कंपन और नमी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बर्बाद कर देते हैं। लगातार हिलने-डुलने से सोल्डर जोड़ टूट जाते हैं। नमी अंदर घुसकर नाजुक तारों को खराब कर देती है। उचित सुरक्षा के बिना रेस कारें और रेलवे सिस्टम विफल हो जाते हैं। इसलिए, शुरुआत से ही कंपन-रोधी और जलरोधी डिज़ाइन ज़रूरी है।
लागत में हुई बचत इसके महत्व को साबित करती है। एक परियोजना में प्रति यूनिट लागत 6.75 डॉलर से घटकर 3.85 डॉलर हो गई, जो 43% की बचत है। असेंबली श्रम लागत 1.45 डॉलर प्रति यूनिट से घटकर 0.08 डॉलर प्रति यूनिट हो गई। वारंटी लागत 0.85 डॉलर प्रति यूनिट से घटकर 0.02 डॉलर प्रति यूनिट हो गई। फील्ड में विफलता दर 12.5% से सुधरकर 0.3% हो गई। निवेश पर प्रतिफल मात्र 5.8 महीनों में प्राप्त हो गया।
व्यावहारिक रणनीतियों में अनुरूप कोटिंग, पॉटिंग कंपाउंड और उचित माउंटिंग शामिल हैं। ये विधियाँ आपके सर्किट को कठोर वातावरण से बचाती हैं। इससे उत्पाद का जीवनकाल बढ़ता है और रखरखाव में काफी कमी आती है।
चाबी छीन लेना
अपने सर्किट को पानी से होने वाले नुकसान और जंग से बचाने के लिए कन्फॉर्मल कोटिंग, पॉटिंग या नैनो-कोटिंग का उपयोग करें।
सर्किट बोर्ड को जहां जोड़ा जाता है वहां मजबूत बनाएं और कंपन और पानी को अंदर जाने से रोकने के लिए हर खुले हिस्से को सील कर दें।
डिजाइन में खामियों का पता लगाने के लिए MIL-STD-810H और IEC 60068 जैसे उद्योग मानकों का उपयोग करके अपने डिजाइन का प्रारंभिक परीक्षण करें।
जब आपको लचीली नमी से सुरक्षा की आवश्यकता हो, तो सिलिकॉन कन्फॉर्मल कोटिंग चुनें, लेकिन सुनिश्चित करें कि यह न्यूट्रल-क्योर हो।
कंपन और नमी से होने वाले खतरों को समझना
कंपन और नमी आपके इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए दो बड़े खतरे हैं। ये दोनों ही आपके सर्किट को अलग-अलग तरीके से नुकसान पहुंचाते हैं। इनके काम करने के तरीके को समझना आपको सही सुरक्षा उपाय चुनने में मदद करता है।
यांत्रिक तनाव और सोल्डर जोड़ की थकान
कंपन के कारण पीसीबी के मुड़ने पर, कुछ निश्चित आवृत्तियों पर तनाव उत्पन्न होता है। एक सामान्य पीसीबी की पहली प्राकृतिक आवृत्ति लगभग 60 हर्ट्ज होती है। औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए मानक परीक्षण सीमा 20 से 2000 हर्ट्ज होती है । यह सीमा बॉक्स, बोर्ड और घटक स्तरों पर अनुनाद उत्पन्न करती है।
बैटरी और सेंसर जैसे भारी पुर्जों को अधिक जोखिम का सामना करना पड़ता है। वे बोर्ड की सतह से अलग तरह से गति करते हैं। आपके सोल्डर जोड़ इस गति का प्रतिरोध करते हैं। चक्रीय कतरन और छिलने वाले तनाव, गल-विंग लीड के निचले सिरे जैसे नुकीले स्थानों पर एकत्रित होते हैं।
ये तनाव सोल्डर-तांबा जोड़ पर भंगुर अंतरधात्विक परत पर हमला करते हैं। दरारें इन्हीं कमजोर बिंदुओं से शुरू होती हैं और परत के साथ फैलती जाती हैं। कंपन थकान एक उच्च-चक्र थकान है , जो आमतौर पर 10^5 चक्रों से अधिक होती है।
विशेषता | कंपन थकान | थर्मल थकान |
|---|---|---|
प्रेरक शक्ति | बोर्ड के विक्षेपण से उत्पन्न चक्रीय यांत्रिक तनाव | पीसीबी लैमिनेट और घटक के बीच सीटीई बेमेल |
चक्र वर्गीकरण | उच्च-चक्र (>10^5 चक्र) | निम्न-चक्र (<10^4 चक्र) |
दरार पथ | आईएमसी/बल्क-सोल्डर इंटरफ़ेस के साथ (भंगुर) | बल्क सोल्डर (लचीला) के माध्यम से |
एक अच्छा एंटी-शेक डिज़ाइन बोर्ड को अधिक मजबूत बनाता है और कंपन को कम करता है। इससे प्रत्येक सोल्डर जॉइंट पर तनाव कम होता है।
नमी, जंग और शॉर्ट सर्किट
पानी कई तरीकों से आपके बाड़े में प्रवेश करता है। केशिका क्रिया द्वारा पानी छोटे-छोटे छिद्रों से अंदर खींच लिया जाता है। तापमान गिरने पर दबाव में परिवर्तन के कारण पानी अंदर आ जाता है। वाष्प विसरण द्वारा पानी के अणु पदार्थों के माध्यम से गति करते हैं। पानी के प्रवेश के मुख्य बिंदुओं में गैस्केट के किनारे, केबल ग्लैंड और जोड़ शामिल हैं। तापमान गिरने से अंदर की हवा सिकुड़ जाती है। इससे एक निर्वात बनता है जो नम हवा को अंदर खींच लेता है।
एक बार नमी प्रवेश कर जाए, तो तीन रासायनिक क्रियाएं आपके परिपथ पर हमला करती हैं। विद्युत रासायनिक स्थानांतरण विद्युत दबाव के तहत एक कुचालक सतह पर धातु आयनों को स्थानांतरित करता है। चालकों के बीच चालक डेंड्राइट्स विकसित होते हैं। ये अल्पकालिक परिपथ उत्पन्न करते हैं जो बार-बार होते रहते हैं। इसके लिए तीन चीजें आवश्यक हैं: आयनिक अवशेष, पानी और विद्युत दबाव।
जब दो अलग-अलग धातुएँ किसी इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में एक-दूसरे के संपर्क में आती हैं, तो गैल्वेनिक संक्षारण होता है। इलेक्ट्रोलाइटिक संक्षारण तब होता है जब कोई आयनिक द्रव विद्युत बायस के तहत आस-पास के तारों को दूषित करता है। धातु के आयन गति करते हैं और चालक पट्टियाँ बनाते हैं। ये पट्टियाँ तारों को जोड़ती हैं और शॉर्ट सर्किट का कारण बनती हैं।
इन समस्याओं को रोकने के लिए आपको नमी रोधक परत की आवश्यकता है। कन्फॉर्मल कोटिंग नमी से बेहतरीन सुरक्षा प्रदान करती है। यह कोटिंग सर्किट को पानी से सील कर देती है। इससे आपके इलेक्ट्रॉनिक उपकरण लंबे समय तक चलते हैं और भरोसेमंद तरीके से काम करते हैं। उचित जलरोधक विधियाँ इन समस्याओं को शुरू होने से पहले ही रोक देती हैं।
एंटी-शेक और वाटरप्रूफ डिज़ाइन के लाभ
बढ़ी हुई स्थायित्व और कम रखरखाव
कठिन परिस्थितियों को ध्यान में रखकर डिज़ाइन करने से आप वास्तव में पैसे बचाते हैं। फील्ड में होने वाली विफलताएँ काफी कम हो जाती हैं। वारंटी दावों में कमी आती है। आपका उत्पाद लंबे समय तक चलता है। एंटी-शेक माउंटिंग से बाहरी कंपन कम हो जाते हैं जो एनक्लोजर तक पहुँचते हैं। इससे पुर्जों पर तनाव कम होता है और नुकसान से बचाव होता है। आपके सिस्टम का विफलता के बीच का औसत समय सीधे तौर पर बेहतर हो जाता है।
बेहतर माउंटिंग प्लान से माप की सटीकता बढ़ती है और उपकरण का जीवनकाल भी बढ़ता है। एक सेमीकंडक्टर प्लांट ने अंतर्निर्मित सेंसर वाले उन्नत इलास्टोमर-आधारित माउंट स्थापित किए। तीन महीनों के भीतर, दोष दर 15% से अधिक कम हो गई । अनियोजित मरम्मत में कमी आई। प्लांट को विफलताओं के बीच औसत समय में सुधार का स्पष्ट प्रमाण मिला।
कन्फॉर्मल कोटिंग नमी से सुरक्षा के लिए समान लाभ प्रदान करती है। ऑटोमोटिव या सैन्य उपकरणों जैसे बाहरी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण हर समय गीले और नमीयुक्त वातावरण का सामना करते हैं। ऐसे मामलों में, विश्वसनीयता और परिचालन जीवनकाल सुनिश्चित करने के लिए कन्फॉर्मल कोटिंग अत्यंत महत्वपूर्ण है ।
उदाहरण के लिए, ऑटोमोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स या सैन्य उपकरणों जैसे बाहरी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अक्सर गीले और नमी वाले वातावरण के संपर्क में आते हैं। ऐसे मामलों में, उपकरणों की विश्वसनीयता और परिचालन जीवनकाल सुनिश्चित करने के लिए अनुरूप कोटिंग्स अत्यंत महत्वपूर्ण हैं।
यह कोटिंग सुरक्षा की कई परतें प्रदान करती है:
शॉर्ट सर्किट और विद्युत विफलताओं से बचाव : नमी और दूषित पदार्थ विद्युत शॉर्ट सर्किट का कारण बनते हैं। यह कोटिंग सुरक्षा की एक अतिरिक्त परत प्रदान करती है।
इन्सुलेशन गुणों को बढ़ाता है : यह कोटिंग पीसीबी पर इन्सुलेशन प्रतिरोध को बढ़ाती है। संवेदनशील अनुप्रयोगों को इससे बहुत लाभ होता है।
पर्यावरणीय कारकों से सुरक्षा प्रदान करता है : नमी, धूल, रसायन और अत्यधिक तापमान का प्रभाव इस पर नहीं पड़ता।
स्थायित्व और विश्वसनीयता में वृद्धि : टूट-फूट को रोककर, यह कोटिंग पीसीबी का जीवनकाल बढ़ाती है। आपके इलेक्ट्रॉनिक उपकरण वर्षों तक विश्वसनीय रूप से कार्य करते हैं।
उद्योग मानकों (आईपी रेटिंग) को पूरा करना
आईपी रेटिंग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को वाटरप्रूफ बनाने का मानक प्रदान करती है। इनग्रेस प्रोटेक्शन कोड (IP) आवरण की सीलिंग को वर्गीकृत करता है। IP67 और IP68 सबसे अधिक इस्तेमाल होने वाले मानक हैं जो कठिन परिस्थितियों के लिए उपयुक्त होते हैं।
रेटिंग | परीक्षण स्थिति |
|---|---|
IP67 | |
IP68 | निर्माता द्वारा निर्दिष्ट गहराई और अवधि, आमतौर पर >1 मीटर |
IP67 पूर्ण धूल सुरक्षा सुनिश्चित करता है। यह 30 मिनट के लिए एक मीटर तक के अस्थायी जलमग्नता की अनुमति देता है। IP68 इससे अधिक समय तक जलमग्नता को बढ़ाता है । समुद्री उपकरण, भूमिगत प्रणालियाँ और लगातार नमी वाले औद्योगिक क्षेत्रों के लिए IP68 आवश्यक है। इन अनुप्रयोगों के लिए मजबूत सीलिंग, मोटे गैस्केट और ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो लंबे समय तक संरचनात्मक अखंडता बनाए रखे।
आपको IP रेटिंग की सीमाओं को समझना चाहिए । ये केवल आवरण का परीक्षण करती हैं। ये केबल प्रवेश बिंदुओं, कनेक्टर्स या इंटरफेस के बारे में कुछ नहीं बतातीं। किसी उत्पाद का आवरण IP67 रेटेड हो सकता है, फिर भी उसमें प्रवेश करने वाले प्रत्येक केबल के लिए यह विफल हो सकता है। IP रेटिंग जंग, पराबैंगनी विकिरण या ऊष्मीय चक्रण को भी ध्यान में नहीं रखती हैं। कोई उत्पाद पहले दिन IP67 परीक्षण पास कर सकता है और दो साल के बाहरी उपयोग के बाद उसी परीक्षण में विफल हो सकता है।
आईपी रेटिंग सिर्फ एक लेबल से कहीं अधिक है । वास्तविक प्रवेश क्षमता इस बात पर निर्भर करती है कि संपूर्ण उत्पाद डिज़ाइन में सीलिंग रणनीतियों, सामग्री चयन, विनिर्माण सहनशीलता और सुरक्षात्मक विशेषताओं को कितनी अच्छी तरह से एकीकृत किया गया है। इन तत्वों का प्रारंभिक मूल्यांकन यह सुनिश्चित करने में सहायक होता है कि अंतिम आईपी रेटिंग वास्तविक परिस्थितियों को सटीक रूप से प्रतिबिंबित करे।
बेहतर जलरोधक प्रभाव के लिए हर प्रवेश बिंदु पर ध्यान देना आवश्यक है। आपके सिस्टम का समग्र प्रदर्शन सबसे कमजोर सील पर निर्भर करता है। केवल बाहरी आवरण को नहीं, बल्कि पूरे उत्पाद को ध्यान में रखकर डिज़ाइन करें।
इलेक्ट्रॉनिक्स को वाटरप्रूफ बनाने के लिए व्यावहारिक डिजाइन रणनीतियाँ
कन्फॉर्मल कोटिंग, पॉटिंग और नैनो-वॉटरप्रूफ लिक्विड कोटिंग
सर्किट बोर्ड को नमी से बचाने के तीन मुख्य तरीके हैं। प्रत्येक विधि की अपनी-अपनी खूबियाँ हैं। आपका चुनाव आपके वातावरण, बजट और सेवा संबंधी आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।
कन्फॉर्मल कोटिंग आपके पीसीबी पर एक पतली सुरक्षात्मक परत चढ़ाती है। इसे लगाने से पहले, बोर्ड को 100-150°F तक गर्म करें। यह प्रक्रिया फंसी हुई नमी को हटा देती है और कोटिंग को समान रूप से फैलने में मदद करती है। सर्वोत्तम परिणामों के लिए न्यूट्रल-क्योर सिलिकॉन का उपयोग करें। एसिड-क्योर सिलिकॉन समय के साथ आपके सोल्डर जॉइंट्स को नुकसान पहुंचा सकता है। यह कोटिंग आपके ट्रेसेस को नमी से बचाती है, साथ ही बोर्ड को प्राकृतिक रूप से फ्लेक्स करने की अनुमति भी देती है।
कन्फॉर्मल कोटिंग्स आमतौर पर पूरी तरह से जलरोधी नहीं होती हैं क्योंकि वे अर्ध-पारगम्य होती हैं। हालांकि, पैरलीन कोटिंग्स, 2-पार्ट एपॉक्सी कोटिंग्स और पॉटिंग कंपाउंड्स वास्तविक जलरोधी सुरक्षा प्रदान कर सकते हैं ।
वॉटरप्रूफ पॉटिंग विधियाँ और भी उन्नत हैं। इसमें पूरी असेंबली को रेज़िन ब्लॉक से पूरी तरह से ढक दिया जाता है। यह तरीका समुद्री या औद्योगिक जैसे कठोर स्थानों के लिए उपयुक्त है। कठोर पॉटिंग सामग्रियों के बजाय लचीली पॉटिंग सामग्री चुनें। लचीले यौगिक कंपन और तापीय विस्तार से उत्पन्न यांत्रिक तनाव को अवशोषित करते हैं। कठोर सामग्री उस तनाव को सीधे आपके सोल्डर जोड़ों तक पहुँचाती है। पॉटिंग से वजन बढ़ता है और मरम्मत करना लगभग असंभव हो जाता है, इसलिए इसका उपयोग केवल उन डिज़ाइनों के लिए करें जिनमें मरम्मत की आवश्यकता नहीं होगी।
नैनो-वॉटरप्रूफ लिक्विड कोटिंग एक आधुनिक विकल्प प्रदान करती है। यह अति-पतली कोटिंग एक ऐसी सतह बनाती है जो पानी को पूरी तरह से दूर रखती है। नैनो कोटिंग उन तंग जगहों तक पहुंच जाती है जहां पारंपरिक कोटिंग नहीं पहुंच पाती। इसका वजन लगभग न के बराबर होता है और यह कमरे के तापमान पर सूख जाती है। इसकी गति के कारण बड़े पैमाने पर उत्पादन करने वाली कंपनियां इस विधि को प्राथमिकता देती हैं।
पहलू | पॉटिंग | नैनो-कोटिंग |
|---|---|---|
नमी संरक्षण स्तर | मजबूत, पूर्ण आवरण; लंबे समय तक जलमग्न रहने के लिए आदर्श | अतिजलरोधी, अत्यंत पतली परत; पानी को दूर भगाती है लेकिन लंबे समय तक पानी में डूबे रहने पर नहीं। |
वजन और मोटाई | इससे वजन और मोटाई में काफी वृद्धि होती है। | बेहद कम मोटाई, नगण्य वजन |
पुनःकार्यक्षमता | बहुत कठिन या असंभव | फॉर्मूलेशन के आधार पर संभवतः इसमें बदलाव किया जा सकता है। |
आवेदन में आसानी | पूर्ण एनकैप्सुलेशन, प्रक्रिया में अधिक समय लगता है | त्वरित डुबकी या वाष्प निक्षेपण, कमरे के तापमान पर उपचार |
लागत | सामग्री और श्रम लागत में वृद्धि | प्रति इकाई लागत मध्यम से उच्च स्तर की होती है, लेकिन अधिक मात्रा में उपयोग करने पर यह लागत प्रभावी होती है। |
उपयुक्तता | अत्यधिक नमी और कंपन के लिए उत्कृष्ट। | हल्के, जटिल असेंबली के लिए उपयुक्त |
तीन प्रकार के पेंट-रोधी जलरोधक उपचार सामान्य सुरक्षा के लिए लोकप्रिय बने हुए हैं। यह अनुरूप कोटिंग नमी, फफूंद और नमक के छिड़काव से सुरक्षा प्रदान करती है। यह एक छिद्ररहित सुरक्षात्मक परत बनाती है जो जटिल बोर्ड आकृतियों पर भी अच्छी तरह से फिट बैठती है। पेंट-रोधी जलरोधक का यह तरीका उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑटोमोटिव मॉड्यूल के लिए उपयुक्त है। पैरीलीन नैनो-कोटिंग सुरक्षा और भी बेहतर परिणाम देती है। पैरीलीन न्यूनतम तापीय विस्तार के साथ एक पूर्ण अनुरूप परत के रूप में जमा होती है। यह पैरीलीन नैनो-कोटिंग सुरक्षा नैनोमीटर मोटाई पर भी उच्च परावैद्युत शक्ति बनाए रखती है।
संरचनात्मक जलरोधीकरण और कंपन-रोधी माउंटिंग
आपकी कोटिंग का चुनाव महत्वपूर्ण है, लेकिन आपके आवरण की भौतिक संरचना भी उतनी ही महत्वपूर्ण है। संरचनात्मक जलरोधीकरण की शुरुआत हर प्रवेश बिंदु को सील करने से होती है। वायरिंग के प्रवेश द्वार नमी के कारण होने वाली अधिकांश समस्याओं का कारण बनते हैं।
घटकों की स्थिति और अभिविन्यास : भारी कैपेसिटर या कनेक्टर जैसे महत्वपूर्ण घटकों को पीसीबी के उन क्षेत्रों में रखें जहाँ कंपन का प्रभाव न्यूनतम हो। सोल्डर जोड़ों पर तनाव कम करने के लिए घटकों को प्रमुख कंपन की दिशा के लंबवत रखें।
वायरिंग के लिए छेद करते समय, इन नियमों का पालन करें:
एक तार के लिए एक ही छेद का प्रयोग करें । इससे सील करना बहुत आसान हो जाता है।
बाहरी छिद्रों पर गैसकेट लगाएं। गैसकेट ऊष्मा विस्तार के दौरान गति की अनुमति देते हैं, साथ ही सील को बनाए रखते हैं।
बाहरी छेदों को पूरी तरह से हटाने के लिए पाइपों को भूमिगत रूप से बिछाएं।
घटिया सीलिंग विधियों से बचें। एक-भाग वाले खुले सेल फोम और डक्ट पुट्टी दबाव में विफल हो जाते हैं। इनमें दरारें पड़ जाती हैं और पानी के रिसाव के लिए रास्ते बन जाते हैं। इसके बजाय दो-भाग वाले बंद सेल फोम या यांत्रिक सील में निवेश करें। ये विकल्प मजबूत और टिकाऊ वॉटरटाइट सील बनाते हैं।
कंपन रोधी माउंटिंग के लिए पीसीबी का मज़बूत जुड़ाव आवश्यक है। भारी कंपोनेंट को सहारा देने के लिए सोल्डर जॉइंट्स एकमात्र आधार नहीं होने चाहिए। ट्रांसफॉर्मर, बड़े कैपेसिटर और कनेक्टर्स को सहारा देने के लिए ब्रैकेट, क्लैंप और स्टैकिंग का उपयोग करें। माउंटिंग पॉइंट्स को इस प्रकार लगाएं कि बड़े पैकेज के नीचे बोर्ड का झुकाव चरम पर न पहुंचे। भंगुर सिरेमिक कंपोनेंट्स को अत्यधिक भार वाले माउंटिंग पॉइंट्स से दूर रखें। कनेक्टर लगाने के बल को बोर्ड के बजाय चेसिस पर स्थानांतरित करें। प्रत्येक बोर्ड माउंट के लिए टॉर्क मान और लॉकिंग विधि निर्दिष्ट करें। एनक्लोजर और हार्नेस के साथ पूरी असेंबली का हमेशा परीक्षण करें। केवल बोर्ड फिक्स्चर सिस्टम-स्तर के भार को छिपा सकता है।
सर्किट बोर्ड की वाटरप्रूफ डिज़ाइन और सही माउंटिंग का यह संयोजन एक वाटरप्रूफ संरचना बनाता है जो वास्तविक परिस्थितियों में भी टिकाऊ रहती है। आपके इलेक्ट्रॉनिक उपकरण सूखे और स्थिर रहते हैं। आप उपयोगिता को प्रभावित किए बिना अच्छा वाटरप्रूफ प्रभाव प्राप्त करते हैं। सही सुरक्षात्मक कोटिंग और माउंटिंग रणनीति आपके उत्पाद के जीवनकाल को काफी बढ़ा देती है।
परीक्षण और सत्यापन विधियाँ
आपको अपने प्रोटोटाइप की नमी और कंपन प्रतिरोध क्षमता का परीक्षण विकास के शुरुआती चरण में ही कर लेना चाहिए। उत्पादन शुरू होने तक इंतजार करने से महंगी समस्याएं सामने आ सकती हैं। शुरुआती परीक्षण से आपको डिज़ाइन की खामियों को तब पकड़ने में मदद मिलती है जब बदलाव करने में कम खर्च आता है। आपकी परीक्षण योजना आपके उत्पाद की वास्तविक परिस्थितियों के अनुरूप होनी चाहिए।
कंपन और नमी के लिए पर्यावरणीय परीक्षण
उद्योग मानक आपको परीक्षण के लिए एक ढांचा प्रदान करते हैं। सैन्य और वाणिज्यिक क्षेत्र इन स्थापित विधियों पर निर्भर करते हैं। आप अपने लक्षित बाजार के आधार पर सही मानक का चयन कर सकते हैं।
स्टैण्डर्ड | फोकस | आवेदन |
|---|---|---|
कंपन, तापमान, आर्द्रता | सैन्य और मजबूत वाणिज्यिक उपकरण | |
साइनसोइडल कंपन | सामान्य इलेक्ट्रॉनिक्स | |
IEC 60068-2-78 | उमस वाली गर्मी | नमी प्रतिरोधी |
जेडईसी जेएसडी22-बी103 | परिवर्तनीय आवृत्ति कंपन | अर्धचालक घटक |
एईसी-क्यू100/क्यू200 | संयुक्त तापीय और यांत्रिक तनाव | मोटर वाहन इलेक्ट्रॉनिक्स |
MIL-STD-810H में कंपन से संबंधित कई प्रक्रियाएं दी गई हैं। प्रक्रिया I सुरक्षित कार्गो और तैनात उपकरणों पर लागू होती है। प्रक्रिया II ट्रक बेड पर 25.4 मिमी की पीक-टू-पीक गति और 5 हर्ट्ज़ पर ढीले कार्गो के उछलने का अनुकरण करती है। प्रक्रिया III उन बड़े असेंबली को कवर करती है जो वाहन के द्रव्यमान का एक बड़ा हिस्सा बनाते हैं। प्रक्रिया IV विमान सामग्री और मिसाइलों को संभालती है। प्रत्येक प्रक्रिया एक विशिष्ट वास्तविक परिदृश्य से मेल खाती है।
नमी परीक्षण के लिए, IEC 60068-2-78 नम ऊष्मा विधि प्रदान करता है। इसमें उत्पाद को एक निश्चित तापमान पर एक निश्चित अवधि के लिए उच्च आर्द्रता में रखा जाता है। MIL-STD-810H में भी आर्द्रता परीक्षण प्रक्रियाएं शामिल हैं। संयुक्त वातावरण परीक्षण के लिए तापमान और कंपन दोनों के लिए IEC 60068-2-53 का पालन किया जाता है। कोई भी मानक कंपन और नमी दोनों को एक साथ कवर नहीं करता है, इसलिए आपको अलग-अलग परीक्षण करने होंगे।
परीक्षण की अवधि उत्पाद श्रेणी के अनुसार भिन्न होती है। छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए 168 घंटे के बुनियादी सत्यापन की आवश्यकता होती है। स्मार्टफोन और स्मार्ट घड़ियों के लिए उद्योग में न्यूनतम 504 घंटे का परीक्षण अनिवार्य है। ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स और फोटोवोल्टिक पैनलों के लिए 1000 घंटे का परीक्षण आवश्यक है। बाहरी विद्युत उपकरणों के लिए 2000 घंटे के अत्यधिक विश्वसनीयता परीक्षण की आवश्यकता होती है। ये अवधियाँ IEC 60068-2-67-2019 के दिशानिर्देशों का पालन करती हैं।
विश्वसनीयता परीक्षण और तनाव विश्लेषण
विश्वसनीयता परीक्षण यह अनुमान लगाता है कि आपका उत्पाद वास्तविक परिस्थितियों में कितने समय तक टिक पाएगा। सांख्यिकीय मॉडल परीक्षण परिणामों को सामान्य परिचालन तक विस्तारित करने में आपकी सहायता करते हैं। अरहेनियस मॉडल तनाव परीक्षण में तापमान त्वरण को नियंत्रित करता है। यह उच्च तापमान पर देखी गई विफलता दरों को सामान्य तापमान पर अपेक्षित दरों में परिवर्तित करता है। त्वरित परीक्षण में तापमान सबसे आम तनाव चर बना रहता है।
IEC 61709 क्षेत्र डेटा विश्लेषण पर आधारित तनाव मॉडल प्रदान करता है। ये मॉडल संदर्भ स्थितियों में आधारभूत विफलता दरों को वास्तविक परिचालन स्थितियों में दरों में परिवर्तित करते हैं। आप अपना परिचालन वातावरण, तापमान और तनाव कारक इनपुट करते हैं। मॉडल आपके विशिष्ट उपयोग के मामले के लिए अनुमानित विफलता दर आउटपुट करता है।
आपके विश्वसनीयता परीक्षण में JESD22-A104 के अनुसार थर्मल साइक्लिंग शामिल होनी चाहिए। इस परीक्षण में घटकों को बारी-बारी से गर्म और ठंडे तापमान के संपर्क में लाया जाता है। थर्मल साइक्लिंग सोल्डर जोड़ों पर कंपन की तुलना में अलग तरह का दबाव डालती है। संयुक्त परीक्षण से आपको अपने उत्पाद की मजबूती की पूरी जानकारी मिलती है।
एक मालवाहक ट्रक, जो एक सैन्य प्रतिष्ठान में चार 2U रग्ड सर्वर पहुंचा रहा था, पथरीले रेगिस्तानी इलाके से गुजरा। सर्वर असुरक्षित हो गए और इतने तेज कंपन का सामना करना पड़ा कि उनके फास्टनर टूट गए और चेसिस में दरारें आ गईं। चूंकि सर्वर MIL-STD-810 प्रमाणित थे, इसलिए वे सुरक्षित बच गए जबकि ट्रेलर में रखी अन्य वस्तुओं को नुकसान पहुंचा। यह वास्तविक घटना दर्शाती है कि उचित परीक्षण कितना महत्वपूर्ण है।
आपके परीक्षण कार्यक्रम में कन्फॉर्मल कोटिंग और पॉटिंग सामग्री के प्रदर्शन की पुष्टि होनी चाहिए। परीक्षण बोर्डों पर कोटिंग लगाएं और उन्हें नमी वाले कक्षों में रखें। परत उखड़ने, दरारें पड़ने या चिपकने की क्षमता में कमी की जांच करें। आपकी सिलिकॉन-आधारित कन्फॉर्मल कोटिंग को परीक्षण अवधि के दौरान अपनी सुरक्षात्मक परत बनाए रखनी चाहिए। नैनो कोटिंग विकल्प की भी आपके विशिष्ट नमी की स्थितियों में पुष्टि आवश्यक है।
प्रत्येक परीक्षण परिणाम को दस्तावेज़ित करें। विफलताओं पर नज़र रखें और उनके मूल कारणों का विश्लेषण करें। इस डेटा का उपयोग अपने सर्किट डिज़ाइन और कोटिंग लगाने की प्रक्रिया को बेहतर बनाने के लिए करें। प्रत्येक परीक्षण चक्र के साथ आपकी जलरोधक रणनीति बेहतर होती जाती है। इस पुनरावृत्ति प्रक्रिया के माध्यम से आपके इलेक्ट्रॉनिक्स की विश्वसनीयता बढ़ती है। आपके द्वारा चुनी गई अनुरूप कोटिंग को उन्हीं परीक्षणों से गुजरना होगा जिनसे आपका अंतिम उत्पाद गुजरता है। शुरुआत में ही परीक्षण करें, बार-बार परीक्षण करें और डेटा को अपने डिज़ाइन संबंधी निर्णयों का मार्गदर्शन करने दें।
वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग
ऑटोमोटिव, समुद्री और औद्योगिक स्वचालन
रेस कारें और रेलवे सिस्टम आपके एंटी-शेक डिज़ाइन की क्षमता की चरम सीमा तक पहुँच जाते हैं। इन वातावरणों में उच्च कंपन के साथ-साथ नमी का भी खतरा रहता है। आपके सर्किट को इन दोनों खतरों से एक साथ सुरक्षित रहना होगा।
ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में, कंपन तनाव से तीन सामान्य विफलता पैटर्न सामने आते हैं। पहला, बैटरी एफपीसी कनेक्टरों पर सोल्डर जोड़ तब विफल हो जाते हैं जब 50-60μm के पैड स्टेप अंतर से तनाव सांद्रता उत्पन्न होती है। फ्लक्स अवशेष के साथ 75% तक के बड़े रिक्त स्थान जोड़ को और कमजोर कर देते हैं। जोड़ अंतरधात्विक परत से अलग हो जाता है। दूसरा, निरंतर छोटे कंपनों से कनेक्टर संपर्क घिसने के कारण सोने की परत उतर जाती है। संपर्क प्रतिरोध बढ़ जाता है और सिग्नल अस्थिर हो जाते हैं। तीसरा, असुरक्षित केबल कंपन ऊर्जा को सीधे कनेक्शन बिंदुओं तक पहुंचाते हैं। केबल टूट जाता है या कनेक्टर हाउसिंग में दरार आ जाती है। उचित माउंटिंग और उच्च-गुणवत्ता वाली अनुरूप कोटिंग से इन विफलताओं को रोका जा सकता है। यह सिलिकॉन-आधारित अनुरूप कोटिंग आपके सर्किट को नमी से सुरक्षित रखती है।
रेलवे इलेक्ट्रॉनिक्स EN 61373 मानकों का पालन करते हैं। इस मानक के अनुसार, प्रकाश उपकरणों को 5 से 150 हर्ट्ज़ तक के यादृच्छिक कंपन और 5.4 मीटर/सेकंड² तक के त्वरण को सहन करने में सक्षम होना चाहिए। उचित आवरण, एंड कैप और सिलिकॉन कोटिंग से युक्त एलईडी प्रोफाइल एक अवमंदन प्रणाली के रूप में कार्य करता है। नम वातावरण में ऊष्मा अपव्यय के लिए एल्यूमीनियम का अनुप्रस्थ काट निर्णायक कारक होता है। इसके लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातु आवरण और संक्षारण-रोधी उपचार के साथ मजबूत संरचना की आवश्यकता होती है। सिलिकॉन-आधारित परत इन प्रणालियों के लिए आवश्यक नमी अवरोधक प्रदान करती है।
समुद्री उपकरणों के लिए और भी उच्च मानकों की आवश्यकता होती है। अधिकांश समुद्री इलेक्ट्रॉनिक्स IPX7 या IPX8 रेटिंग के साथ आते हैं। IPX7 रेटिंग 30 मिनट तक एक मीटर तक पानी में डूबे रहने पर भी खराब नहीं होती। IPX8 रेटिंग निर्माता द्वारा निर्दिष्ट गहराई पर लंबे समय तक पानी में डूबे रहने पर भी खराब नहीं होती। विद्युत कनेक्शनों पर समुद्री-ग्रेड सिलिकॉन या एपॉक्सी सीलेंट लगाए जाते हैं । हीट श्रिंक ट्यूबिंग गर्म करने पर तारों से कसकर चिपक जाती है। कनेक्शनों को समुद्री-ग्रेड इलेक्ट्रिकल टेप से लपेटा जाता है जो खारे पानी से सुरक्षित रहता है। बोर्ड पर लगाई गई कन्फॉर्मल लेयर नमी और जंग से बचाती है। यह कोटिंग आपके इलेक्ट्रॉनिक असेंबली को नमक के छिड़काव से बचाती है। नैनो-आधारित उपचार विकल्प जटिल असेंबली के लिए हल्का सुरक्षात्मक आवरण प्रदान करता है। कनेक्टर्स पर डाइइलेक्ट्रिक ग्रीस नमक से होने वाले जंग को रोकता है। नमी को नियंत्रित करने के लिए हवादार लॉकर और डेसिकेंट पैक का उपयोग किया जाता है।
औद्योगिक स्वचालन नियंत्रकों को भी इसी तरह की चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। एक पवन ऊर्जा कंपनी ने पाया कि साधारण SSD में 10 ग्राम कंपन के तहत 5% डेटा हानि होती है। औद्योगिक-ग्रेड SSD में अपग्रेड करने से यह समस्या हल हो गई। 10 ग्राम यादृच्छिक कंपन के तहत पवन ऊर्जा निगरानी प्रणालियाँ CAN बस पर 0.001% या उससे कम की बिट त्रुटि दर प्राप्त करती हैं। खनन ड्रिल नियंत्रण 200 ग्राम के झटकों को 100% SSD डेटा अखंडता के साथ सहन करते हैं और सिस्टम 10 सेकंड के भीतर पुनः आरंभ हो जाता है। ऑटोमोटिव वेल्डिंग स्टेशन 20 ग्राम कंपन को 5 मिलीसेकंड या उससे कम के डेटा ट्रांसमिशन विलंब के साथ संभालते हैं, जिससे वेल्डिंग की सटीकता ±0.1 मिमी सुनिश्चित होती है। आपके सिस्टम का प्रदर्शन इन घटकों की विश्वसनीयता पर निर्भर करता है।
आपकी कंपन रोधी और जलरोधी रणनीतियाँ इन सभी वातावरणों में इलेक्ट्रॉनिक्स की सुरक्षा करती हैं। सही सामग्री, माउंटिंग और सीलिंग विधियाँ खराबी को रोकती हैं। आपका उत्पाद सबसे कठिन परिस्थितियों में भी विश्वसनीय रूप से कार्य करता है।
अब आप समझ गए होंगे कि एंटी-शेक और वाटरप्रूफ डिज़ाइन क्यों ज़रूरी है। ये कदम विफलताओं को रोकते हैं, मरम्मत लागत को कम करते हैं और उत्पादों की उम्र बढ़ाते हैं। आपने कुछ सरल तरीके सीखे हैं: कन्फॉर्मल कोटिंग, पॉटिंग कंपाउंड और नैनो-वाटरप्रूफ लिक्विड कोटिंग। हर तरह की कोटिंग नमी और कंपन से विशेष सुरक्षा प्रदान करती है। आपके पीसीबी लेआउट और माउंटिंग विकल्प भी उतने ही महत्वपूर्ण हैं। स्ट्रक्चरल वाटरप्रूफिंग उन सभी जगहों को सील कर देती है जहां से पानी अंदर जा सकता है। एंटी-शेक माउंटिंग भारी पुर्जों को सुरक्षित रखती है। अच्छी टेस्टिंग आपके डिज़ाइन को इस्तेमाल में लाने से पहले ही जांच लेती है। सिलिकॉन-आधारित कन्फॉर्मल कोटिंग एक विश्वसनीय नमी अवरोधक बनाती है। फ्लेक्सिबल पॉटिंग यांत्रिक तनाव को अच्छी तरह से अवशोषित करती है। यह सिलिकॉन शील्ड आपके इलेक्ट्रॉनिक्स के प्रदर्शन में काफी सुधार करती है। अब अपने मौजूदा प्रोजेक्ट्स पर नज़र डालें। इन सिद्ध तरीकों को शुरुआत में ही अपनाएं। आप महंगी फील्ड विफलताओं से बचेंगे और ऐसे उत्पाद बनाएंगे जो कठिन परिस्थितियों में भी टिके रहेंगे। आपके अगले डिज़ाइन को भी इस सुरक्षा की आवश्यकता है।
सामान्य प्रश्न
सिलिकॉन कन्फॉर्मल कोटिंग को क्या चीज़ अलग बनाती है?
सिलिकॉन कन्फॉर्मल कोटिंग तापमान में बदलाव होने पर भी लचीली बनी रहती है। यह एक्रिलिक विकल्पों की तुलना में नमी को बेहतर ढंग से रोकती है। केवल न्यूट्रल-क्योर सामग्री का ही उपयोग करें। एसिड-क्योर वाली सामग्रियां समय के साथ आपके सोल्डर जोड़ों को नुकसान पहुंचाती हैं।
सिलिकॉन कन्फॉर्मल कोटिंग को सही तरीके से कैसे लगाया जाता है?
सबसे पहले, अपने बोर्ड को 100-150°F तक गर्म करें। इससे बोर्ड पर फंसी नमी निकल जाएगी। कोटिंग को समान रूप से लगाएं। न्यूट्रल-क्योर सिलिकॉन का उपयोग करें। परीक्षण करने से पहले इसे पूरी तरह सूखने दें। इससे आपका सर्किट सुरक्षित रहेगा।
आउटडोर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आपको किस वाटरप्रूफ रेटिंग की आवश्यकता है?
IP67 रेटिंग 30 मिनट तक एक मीटर पानी में काम कर सकती है। IP68 रेटिंग इससे भी अधिक गहराई तक काम करती है और अधिक समय तक चलती है। अपने वातावरण के अनुसार रेटिंग चुनें। समुद्री उपकरणों के लिए आमतौर पर IP68 रेटिंग आवश्यक होती है। उपभोक्ता उपकरण अक्सर IP67 रेटिंग के साथ ठीक से काम करते हैं।
क्या सिलिकॉन कोटिंग नमी से सुरक्षा प्रदान करती है?
जी हाँ। सिलिकॉन कोटिंग एक अवरोधक का काम करती है जो नमी को रोकती है। यह आर्द्रता और तापमान में होने वाले बदलावों को अच्छी तरह से सहन करती है। इससे आपके इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को जंग और शॉर्ट सर्किट से विश्वसनीय सुरक्षा मिलती है।
