"אם זה עובד – אל תשנה" – האומנם?

במאמר זה אתייחס לתופעת השמרנות הקיימת בחלק מחברות האלקטרוניקה בתחום בחירת הרכיבים כאשר נדרשת אמינות גבוהה במיוחד. .

מאת טוביה לירן; רמון- צ'יפס

במאמר זה אתייחס לתופעת השמרנות הקיימת בחלק מחברות האלקטרוניקה בתחום בחירת הרכיבים כאשר נדרשת אמינות גבוהה במיוחד. בתעשיות אלו, כמו בתחומים רבים אחרים, נהוג ורצוי ללמוד מהניסיון, ולהשתפר באופן מתמיד. פתגמים כגון "עם הצלחה לא מתווכחים", "אם זה עובד – אל תשנה" ודומיהם מקובלים במחוזותינו, ויש להם גם בסיס פילוסופי והגיוני, ולכן נתפסים לעיתים כאקסיומה שאינה ניתנת לערעור.

בתחום הרכיבים לתעופה וחלל, שבהם נדרשת אמינות גבוהה מאד, מתייחסים לאקסיומה זו בחרדת קודש. המושג "מורשת" (""heritage) נתפס במשמעות "כזה ראה וקדש". ישנם רכיבים ומערכות, נוהלי עבודה ונורמות, שלא עודכנו במשך שנים רבות. כך למשל, במקרים רבים נדרש לעבוד על פי הסטנדרד הצבאי האמריקני (Mil-Standard 883), שבמקרים רבים לא עודכן שנים רבות. לדוגמה, הסטנדרד בנושא ESD לא עודכן מאז 1989, ולאחר ניסיון מצטבר של מיליארדי רכיבים הסתבר שהדרישות במפרט זה נטולות הצדקה.
בתעשייה בכלל, ובתעשיית הרכיבים המיקרו-אלקטרוניים בפרט, קיים תהליך של שיפור מתמיד. השיפור מתבטא לא רק בביצועים ובמחיר, אלא גם בתחום האיכות והאמינות.

להלן מספר דוגמאות המבליטות את שיפורי האיכות והאמינות שנעשו בעשור האחרון:
–    כלי התכנון מאפשרים לכסות מגוון רחב יותר של סיכוני תכנון, שגרמו לכישלונות בעבר. הרכיבים החדשים חסינים בפני מרבית הבעיות הנובעות מתזמונים, אימות התכנון בשלביו השונים, פיזור פרמטרי ייצור, ומרבית בעיות האמינות.
–    תהליכי הייצור יציבים ומבוקרים יותר, צפיפות הפגמים נמוכה, בעיות אמינות רבות מבוקרות במהלך הייצור ולא בסופו, השבבים מצופים בשכבות אטומות בפני חדירת זיהומים והניסיון הרב שהצטבר מיושם בקווי הייצור.
–    יכולת האיתור והסינון של תקלות ורגישויות ברכיבים השתפרה, כיסוי הבדיקות כמעט מושלם, המבדקים משופרים, וקיימים תהליכי סינון (screening) אופטיים וחשמליים משופרים.
–    המארזים הקיימים כיום, שברובם עשויים מפלסטיק שאינו אטום בפני חדירת לחות ומזהמים, הוכח כאמין מאד, אפילו ליישומי חלל. חלק מבעיות האמינות הקיימות במארזים קראמיים, כדוגמת מאמצי תרמו-מכאניים כתוצאה מהבדלים במקדמי ההתפשטות, לא קיימים ברכיבים פלסטיים.
–   
בתחום האמינות נעשה מעקב שוטף אחר מספר הרכיבים הנכשלים לאחר תקופת חיים מסוימת, או מספר הרכיבים הלא תקינים החוזרים אל היצרנים. בשנות השמונים והתשעים היה מקובל שרמת אמינות סבירה הינה כאשר נכשלו כמה מאות רכיבים מתוך מליון רכיבים שנמכרו(PPM – Parts per Million). כיום מקובלת רמת אמינות הגבוהה בסדר גודל מאשר בעשור הקודם, למרות שמידת המורכבות של הרכיבים עלתה בשיעור של כ-100X בעשור, על פי חוק מור. לפיכך, תכנון המבוסס על רכיבים מיושנים לא רק מביא לביצועים ירודים, אלא יביא בהכרח גם לאמינות נמוכה. אם מוסיפים לכך גם את העובדות שהרכיבים שהו באחסון זמן ממושך, ושהרכיבים צורכים הספק גבוהה ולכן פועלים בטמפרטורה גבוהה יותר המאיצה את מרבית מנגנוני הבלייה וההתיישנות, יגרום השימוש ברכיבים הישנים לאמינות נמוכה עוד יותר.
במהלך פעילותי בפיתוח רכיבים לתעשיית החלל, נתקלתי במקרים רבים שבהם נפגעת  אמינות המערכות כתוצאה משמרנות יתר. דוגמה מייצגת לתופעה זו היא ההימנעות של מרבית יצרני המערכות בתעשיית החלל משימוש ברכיבים הארוזים בפלסטיק. מבירור שערכתי עם מומחים בחברות רבות בחו"ל התברר שהסיבה לכך אינה נובעת מחסרון כשלהוא של המארזים הפלסטיים, אלא מחוסר "heritage". כתוצאה מכך, כאשר נדרש שימוש במארז בעל מספר רב של פינים, והמארז המומלץ הוא מסוג BGA, נדרש לייצר מארז BGA קראמי. מארזים אלה רגישים למאמצים תרמו-אלקטריים בשל חוסר תאימות במקדמי התפשטות החומרים, ונדרש שימוש בכדוריות מיוחדות כדי להתגבר חלקית על מגבלה זו. מגבלה זו אינה מאפשרת לפתח רכיבים בעלי רמת אינטגרציה גבוהה, ואנו נאלצים לתכנן מערכות עם יותר רכיבים, יותר מגעים, יותר הספק, ביצועים מופחתים ואף אמינות נמוכה יותר.
ההסתייגות היחידה לטיעונים אלו היא במקרים של שימוש בתהליכי ייצור חדשים, שאינם בשלים דיים. שימוש זה אינו מומלץ עבור יישומים הדורשים אמינות גבוהה במיוחד. אך בד"כ יישומים אלה ממילא משתמשים בטכנולוגיות שאינן חדשות ביותר, כך שחסרון זה לא יהיה רלוונטי בדרך כלל.

קיימות גישות מוטעות נוספות המקובלות בתעשיות שמרניות רבות הן:
–    אמינות היא כתוצאה של תהליך ייצור בלבד. למעשה, האמינות נובעת משילוב של תכנון לאמינות, ייצור מבוקר, וסינון יעיל.
–    ניתן להגיע לאמינות גבוהה על ידי סינון קפדני. למעשה, קשה מאד להגיע לסינון יעיל אלמלא התכנון הכין כלים לכך. לעיתים, תהליכי הסינון, הכוללים מאמצים תרמיים ומכאניים, גורמים לנזק ובלייה, הן כתוצאה משינוע הרכיבים, והן מהמאמצים המופעלים בתהליך הסינון.

–    רכיבים בתקן צבאי או תעופתי הינם אמינים יותר מאשר רכיבים אזרחיים. בד"כ טיעון זה שגוי. רק ליצרנים המייצרים בכמויות גדולות יש הוכחה לגבי אמינות רכיביהם, ויש להם יכולת לבצע תהליכי שיפור האמינות באופן יעיל, מוכח וכלכלי.
–   
במאמר זה ציינתי מספר טיעונים אשר אני מקווה כי יגרמו לבחינה מפוקחת יותר של העדפת תהליכים ותיקים על פני תהליכים חדשים ויעילים כמו גם העדפת רכיבים אזרחיים על פני רכיבים צבאיים ותעופתיים במערכות הדורשות אמינות גבוהה. לעתים, הטיעון "אם זה עובד – אל תשנה", מזכיר לי את משל "התולעת בחזרת שאינה יודעת שקיים תפוח" וחבל…..