תעשיית המוליכים למחצה תופסת נתח נכבד בשוק האלקטרוניקה במגוון רחב של מוצרים ואפליקציות כגון: מוצרי צריכה, מוצרי תקשורת, תעשיית הרכב אביזרים ומכשור רפואי, צבאי וחלל, תעשייה וכו‘מחזור החיים למוצרי תעשייה משתנה מ – 6 חודשים 10 שנים. לעומתה תעשיית המוליכים למחצה נשלטת על ידי מימוש של “חוק מור” אומר כי הכפלת מספר התקנים (או שערים) במעגל משולב תתרחש בתוך שטח גיאומטרי נתון כל 18 חודשים. המשמעות הנה: תהליכים חדשים, ציוד הון, וחומרים חדשים עבור מכשירי הדור הבא כל שנתיים. מבלי משים,תהליך תחזוקת ציוד ישן ו/או מתיישן הופך להיות יקר דיו כאשר נוצר הצורך בצ’יפים ישנים. הזמינות של שבבי האלקטרוניקה הצבאית עלולה להשפיע בעיקר על ממוצע מחזור החיים של החומרה הצבאית העולה לפעמים על 10 שנים. גישה פרואקטיבית תתיר שימוש במערכת מודולרית עבור שדרוג רכיב. הכוונה בעיקר בשביל המיקרו מעבדים או מיקרו בקרים לסוגיו. המערכת המודולרית אינה האופציה הכלכלית עבור רכיבים אחרים כגון מייצבי מתח, ממירי אנאלוג לדיגיטל, התקני ASIC, ,תגובות לדרישת רכש עבור פריט מיושן (מעבר למחזור החיים של הצ’יפ) הן:, צ’יפים חלופיים (לעיתים מומלצים ע”י היצרן או יצרנים תחליפיים), מתאמים (מיכני וחשמלי) לצ’יפים חלופיים או עריכה מחדש (עם כל המשתמע). הערכה נכונה של מחזור חיי הצ’יפ לקונה תעזור לו בהיערכות נכונה ותמנע סיכון ושגיאות. עיצוב מחדש הוא לרוב אופציה לא קיימת היות והוא צורך משאבים רבים בעיצוב, לולאות אישור (לרבות תקנים בינלאומיים), מחזורי אימות ועלויות הייצור.
האפשרויות הטובות ביותר הנן צ’יפים תחליפים או מתאם עם צ’יפים חלופיים.
התקנים תחליפים באים בפורמטים של אריזה חלופית דורשים ממיר מארז פשוט. המרה של “עריכת הרגלים” מצ’יפ קיים לסוג או גודל אחר נדרשת במצבים רבים. תעשיית המוליכים למחצה עוברת ומתקדמת ממארזים ישנים של T.H למארזים של SMT כגון: QFP, BGA, וכו‘ לעתים קרובות ימצא היצרן צ’יפ שנקנה במשך שנים למערכת קיימת (כפי שתוכנן במקור) וכיום הוא כבר אינו זמין עוד . עד שיוחלף או יתוכנן המעגל מחדש יידרש המתאם כדי למלא את הדרישה המיידית. לעיתים קרובות מאוד מתאמים אלו הנם במיפוי של 1:1 בין המארז הנוכחי לחדש.
שדרוגי ההתקנים הוא עוד תחום שבו נדרשים מתאמים. כאשר חברת ABC משחררת את הגרסה המעודכנת החדשה של מיקרו מעבד XYZ, זה כנראה לא יהיה באותה החבילה / התצורה. לעתים קרובות מתאם מארז פשוט מאפשר ליצרן לנצל ולהגדיל את ביצועיו של הצ’יפ החדש מבלי לשנות את המעגל מודפס שלהם המאפשר חיסכון ענק בעלויות בעת הפנייה לשוק (בשלבים הראשוניים של השיווק).
תיקון הבעיה במעגל מודפס קיים, עקב טעות בעריכה של הצ’יפ, הוא עוד פונקציה למתאם מארז. מתאמי מארז נקראים לעיתים “מתאמי תיקון” היות והם יכולים להיות ספציפיים לפי דרישת לקוח ומותאמים לתיקון הדרוש.
הבה נבחן כמה דוגמאות של מתאמי מארז כדי להבין איך זה יכול לפתור את סוגיות התיישנות. לדוגמה ה-MAX555 הוא רכיב מתקדם , 12-bit-ממיר אנלוגי דיגיטאלי מונוליתי (DAC) מיוצרים על ידי MAXIM במארז של PLCC 68. התקדמות טכנולוגית דחפה את ה-MAX555 להיות מיוצר במארז 64 TQFP משופר עם פד תרמי במרכזו עבור פיזור חום להפחתת ההתנגדות התרמית מ28°C/Wל 25°C/W. המעבר מ PLCC לחבילת TQFP שינה את הכיוון ה-Die במארז, מה שגרם לשינוי גם ב-Pin Out. MAX555 זמין רק בחבילת TQFP וזה גורם לתכנון מחדש (עבור מעגלים קיימים) או שימוש במתאם מארז. מעגל דו שכבתי פשוט יחסית הכולל עריכה ל- TQFP באמצעו ותבנית של PLCC סביבו ומוליכי אותות בין TQFP אל PLCC. J – lead מחקה את מארז ה- PLCC במקום בו יש להצמיד את עריכת ה-PLCC .
ה-MAX555 במארז TQFP MAX555 הולחם למעגל עם עריכת ה-TQFP. עיצוב יעיל של השטח יכול להיות מושג על ידי הרכבה הרכיב המשודרג בצידו התחתון של מתאם המארז. בגלל שמיקום ה-Dieבמארז ה- TQFP הוא שונה מן הכיוון שלה במארז ה- PLCC, הרכבה תחתונה תספק את אורך האות הקצר ביותר האפשרי ממוליך ה- TQFP ל—J-lead. מתאם המארז עם רכיב ה- MAX555 מוכן להתקנת SMT על מעגל מודפס הערוך למארז PLCC 68 פינים. העיצוב הקומפקטי מאפשר מוכנות לייצור כלומר: אריזת המתאמים בסרגלים/ממוקמים במגשים או על סרט גלולים כדי לאפשר תהליך של Pick & Place להרכבה בכמויות גדולות בדומה לתהליך הרכבה של צ’יפ רגיל. מתאם המארז יכול להיעשות מקו אדמה נפרד בכדי לבודד קווים דיגיטאליים מעקבות בצד העליון ולאפשר פיזור חום יעיל. במקרה זה מומלץ על ידי יצרן הצ’יפ, כי מוליכים מנותבים מתחת ל- TQFP ישמרו על עכבה של Ω 50 לקו ההולכה בכדי לשמור על שלמות האות האופטימאלי. העברת קו מתח או אדמה על שכבה סמוכה למוליכים אלו תעזור לשמור על העכבה. יתר על כן, אותות השעון צריכים להיות מנותבים בצורה שזורה (Twisted Pair) וגם להיות מבודדים מקווים דיגיטאליים כדי להבטיח קו שעון נקי. אפשור מעגל מודפס עם כל המאפיינים הנ”ל דורשת משאבי תכנון משמעותיים וכן עלויות ייצור גבוהות. יישום תכונות אלו על מעגל מתאם קטן יוכיח הוזלה ויאפשר הלחמה נקייה ללא תפירות.
דוגמה נוספת היא החלפה של Bus Gate Array Asic. הצ’יפ הזה נעלם (התיישן) ובמקומו מוצע מארז חדש של (128-Pin PQFP (0.8mm . תצורת ה- 128 הנה 35X35 מ”מ² על גבי המעגלים המודפסים. במידת הצורך, בכל צד של הרכיב ניתן להרחיב עד 3.00 מ”מ. זה יכסה שטח המרבי של 41X41 מ”מ² מעבר לקווי המתאר של הצ’יפ. בגלל הממדים המכנים של מודול הרכבה, אסור שרכיבים על ה-Mother Board (מעגל הלקוח) יעלו על גובה 12.7 מ”מ. משמעות הדבר היא מתאם המארז לרבות הרכיבים עליו צריכה להיות נמוכה מ 12.7מ”מ. אין רכיבי CPLD 5V רבים זמינים בימים אלה. למרבה המזל, Actel עדיין מייצרת סדרה של רכיבי CPLD העונים לדרישות הלקוח. הסדרה שנבחרה היא 42MX. הרכיב הספציפי |(הצ’יפ) היא רכיב A42MX16 במארז TQFP בעל 176 פינים (מרווח של 0.5 מ”מ). הצד התחתון תוכנן עבור PQFP בעל 128 פינים וצידו העליון תוכנן למארז TQFP בעל 176 פינים. מלבד לצ’יפ TQFP הכולל 176 פינים המורכב על צידו העליון של המתאם נכלל גם מתנד שעון SMD (5X7 מ”מ וכן חמישה או שישה נגדים/ קבלים רכיבים כפי שתוכנן על ידי הלקוח. מארז הנגדים והקבלים הנו 0603 כמבוקש ע”י הלקוח (וזאת כדי למלא את החלל של 41X41 מ”מ²). במקום להשתמש בטכנולוגית Gull Wing (המכילה עופרת), נעשה שימוש בטכנולוגיית Solder Column (דומה מאוד להתקנה ותהליך של BGA )כדי לממשק בין המתאם לMother Board של הלקוח. כמו כן טכנולוגיה זו תבטיח גובה רצוי של עד 12.7 מ”מ.
כאשר זמינות או ביצועים של צ’יפ (IC) נתון הופכת לבעיה, שימוש באמצעות מתאם מארז עם רכיב/צ’יפ חלופי, ללא תכנון מחדש של המעגל המודפס במערכת הלקוח היא האפשרות החסכונית ביותר הן מבחינת הזמן והן מבחינת העלות. התקדמות הטכנולוגיה, כגון
shaped solder, J-lead, edge routing, flex
יכולים לפתור כל סוג של האילוצים העומדים בפני המוצר הסופי. מתאמים אלו יכולים להיות מיוצרים בתהליך Rohs או Non Rohs תלוי במגבלות המשתמש הסופי. מתאמים פשוטים או מורכבים יגדילו את ממוצע מחזור החיים של הרכיב דבר שהוא מחויב עבור יישומים צבאיים במיוחד.
*הכתבה תורגמה ע”י בני סימון מחברת מגוון טכנולוגיות והנדסה, נציגתה של חברת Ironwood Electronics בישראל.
