EN
تیز لینکس
سیمی کنڈکٹر آئی سی چپس کو صنعتی ماحول میں قابل اعتماد طریقے سے کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے جہاں وہ شدید درجہ حرارت کی تبدیلیوں، مسلسل کمپن، اور الیکٹرومیگنیٹک شور کی طرح مشکل حالات کا سامنا کرتے ہیں جو سگنلز کو متاثر کر سکتا ہے۔ جب یہ چپس ناکام ہو جاتی ہیں تو پوری پیداواری لائنوں کو بند کرنا پڑتا ہے یا حفاظتی نظام متاثر ہوتے ہیں۔ گزشتہ سال پونمون انسٹی ٹیوٹ کی تحقیق کے مطابق، ہر واقعہ کمپنیوں کو اوسطاً تقریباً 740,000 ڈالر کا پڑتا ہے۔ یقینی بنانے کے لیے کہ اجزاء اپنی متوقع عمر تک کام کریں، مینوفیکچررز انہیں سخت ٹیسٹوں جیسے ہائی ٹیمپریچر آپریٹنگ لائف ٹیسٹنگ اور ٹیمپریچر سائیکلنگ کے طریقوں سے گزارتے ہیں۔ ان عملوں کا مقصد یہ یقینی بنانا ہوتا ہے کہ اجزاء 100,000 سے زائد گھنٹوں تک کام کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں، چاہے حالات سخت ہی کیوں نہ ہوں۔ خودکار گریڈ کی مثال مربوط سرکٹس لیجیے۔ انہیں AEC-Q100 معیارات پر پورا اترنا ضروری ہوتا ہے جس کا بنیادی مطلب یہ ہے کہ انہیں ہر ایک ملین تیار کردہ ڈیوائس میں ایک سے کم خراب ڈیوائس ہونی چاہیے، اور یہ بات کم از کم 15 سال کی گاڑیوں کی سروس زندگی بھر برقرار رہنی چاہیے۔
انڈسٹریل سسٹمز عام طور پر 10 سے 15 سال کی سروس زندگی کا مطالبہ کرتے ہیں، جو صارف الیکٹرانکس میں عام 3 تا 5 سالہ دور کی نسبت کافی زیادہ ہے۔ تاہم، 2022 میں صنعتی فرمز کے 40 فیصد کو اچانک اجزاء کی عدم دستیابی کا سامنا کرنا پڑا کیونکہ تیار کنندگان پرانے سیمی کنڈکٹر نوڈس کو مرحلہ وار ختم کر رہے تھے (آئی ایچ ایس مارکٹ)۔ بےکار ہونے کے خطرات کو کم کرنے کے لئے، انجینئرز کو درج ذیل اقدامات کرنے چاہئیں:
ایک معروف صنعتی خودکار سپلائر نے ڈیو سورس تیاری کے ذریعے 40nm ایم سی یوز استعمال کرتے ہوئے 12 سالوں میں فیلڈ قابل اعتمادیت کا 98.7 فیصد حاصل کیا۔ اہم حکمت عملیوں میں شامل تھا:
| استراتیجی | آؤٹ کم |
|---|---|
| MIL-STD-883 کے مطابق اہلیت | درجہ حرارت سے متعلقہ خرابیوں میں 62 فیصد کمی |
| کثیر سطحی نقلی نظام | وولٹیج کے کم ہونے کے دوران 12 منٹ کا فیل اوور |
| ڈائی-لیول برن ان ٹیسٹنگ | ابتدائی خرابی کا پتہ لگانا (<50ppm) |
اس طریقہ کار سے ہر پیداواری لائن کے لحاظ سے سالانہ غیر منصوبہ بند مفتوق کو 210 گھنٹے تک کم کیا گیا۔
آئی سی کی عدم دستیابی کی وجہ سے مہنگے دوبارہ ڈیزائن سے بچنے کے لیے، ٹیئر-1 سپلائرز مندرجہ ذیل تجویز کرتے ہیں:
لوڈ میں تبدیلیوں کا سامنا کرتے وقت صنعتی نصف موصل آئی سی چپس کو اپنے وولٹیج سطح کو تقریباً مثبت یا منفی 5 فیصد کے اندر رکھنا ہوتا ہے جو ان کی حد سے 150 فیصد تک کی اضافہ ہو سکتی ہے۔ خودکار صنعتی پلانٹس میں استعمال ہونے والی موٹر کنٹرول آئی سیز کو مثال بنائیں۔ ان اجزاء کو لوڈ کی مانگ میں اچانک تبدیلیوں کے باوجود مستقل کرنٹ فراہم کرنا ہوتا ہے۔ ورنہ سگنل کی تشکیل میں 3 فیصد ٹی ایچ ڈی (کل ہارمونک تشکیل) سے زیادہ کی خرابی پیدا ہو سکتی ہے۔ اور اس قسم کی خرابی صنعتی مشینری کے صحیح آپریشن کے لیے بہت سارے اہم مواصلاتی نظام جیسے کہ کین بس پروٹوکول کو درہم برہم کر سکتی ہے۔
صنعتی ماحول میں درجہ حرارت اکثر 125 سیلزیس ڈگری سے تجاوز کر جاتا ہے، اس لیے ضم شدہ سرکٹس کو 150°C سے کہیں زیادہ جنکشن درجہ حرارت برداشت کرنے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ وہ مناسب طریقے سے کام کر سکیں۔ پچھلے سال کی حالیہ تحقیق نے ظاہر کیا کہ تقریباً 0.3 ملی میٹر قطر کے تھرمل وائیز کے ساتھ، جن کا پہلو تناسب 8 سے 1 ہو، استعمال کرنے والے پرنٹڈ سرکٹ بورڈز عام بورڈ کی ترتیب کے مقابلے میں تھرمل مزاحمت کو تقریباً ایک تہائی تک کم کر دیتے ہیں۔ اس قسم کی ڈیزائن میں بہتری فولاد کی تیاری کے پلانٹس جیسی انتہائی گرم حالت میں کام کرنے والے پروگرام ایبل لا جک کنٹرولرز کے لیے قابل اعتماد آپریشن اور سامان کی ناکامی کے درمیان فرق بن رہی ہے۔
صنعتی آئیوٹی کے آلات میں، متحرک طاقت کی بہترین کارکردگی انتہائی ضروری ہوتی ہے۔ 1.2V پر چلنے والے 40nm ایم سی یو میں کلاک گیٹنگ کی تکنیک استعمال کرنے سے فعال رساؤ کی مقدار میں 58% تک کمی کی جا سکتی ہے۔ دوسری جانب، 28nm نوڈس میں 85°C سے زیادہ درجہ حرارت پر مستقل طاقت کا استعمال نمائندہ طور پر بڑھ جاتا ہے، جو ہمیشہ چلنے والے سینسر ہبز میں کل توانائی کے استعمال کا 23% بنتا ہے۔
ڈیزائنرز کم وولٹیج (0.95V اسمیع) کو مناسب فریکوئنسی اسکیلنگ کے ساتھ جوڑ کر موثریت کو بہتر بناتے ہیں۔ اس طریقہ کار سے 200MHz کی بنیادی فریکوئنسی پر کام کرنے والے خودکار ٹیسٹ آلات میں چوٹی کی کارکردگی کا 92% برقرار رکھا جاتا ہے جبکہ طاقت کے ضیاع میں 41% کی کمی آتی ہے، جس کی تصدیق کی جا چکی ہے۔
صنعتی الیکترونکس کی دنیا میں، کمپنیاں تازہ ترین سیمی کنڈکٹر تیار کرنے کے طریقہ کار جیسے 7 نینومیٹر سے کم پر جانے کے بجائے، پرانے طریقوں جیسے 40 نینومیٹر اور 65 نینومیٹر پر ہی رہنے کی tendency رکھتی ہیں۔ وجہ کیا ہے؟ کیونکہ ان پرانی ٹیکنالوجیز نے وقت کے ساتھ ساتھ اپنی لمبی عمر اور زندگی کے دورانیے میں مناسب سپورٹ فراہم کرنے کے لحاظ سے اپنی ثابت شدہ قابل اعتمادیت کو ثابت کر دیا ہے۔ 2025 کے اعداد و شمار کو دیکھنا اس رجحان کو واضح طور پر ظاہر کرتا ہے - تقریباً دس میں سے سات صنعتی مقصد کے لیے بنائے گئے خصوصی تجزیاتی سرکٹ (ایس آئی سی) 28 نینومیٹر یا اس سے بڑے نوڈز پر تیار کیے جاتے ہیں۔ اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ عام طور پر ان عمل کاریوں سے چپس ایسی حاصل ہوتی ہیں جن میں خرابی کی شرح 0.1 فیصد سے بھی کم ہوتی ہے۔ ہاں، نئے نوڈز کم بجلی استعمال کرتے ہیں، جو کاغذ پر دیکھنے میں بہت اچھا لگتا ہے۔ لیکن ایک مسئلہ ہے۔ یہ بالکل بھی حرارت کو برداشت نہیں کر پاتے۔ جہاں فیکٹریوں میں درجہ حرارت کافی زیادہ ہو سکتا ہے، وہاں یہ جدید چپس تھرمل رساؤ کی زیادہ مسائل کا شکار ہوتی ہیں اور ان کی عمر ان کے پرانے مقابلہ کرنے والوں کے مقابلے میں کہیں تیزی سے کم ہو جاتی ہے۔
بالغ سیمی کنڈکٹر نوڈس کے لیے وافر کی پیداوار اکثر 98% سے تجاوز کر جاتی ہے، جو ان ذیلِ 10nm پیداواری عمل کے معمول کے دائرہ کار 75 سے 85% کے مقابلے میں بہت بہتر ہے۔ یہ فرق درحقیقت پیداواری اخراجات میں حقیقی بچت کا باعث بنتا ہے اور سپلائی چین کو کلی طور پر زیادہ مستحکم بناتا ہے۔ حقیقی آپریشن میں ناکامی کی شرح کو دیکھتے ہوئے، 40nm انضمامی سرکٹس عام طور پر آپریشن کے ایک ارب گھنٹوں میں تقریباً 15 ناکامیاں ظاہر کرتے ہیں۔ یہ اس بات کے مقابلے میں کافی متاثر کن ہے کہ جدید نوڈس تقریباً ایک جیسے آپریٹنگ حالات میں تقریباً 120 FIT درج کرتے ہیں۔ اس قابل اعتمادی کے فرق کی وجہ کیا ہے؟ بالغ نوڈس میں عام طور پر سادہ ٹرانزسٹر ڈیزائن ہوتی ہے اور پیداواری عمل کے دوران کم تبدیلی ہوتی ہے، جو عملی طور پر انہیں بنیادی طور پر زیادہ قابل اعتماد بناتی ہے۔
| پیکیج کا قسم | حرارتی مزاحمت (°س/واٹ) | زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت | صنعتی استعمال کی مثال |
|---|---|---|---|
| QFN | 35 | 125°C | موٹر کنٹرول آئی سیز |
| BGA | 15 | 150°C | روبوٹکس کے لیے ایف پی جی اے |
| ٹی او 220 | 4 | 175°C | طاقة کی تدبر |
سیرامک پیکجز جیسے بی جی اے پلاسٹک کیو ایف اینز کے مقابلے میں پانچ گنا بہتر حرارت کی منتشرگی فراہم کرتے ہیں، جس کی وجہ سے وہ تیل اور گیس سینسرز جیسی وائبریشن والی ایپلی کیشنز کے لیے مثالی ہوتے ہیں۔
ایک درجہ اول صنعتی سامان کے سازو سامان کارخانہ دار نے 28 نینومیٹر چپس کو کیو ایف این پیکجز میں استعمال کرنے کے بجائے 40 نینومیٹر ایم سی یوز کو حرارتی طور پر بہتر بی جی اے کے ساتھ جوڑ کر فیلڈ خرابیوں میں 40 فیصد کمی کر دی۔ اس حل نے 12 سال کی آپریشنل عمر فراہم کی اور 10,000 سے زائد حرارتی سائیکلز برداشت کیے، جو یہ ظاہر کرتا ہے کہ مشکل صنعتی ماحول میں قابل اعتمادیت کو بہتر بنانے کے لیے حکمت عملی کے تحت نوڈ اور پیکج کا ادراج کتنا اہم ہے۔
صنعتی ماحول میں، کمپنیوں کو اکثر خصوصی طور پر تیار کردہ آئی سیز کی ضرورت ہوتی ہے جو شدید درجہ حرارت مثلاً منفی 40 درجہ سیلسیس سے لے کر 150 درجہ تک کام کرنے، ساتھ ہی دھکوں کو برداشت کرنے اور مختلف مواصلاتی پروٹوکولز کے ساتھ کام کرنے جیسے خاص چیلنجز کا مقابلہ کر سکیں۔ مثال کے طور پر بجلی کے گرڈ کے کنٹرولرز کو عام طور پر غلطی درست کرنے والی میموری کی صلاحیت رکھنے والی مضبوط آئی سیز کی ضرورت ہوتی ہے۔ دوسری جانب، روبوٹ عام طور پر ان پروسیسرز پر منحصر ہوتے ہیں جو حقیقی وقت میں پروسیسنگ کی صلاحیت رکھتے ہیں جہاں ردِ عمل کا وقت 50 مائیکرو سیکنڈ سے کم رہتا ہے۔ اجزاء اور ان کے مخصوص استعمال کے درمیان مناسب مطابقت قائم کرنا صنعتی آئیو ٹی کے نفاذ کے دوران مہنگی دوبارہ ڈیزائن کی کوششوں کو کم کر دیتا ہے۔ حال ہی میں 2023 کی ایمبیڈڈ سسٹمز رپورٹ میں یہ بات سامنے آئی ہے کہ اس مناسب ہم آہنگی سے دوبارہ کام کے لیے ضروری اخراجات کا تقریباً ایک تہائی حصہ بچایا جا سکتا ہے۔
ایس او سی حل تمام چیزوں کو اکٹھا کر دیتے ہیں - پروسیسرز، اینالاگ فرنٹ اینڈز، طاقت کا انتظام، سب کچھ ایک ہی چپ میں۔ اس سے بورڈ کی جگہ 40 سے لے کر 60 فیصد تک کم ہو جاتی ہے، جو کہ قابلِ ذکر بات ہے۔ لیکن ایک مسئلہ ہے: ان کی ترقی میں تقریباً 18 سے لے کر 24 ماہ تک کا وقت لگتا ہے۔ دوسری طرف، علیحدہ آئی سیز انجینئرز کو اجزاء کی علیحدہ طور پر تجدید کرنے کی اجازت دیتے ہیں، جو پرانے سامان کے ساتھ کام کرتے وقت بہت اہم ہوتا ہے۔ ہاں، وہ بوم اخراجات میں تقریباً 25 فیصد زیادہ لاگت کا باعث ہوتے ہیں، لیکن تیار کنندہ تقریباً 50 فیصد تیزی سے مصنوعات کو مارکیٹ میں لاتے ہیں۔ گزشتہ سال کے صنعتی اعداد و شمار کو دیکھتے ہوئے، نصف سے زیادہ (درحقیقت 63 فیصد) سی این سی مشین ریٹروفٹس نے علیحدہ اجزاء کو ترجیح دی۔ یہ مناسب بات ہے، کیونکہ بہت سی دکانیں اب بھی موجودہ مشینری اور سافٹ ویئر سیٹ اپس کے ساتھ کام کرنے کی ضرورت رکھتی ہیں۔
اگرچہ صنعتی درجے کے آئی سیز کی اکائی قیمتیں 8.50 ڈالر (28 نینومیٹر ایم سی یو) سے لے کر 220 ڈالر (ریڈی ایشن-ہارڈنڈ ایف پی جی اے) تک ہوتی ہیں، مگر ملکیت کی کل لاگت میں مؤہلت کی جانچ پڑتال (اوسطاً 740,000 ڈالر، پونمون 2023 کے مطابق) اور طویل مدتی حیاتیاتی چکر کی حمایت شامل ہوتی ہے۔ ایک صنعتی تجزیہ ظاہر کرتا ہے کہ بہترین آئی سی کے انتخاب سے حیاتیاتی چکر کی لاگت میں 22 فیصد کمی ہوتی ہے، جس کے ذریعے: