव्र वक्र का अनुसरण करता है, और 0402 सबसे कठोर छोर पर है।

मैनुअल रूप से 0402 घटक को सोल्डर करना बढ़ाने, स्थिर हाथ और सटीक तापीय नियंत्रण की मांग करता है। पैड इतने nära हैं कि सोल्डर पुल हमेशा खतरा बनते हैं। घटक का कम तापीय मास का अर्थ है कि सोल्डरिंग लोहे के साथ एक पल की लापरवाही इसे नष्ट कर सकती है या पैड को बोर्ड से अलग कर सकती है। एक अनुभवी तकनीशियन इसे कर सकता है, लेकिन यह धीमा और त्रुटिपूर्ण है। एक अनभिज्ञ व्यक्ति अक्सर एक सरल मरम्मत को त्यागे गए बोर्ड में बदल देता है।

समय, कठिनाई, और कूड़ा प्रतिशत

एक 0402 пассив को फिर से काम करना सामान्यतः एक 0603 की तुलना में दो से चार गुना अधिक समय लेता है। इस कार्य के लिए बेहतर उपकरण, कम तापमान और अक्सर एक हॉट एयर स्टेशन की आवश्यकता होती है। हर अतिरिक्त मिनट का श्रम प्रत्यक्ष लागत है। क्षेत्र सेवा परिदृश्य में, इस लागत को यात्रा समय और उपकरण डाउनटाइम से गुणा किया जाता है। इसके विपरीत, 0603 मानक उपकरण के साथ प्रबंधनीय है। इसका आकार और थर्मल मास क्षमाशील हैं, जो पुनः कार्य का समय कम करता है और पहले पास की सफलता दर बढ़ाता है।

यह कठिनाई सीधे उत्पादन दर को प्रभावित करती है। टॉम्बस्टोनिंग और प्लेसमेंट की गलतियों से निरीक्षण पास करने वाले बोर्डों का प्रतिशत कम हो जाता है बिना पुनः कार्य के। जब पुनः कार्य ही विफलता के लिए प्रवण होता है, तो स्क्रैप दरें बढ़ती हैं। लागत में अंतर प्रत्येक त्वरित सुधार किए जाने वाले बोर्ड के साथ जटिल हो जाता है। $50 प्रति की लागत वाले 1000 बोर्डों की उत्पादन श्रृंखला में 2% की स्क्रैप दर में बढ़ोतरी एक $1,000 का दंड है। अतिरिक्त श्रम सहित पुनः कार्य की लागतें तुरंत किसी भी BOM बचत से कहीं ऊपर पहुंच जाती हैं।

कुल स्वामित्व लागत: वास्तविक गणना

एक 0402 घटक की बिल ऑफ मटेरियल्स (BOM) लागत 0603 की तुलना में थोड़ा कम होती है। एक बोर्ड जिसमें सैंकड़ों пасिव होते हैं, यह कुछ डॉलर में जोड़ सकता है। लेकिन कठोर-प्रयोग में, BOM लागत अक्सर कुल स्वामित्व लागत में सबसे छोटी लाइन आइटम होती है।

कुल लागत में असेंबली प्रयाप्तिकता हानि, उत्पादन पुनः कार्य, फील्ड असफलताएँ, और वारंटी सेवा शामिल हैं। ऐसे उत्पाद के लिए जो एक सौम्य वातावरण के लिए निर्धारित हैं, ये द्वितीयक लागतें कम होती हैं। वाइब्रेशन और फील्ड सेवा का सामना करने वाले उत्पाद के लिए, ये समीकरण पर हावी हैं।

मान लीजिए कि एक रेल कार के लिए नियंत्रण प्रणाली है। 0603 का उपयोग करने से BOM में $4 जोड़ता है। लेकिन 0402 डिज़ाइन को 3% टॉम्बस्टोनिंग दर का सामना करना पड़ता है, जिसकी पुनः कार्य लागत $3,000 है और यह 500-इकाई श्रृंखला में $15,000 के स्क्रैप्ड बोर्डों तक ले जाता है। प्रारंभिक $2,000 का BOM बचत एक $18,000 के दंड से नीचा है। फिर, यदि सिर्फ 1% 0402 बोर्ड फील्ड में वारंटी के तहत fails करते हैं, जिसकी लागत $300 प्रति सेवा कॉल है, तो यह एक और $1,500 का नुकसान है।

गणित स्पष्ट है। उत्पाद जीवनचक्र पर, 0603 घटक सस्ता है। छोटा BOM प्रीमियम कई बार पुनः कार्य कम, स्क्रैप, और फील्ड विफलताओं में कटौती करता है।

व्यावहारिक विकल्प बनाने के लिए

रग्ड बिल्ड में 0603 пассив का मामला अनिवार्य नहीं है, लेकिन यह डिफ़ॉल्ट होना चाहिए। 0402 की ओर विचलन एक जानबूझकर इंजीनियरिंग निर्णय होना चाहिए, न कि एक प्रतिक्रिया। विकल्प कुछ मुख्य कारकों पर निर्भर करता है:

• पर्यावरणीय तनाव: यदि डिज़ाइन को स्थायी वाइब्रेशन, थर्मल साइकिलिंग, या फील्ड सेवा का सामना करना पड़ता है, तो 0603 आवश्यक यांत्रिक और आर्थिक स्थिरता प्रदान करता है। सौम्य कार्यालय या उपभोक्ता अनुप्रयोगों के लिए, गणना बदल जाती है।
• पुनः कार्य और सेवा रणनीति: यदि उत्पाद को फील्ड में सेवा देनी है, तो 0603 पुनः कार्य से होने वाले नुकसान का जोखिम कम करता है। यदि यह डिस्पोजेबल, गैर-सेवाशीय वस्तु है, तो पुनः कार्य लागत अप्रासंगिक है, लेकिन फील्ड फेल होने की लागत बनी रहती है।
• उत्पादन मात्रा: उच्च मात्रा, सख्ती से नियंत्रित असेंबली लाइनों में 0402 के लिए टॉम्बस्टोनिंग जोखिम को कम किया जा सकता है। कम मात्रा, उच्च-मिश्रण उत्पादन में वह सांख्यिकीय नियंत्रण नहीं होता, जिससे 0402 लाभप्रदाता बन जाता है।
• स्थान प्रतिबंध: यदि बहुत कम चुनौति है जहाँ बोर्ड क्षेत्र अपेक्षाकृत अनम्य है, तो 0402 अकेली विकल्प हो सकती है। इस विकल्प को पूरी जागरूकता के साथ किया जाना चाहिए, जिसमें कॉन्फॉर्मल कोटिंग, अंडरफिल या बस उच्च विफलता दर को स्वीकार करना शामिल है।

आकार कम करने की प्रवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स डिज़ाइन के लिए अच्छा रही है। लेकिन कठोर-प्रयोग में, वह प्रवृत्ति महंगी पड़ती है। 0603 пассив अप्राचीन नहीं है; यह यांत्रिक और आर्थिक वास्तविकता की एक व्यावहारिक स्वीकृति है। रग्ड बिल्ड में 0402 घटकों का उपयोग करने के छिपे लागतें अब छिपी नहीं हैं। वे मापनीय हैं, वे टाली जा सकती हैं, और वे बड़े आकार के प्रति निर्णायक रूप से संकेत करते हैं।