מאת: יובל הרניק, Foil Resistors () Vishay Precision Group. בעשור האחרון, אנו עדים לזינוק משמעותי במגמה של התיישנות (obsolescence) רכיבים אלקטרונים פסיביים ואקטיביים כגון נגדים, קבלים, סלילי השראה ובנוסף מעגליים אינטגרליים (ICs). מגמה זו מהווה אתגר לצרכנים ומשתמשים סופיים (OEM) ולמהנדסים בתחום החלל, התעופה והצבא (AMS). רבים מהרכיבים שנכנסו לרשימת הרכיבים (BOM) לפרויקטים רגישים והוסמכו החל משנות ה-90 ובתחילת המאה ה-21, נהפכו למרבה הצער ללא זמינים ומיושנים שמאוד קשה להשיג. הסיבות לקושי למצוא את אותם הרכיבים נובעות מההחלטה של יצרני רכיבים להפסיק לייצר רכיבים עם עופרת, או בשל לחץ מצד חברות להפחתת עלויות של רשימת הרכיבים המאושרת, שמסתיים בדרך כלל בחיפוש אחר רכיבים אלטרנטיביים זולים באסיה.
ההשלכות של הפסקת הייצור של רכיבים רבים והגדרתם כפסולים לייצור, יוצרת בלבול וחוסר ודאות בעיקר כשזה מגיע לשלב שצריכים לאשר רשימת רכיבים לפרויקטים חדשים. רבים מהיצרנים בתחום החלל, צבא ותעופה החלו לעודד ללא כוונה מצדם מעבר מנגדים מדויקים מסורתיים שעברו הכשרה לשימוש בתחומים רגישים עם רמת אמינות גבוהה, מדודה ומבוקרת (established reliability
– traditionaly precision resistors) וחלקם עברו הסמכה לפי תקנים מחמירים כגון
DESC) – Electronics Supply Center) לרכיבים סטנדרטים ומאוד בסיסיים מהמדף שידועים גם בכינוי .
לחץ ישיר ועקיף מגורמים מגוונים בתעשייה הצבאית זרז תהליכי התיישנות של נגדים מדויקים ובו בזמן יצר קרקע פורייה לזיוף רכיבים (counterfeiting) והופעת יצרני נגדים רבים בעולם ובעיקר באסיה. יצרני הרכיבים הקיימים לא ישבו בחוסר מעש והחלו מיד לקחת חלק פעיל במעבר מרכיבים מוסמכים לרכיבים סטנדרטיים ועדכנו את דפי הנתונים, בצעד זה טושטש ההבדל המהותי בין הנגדים המדויקים שיועדו מלכתחילה לתחומים עם אמינות ויציבות גבוהים לנגדים סטנדרטים לתעשייה שמחירם נמוך בהרבה. ההבדל במחיר נובע בעיקר מהדרישה לבצע על אותם נגדים מוסמכים שרשרת בקרה ובדיקות מחמירות לפי תקנים אירופאים או אמריקאים. ללקוח הסופי שנתקל בתופעה לעיל ללא מוכנות מספקת נותר לבצע בדיקה מעמיקה בכלים הקיימים כדי לוודא את ההיסטוריה של היצרנים של אותם נגדים סטנדרטים, לנסות ולאמת את הנתונים בדפי הנתונים בכלים שעומדים לרשותו והכי חשוב להתעקש על קבלת דוגמאות כדי לנסות ולבדוק אם מה שנכתב על ידי היצרנים עומד בציפיותיו.
אם חוזרים אחורה בזמן, מגלים כי בשנות ה-60 החל הזינוק המשמעותי של ביקוש לרכיבים ובמיוחד נגדים מדויקים, עם התעוררות עידן המכשור הצבאי, לווייני תקשורת והמרוץ לחקר החלל, בעקבות כך נוצרה דרישה לנגדים מדויקים בעלי רמת אמינות ויציבות גבוהים. מהנדסי פיתוח היו צריכים להיות בטוחים שהנגדים שהם בוחרים למעגל יתנהגו כפי שמציין היצרן בדפי הנתונים וללא תלות בבחירת היצרן עצמו. זו הייתה הדרך היחידה להבטיח שהמערכות שעולות מיליוני דולרים יתפקדו באופן דומה תחת חשיפה לתנאי סביבה קיצוניים בים, ביבשה ובחלל. יותר חשוב היה לוודא שרכיבים חלופיים יוכלו להיות שימושיים ללא השפעה קריטית על ביצועי המערכות וללא ירידה ברמת האמינות. היה נחוץ ליצור מנגנון ותנאי הסמכה שיבטיחו אחידות בביצועים של הנגדים ויוודאו את רמת האמינות שלהם.
בנוסף לדרישות הבסיסיות, הדרישות הצבאיות הקפידו לציין בפירוט את שלבי הבקרה והבדיקות בפרוטוקול הייצור הקפדני והסתמכו על אנליזה של אלפי שעות עומס על הנגדים וניתוח סטטיסטי כדי לקבוע דרגות אמינות שונות. יצרני נגדים שקווי הייצור שלהם הוסמכו לפי התקנים הדרושים והקפידו על תחזוקה שוטפת של בדיקות על הנגדים, יכלו לספק נגדים בעלי הסמכה למגוון פרויקטים צבאיים. קיום ועמידה בתנאי ההסמכה יצרו חזית משותפת בין יצרני הנגדים שבעצם מכרו את אותו הנגד אך ממקורות מוסמכים שונים. כמובן שעבור כל נגד מטכנולוגיה שונה כגון נגדי יריעה, נגדים מלופפים, נגדי שכבה דקה ועבה התאימו תקנים ספציפיים שתואמים לאופן תהליך הכנת הנגד ותכונותיו שנגזרות בעיקר ממאפיינים פנימיים שנטבעים בו במהלך התהליך. ההבדל בין הטכנולוגיות השונות מתבטא בעיקר במקדם הטמפרטורה של ההתנגדות, אפיצות ראשונית ויציבות לטווח ארוך. במקרים רבים התקנים לא ענו לדרישות הקפדניות של הפרויקטים ונכתבו הוראות ייצור שהותאמו לטכנולוגיה ולתוצאות המבוקשות כגון עמידה בשינוי מקסימלי של 0.1% לאחר 10,000 שעות
(תחת עומס ותנאי סביבה ידועים מראש).
חשוב לציין שמחירם של הנגדים המוסמכים לשימושים צבאיים היה גבוה יותר מאותם נגדים בקווי הייצור הסטנדרטים. העלויות של ההסמכה והבקרה הרצופה לא היו זולות והיה צריך להכיל אותם במחיר הנגד. העלות כללה את ההסמכה הראשונית, בקרה, דגימות מהייצור, אנליזה, דוחות, ביקורות תכיפות על ידי גורמים פנימיים וחיצוניים ובעיקר עלות עשרות אלפי הרכיבים שהוכנסו לבדיקות יציבות תחת עומס לאלפי שעות.
במהלך שני העשורים האחרונים ובעקבות חדירת הנגדים המוסמכים “ESTABLISHED RELIABILITY – ER” כמעט לכל המערכות הרגישות בעיקר בתחומי החלל, הצבא והתעופה ובו
בזמן הפעלת לחץ להורדת עלויות של הרכיבים במעגל החלה להיווצר מגמה שתגשר על הפער בין הרצוי למצוי
והחלה התופעה של יצירת רכיבים
סטנדרטים בקווי ייצור של רכיבים מוסמכים תחת הכינוי רכיבים מהמדף
COTS – commercial off-the-shelf.
הרכיבים מהמדף הינם זולים מאותם רכיבים מוסמכים בעיקר משום שנחסכת ההוצאה על בדיקות קפדניות ובקרה שמוכתבת מראש על ידי הפרוטוקולים הצבאים. יצרני רכיבים ובעיקר נגדים חדשים צצו בכל פינה, כבר לא צריך להיות ספק מוסמך או להיות מצוין על Qualified Suppliers List כדי לקחת חלק בפרויקטים צבאיים. כמובן רצוי מאד שיצרן הרכיבים יהיה בעל ניסיון מוכח בתחום הרכיבים המוסמכים וכמי שלקח חלק בעבר או עדיין פעיל בתחום ה-QPL. אך זו רק המלצה ולא דרישה מוכתבת מראש. מעבר מרכיבים מוסמכים ומבוקרים על ידי פרוטוקולים חיצוניים לרכיבים סטנדרטים מהמדף גרמו לנושא העלות ליחידה להוות חלק דומיננטי ועיקרי בתהליך בחירת הנגד המדויק על ידי מהנדס הפיתוח ולגבור על שיקולים לא פחות חשובים בבחירת הנגד הנכון למעגל האנאלוגי כגון מידע זמין על התנהגות הנגד לטווח ארוך או ניסיון מוכח של היצרן בתחום רכיבים מדויקים ואמינים. חמור מכך היה שהשינוי חילחל מיד לתוך דפי הנתונים שהפכו להיות יותר כהמלצה כללית עבור הרכיבים מאשר מסמך מגבה, מחייב ומפורט לביצועים והתנהגות הצפויים מאותו נגד, לא עבר זמן ודפי הנתונים התמלאו בנתונים לא ברורים שנועדו לעשות כותרות ולתפוס תשומת לב במקום לספק מידע אמין על ביצועיו של הנגד לאורך זמן.
מעבר לרכיבים סטנדרטים באפליקציות צבאיות אפשר ערבוב של מספר טכנולוגיות נגדים באותו יישום למרות ההבדל המשמעותי בביצועים. לדוגמא לנגדים מדויקים יכולה להיות אותה התנגדות ואפיצות אבל שוני בהתנגדות שלהם תחת שינוי טמפרטורה סביבתית – (TCR)
temperature coefficient of resistance, שינוי בתגובה לחימום פנימי – Self-heating ועוד תכונות כגון: thermal
EMF,current noise, harmonic distortion ,ESD ,thermal stabilization והכי משמעותי
הבדל ב-end-of-life cumulative deviations
(or total error envelope). אף אחת מהתכונות לעיל אינה מוכלת באופן אוטומטי כאשר הנגד המדויק מוגדר רק לפי ערך ואפיצות (tolerance). מציאת תחליפים לנגדים מדויקים במעגל מתבצעת בדרך כלל לפי העיקרון של שמירה על form, fit, and function
(FFF). נגדים מדויקים נבחרים כדי להתאים לדרישות הראשוניות של המעגל ולא תמיד נלקחים בחשבון אמינותו של הנגד לטווח ארוך או השפעת גורמים נוספים שלא מוזכרים מלכתחילה בדפי הנתונים. הקו המנחה בבחירת נגדים מהמדף הינו שהם הרבה יותר זמינים על ידי היצרן וכנראה מובטחת זמינותם לטווח ארוך יותר.
ברכיבים שהוסמכו לפי התקנים האמריקאים established-reliability (ER) ,EEE-INST-002 כל המאפיינים הקריטיים שנדרשים מהנגד המדויק לטווח ארוך נשמרים ומובטחים בעזרת פרוטוקול מחמיר שמיושם בכל שלבי הייצור ומגובה בתיעוד התוצאות וניתוחן.עם הבחירה ברכיבים מהמדף שלב בחירת והתאמת הנגד מתמקד בעיקר על מחיר יחידה ולא עלות לטווח ארוך. הלחץ להוריד עלויות משפיעה על בחירה אובייקטיבית של הרכיב המתאים ולפעמים יכול גם להשפיע על אמינותו לטווח ארוך. שיקולים מהותיים של עלות מול מחיר יוצרים יותר אתגרים בטווח הארוך של הפרויקט כאשר עלויות התיקון, כיול והחלפת הנגדים גדלה לעומת ההשקעה הראשונית שקטנה כאשר מול כל אחת מהשלבים הללו מתמודדת קבוצה שונה עם אינטרסים אחרים של חיסכון בטווח הקצר לעומת חיסכון לטווח הארוך. במיוחד כאשר המערכת מוטמעת בשטח ונדרשת אחזקה שוטפת ותמיכה טכנית שתבטיח את ביצוע הנגדים לפי הבטחת היצרן.
חשוב להכיר בעובדה שהמונחים “מסחרי”, “סטנדרטי”, “כרגע זמין” הם חלק אינטגרלי מרכיבים שזמינים מהמדף – COTS יצרנים מסחריים בדרך כלל מונעים משיקולים כלכליים דינמיים. רכיבים יכולים להעלם מהמדף באותה מהירות שהם הופיעו לראשונה. יצרנים יכולים לקבל החלטה כלכלית שתתמוך ברוב לקוחותיהם שדורשים מעבר לנגדים ללא עופרת וגורמים לבעיה אצל אותם לקוחות שדורשים רכיבים עם עופרת. המונח זמין מהמדף שנועד לספק ערבויות למשתמשים לטווח ארוך מתחיל להיראות לא רלוונטי וגורם לכאבי ראש לא קטנים בקרב יצרני ציוד צבאי, תעופתי ולחלל, שהסמיכו אותם נגדים בידיעה שמצד אחד הם חוסכים בעלויות ומצד שני מקבלים ערבויות מהיצרניים לאספקה לטווח ארוך ושמירה על אותם ביצועים, ללא תלות בתאריך הייצור. יתרון נוסף שקיים ליצרנים של נגדים מהמדף הינו שהם יכולים לבצע שינויים ללא דרישה להוכיח עמידה בביצועים ואמינות ולבקש אישור על כך מהלקוחות דבר שמנוגד ליצרנים של נגדים מוסמכים.
כאשר יצרן מחליט בוקר אחד להפסיק לייצר נגד מסוים, הוא בעצם הופך את הנגד להיות מיושן Obsolete, לפעמים אך לא תמיד, היצרן יכול להציע תקופה מסוימת ומוגבלת של ייצור עבור אותו פריט Last Time Buy, אך עדיין מצב זה גורם לאי נוחות אצל הצרכן הסופי ועלויות רבות שלא תמיד נלקחו בחשבון בשלבי התכנון. ישנם צרכנים שמחליטים על רכישת כמויות גדולות מאותו פריט שמועמד להתיישנות. אך גם בצעד זה קיים סיכון שהכמויות לא תמיד יספיקו או שרכיבים ישכבו על המדף לטווח ארוך וביצועם יושפע מכך עקב חדירת לחות, חמצון ופגיעה בטרמינלים. בעקבות כך המשתמש הסופי יצטרך לתכנן את המעגל עם נגד מדויק חדש, צעד שגובל בעלויות גבוהות שמצריך אנליזות בדיקות, ובמקרים מסוימים הסמכה מחודשת של המעגל והמוצר הסופי. מסיום חיי המדף של הנגד המדויק אצל היצרן, הלחץ על המשתמש והופעת נגדים מזויפים
resistors הדרך מאוד קצרה ומתבקשת. הקניין מתחיל להפעיל לחץ אצל המפיצים המורשים ואצל הברוקרים, כולם מחפשים אלטרנטיבה מהירה וזולה ומהר מאוד העניינים יוצאים מכלל שליטה ומופנים למקורות אפלים ולא מוסמכים בעיקר באסיה. מהר מאוד מרגע שיצרן מקומי מזהה את הפוטנציאל הכספי מאחורי הרכיב שהוחלט על הפסקת ייצורו ועד שרכיב דומה קורם עור וגידים ומגיע לשולחנו של הקניין נוצרת שרשרת אספקה כביכול תקינה למראית עין שמשדרת לכולם שנמצא פתרון והרכיב יוכל לספק אותן דרישות כמו הרכיב המקורי ולשם כך נאמר אם יש ספק אין ספק.
לסיכום חשוב שכל משתמש יכיר את מקור הרכיב שהוא בחר להשתמש, את המוניטין וההיסטוריה של היצרן. ידרוש לראות תוצאות של עמידות לתנאי סביבה שתואמים את הפרויקט, יבקש דוגמאות ולעולם לא יתחבר למקור לא מאושר או ללא סימוכין כי המחיר לא תמיד מתבטא רק בעלות הרכיב אלא העלויות המתמשכות שקשורות לזמן חייו של הפרויקט או המוצר הסופי.
