מגיע זמן שבו כל תכנון צריך לעבור לשלב הייצור. ואולם, המסלול שכל פריט עובר מהרעיון הראשוני לייצור הסופי הוא מורכב ונדיר ביותר שהתקן כלשהו שעובר את התהליך הזה לא ישתנה.
יכול היה להיות נפלא אם לא היו מגבלות של לוחות זמנים או תקציבים. בפרפרזה על דבריו של חייל צבא ארה”ב האל מור [Hal Moore] “שלא כמו בבייסבול, לאחר שלוש מכות אתה עדיין לא בחוץ. תמיד יש עוד משהו שאפשר לנסות…”. מור דיבר על מנהיגות, אך הדברים נכונים גם לגבי תכנון אלקטרוני. ואולם, רובינו לא נהנים מהמותרות של תכנונים חוזרים ללא הגבלה. בנקודה מסוימת, עליך לפסוק, גם אם התכנון עדיין אינו מושלם.
בעבר היה זמן ומקום שבהם היה למהנדסים חופש כזה. בימיה הראשונים, סוכנות החלל NASA טיפחה את הגישה של “הנדסה מבוצעת לשמה”, ואנשי התכנון שלה היו יכולים לשאוף למכונות המעופפות האולטימטיביות, בלי להתייחס לתקציבים או ללוחות זמנים. הספר המצוין “אפולו” מאת צ’ארלס מוריי [Charles Murray] וקתרין בליי קוקס [Catherine Bly Cox] מתאר את גן העדן ההנדסי הזה, לפני שקצב המירוץ לחלל הפך את מציאת הפתרונות לעניין דחוף.
תכנון או ייצור?
לפני עידן התכנון בעזרת מחשב (CAD), כאשר המהנדסים השתמשו בנייר ובעיפרון כדי ליצור ציוד של הדור הבא, הייתה נקודת זמן מוגדרת שבה החל תהליך הייצור. מרגע שפיסת המתכת הראשונה נחתכה, ביצוע שינויים הפך להיות קשה יותר, באופן משמעותי. כל שינוי שבוצע לפני נקודה זו היה תרגיל בנייר ועיפרון, על אף שלשינויים אלו יכולה הייתה להיות תגובת שרשרת שמשפיעה על חלקים אחרים של התכנון.
עם ההתקדמות של תכנון בעזרת מחשב, ביצוע שינויים במהלך שלב התכנון הפך להיות פשוט יותר. התוכנה היותר מתוחכמת שקיימת היום עוזרת ליצור את השינויים האלו ויכולה לנהל (או לפחות להבליט) תוצאות לא מכוונות. תוכנה מודרנית מתקדמת צעד נוסף, וכיום היא מספקת יכולות רבות, הרבה יותר מאשר רק עזרה בתכנון. תוכנת הדמיה יכולה לשכפל פונקציונליות אלקטרונית ולאפשר למהנדסים לבדוק גרסה וירטואלית של התכנון שלהם, בטרם ייחתך חוט אחד. אפשר לבצע בדיקות מכניות בהדמיה עם ניתוח אלמנטים סופיים (FEA) שיכול לחזות כיצד מוצר יגיב לכוחות כגון רעידות, חום וזרימה של זורמים בעולם האמיתי.
ההגדרה המדויקת של ייצור השתנתה אף היא. תוכנת CAD יכולה להתחבר בממשק עם ציוד הדפסה בתלת ממד כדי לאפשר יצירה ובדיקה של אבי טיפוס במהירות. אם נדרש שינוי, העלות והעיכוב הנובעים מהצורך ליצור את הגרסה הבאה הם מזעריים, ובעזרת הגישה לדוגמה פיסית, המהנדסים יכולים להיות בטוחים בתכנון שלהם בטרם יחל הייצור הסדרתי.
תכנון מחברים
כל זה הופך למעניין במיוחד כאשר שוקלים את נושא המחברים. ככל שלא נוח להודות בכך, מחברים אינם החלק החשוב ביותר בתכנון כלשהו. החל במעגל אספקת הכוח הפשוט ביותר עד למרכז הנתונים המורכב ביותר, מחברים הם רק חלק מהתשתית שמאפשר שידור אותות, אספקת כוח או העברת נתונים מחלק אחד לחלק אחר. לכן, לעתים נדירות הבחירה בהם מתבצעת בשלבים הראשונים של התכנון.
ייתכן שעובדה זו לא הייתה כל כך חשובה בימים הראשונים של המיקרו אלקטרוניקה. בשנות השבעים והשמונים, כמעט כל הרכיבים על המעגל המודפס (PCB) נוצרו באופן שיתאימו לפסיעת מרווח של 0.100″ (2.54 מ”מ), שאז היה נפוץ. מחברים, כמו רכיבים פסיביים ואקטיביים, היו מבוססים על גורם צורה נפוץ זה, וכך התאפשרה מודולריות. אם בכל הרכיבים משתמשים באותה פסיעת מרווח נדיבה, די פשוט באופן יחסי להחליף רכיב אחד באחר, ויש שפע מקום בין החיבורים עבור כל העקבות החשובות לאורך שטח המעגל המודפס.
במהלך הזמן, כל הרכיבים האלקטרוניים הפכו להיות קטנים יותר ויותר, והם שאיפשרו ליצור את ההתקנים הממוזערים המוכרים לנו היום. לא היה אפשר לתכנן טלפון חכם עם רכיבי האלקטרוניקה של שנות השבעים.
במהלך השנים גם המחברים הפכו להיות קטנים יותר כדי לעמוד בקצב התכנונים שבהם הם מהווים חלק כה חיוני, אך הביצועים הנדרשים מהם העמידו מגבלה למידה שבה הם יכולים להיות קטנים. אם צריך להעביר במחבר זרם חשמלי משמעותי, המגעים שלו צריכים להיות בעלי גודל מספיק כדי לספק התנגדות נמוכה. המגעים של מחבר שמעביר מתח גבוה חייבים להיות מופרדים באופן פיסי כדי למנוע קשת חשמלית לא רצויה.
בנוסף לדרישות החשמליות של המחברים, בכל תכנון הם נחשבים לאותם אלמנטים בודדים שחייבים לעמוד בתנאים הקשים של העולם החיצוני. מצב זה מציב דרישות מכניות על המבנה שלהם, בניגוד למוליכים למחצה ולרכיבים אחרים שמותקנים על המעגל המודפס. אם מחבר צריך להיות מוגן מפגעי מזג אוויר או אם הוא צריך טיפול באופן קבוע, צריך לתכנן אותו בהתאם. גם המחברים של Samtec שיש להם מרווח מגעים זעיר ביותר (ultra-fine pitch), אשר מיועדים לשימוש בהתקנים הממוזערים של ימינו, חייבים להיות מוקשחים מספיק כדי לעמוד בשימוש יומיומי ללא נזק.
איור 1: האם השארת מספיק מקום…?
קרדיט: SAMTEC
השאר מקום למחברים
התוצאה של כל הדרישות המנוגדות האלו היא מחבר לעתים קרובות גדול יותר ממה שאיש התכנון היה מעונין. לאיש התכנון קל להעריך ב’חסר’ את המקום הנדרש או להעריך ב’יתר’ את היכולות של המחבר עצמו. המתכנן יכול להיות מופתע כאשר יגלה שמחבר יכול בהחלט להיות אחד הרכיבים הגדולים ביותר שבהם הוא משתמש.
