Physics of failure
ناکامی کی طبیعیات وشوسنییتا ڈیزائن کے عمل کے تحت ایک ایسی تکنیک ہے جو وشوسنییتا کی پیش گوئی کرنے اور مصنوعات کی کارکردگی کو بہتر بنانے میں ناکامی کو جنم دینے والے عمل اور میکانزم کے علم اور تفہیم کا فائدہ اٹھاتی ہے۔ ناکامی کی طبیعیات کی دیگر تعریفوں میں شامل ہیں: وشوسنییتا کے لیے سائنس پر مبنی نقطہ نظر جو وشوسنییتا کو ڈیزائن کرنے کے لیے ماڈلنگ اور تخروپن کا استعمال کرتا ہے۔ یہ نظام کی کارکردگی کو سمجھنے اور ڈیزائن کے دوران اور سامان کو میدان میں اتارنے کے بعد فیصلے کے خطرے کو کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ یہ نقطہ نظر ناکامی کی بنیادی وجوہات جیسے تھکاوٹ، فریکچر، پہننا اور کٹاؤ کا نمونہ بناتا ہے۔ ناکامی کو روکنے کے لیے قابل اعتماد پروڈکٹ کے ڈیزائن اور ترقی کے لیے ایک نقطہ نظر، جو جڑ کی وجہ سے ناکامی کے طریقہ کار کے علم پر مبنی ہے۔ فزکس آف فیلر (پی او ایف) کا تصور مصنوعات کی ضروریات اور جسمانی خصوصیات کے درمیان تعلقات اور مینوفیکچرنگ کے عمل میں ان کی تغیر، اور مصنوعات کے عناصر اور مواد کے بوجھ (دباؤ) کے رد عمل اور بوجھ کے تحت تعامل اور استعمال کے حالات اور وقت کے حوالے سے استعمال کے لیے فٹنس پر ان کے اثر و رسوخ کو سمجھنے پر مبنی ہے۔ جائزہ ناکامی کی طبیعیات کا تصور، جسے وشوسنییتا طبیعیات بھی کہا جاتا ہے، میں انحطاط کے الگورتھم کا استعمال شامل ہے جو یہ بیان کرتا ہے کہ وقت کے ساتھ جسمانی، کیمیائی، مکینیکل، تھرمل، یا برقی میکانزم کیسے تیار ہوتے ہیں اور بالآخر ناکامی کو جنم دیتے ہیں۔ اگرچہ ناکامی کی طبیعیات کا تصور بہت سے ساختی شعبوں میں عام ہے، لیکن مخصوص برانڈنگ ابتدائی نسل کے الیکٹرانک پرزوں اور نظاموں کی وشوسنییتا کی بہتر پیش گوئی کرنے کی کوشش سے تیار ہوئی ہے۔ ابتدا الیکٹرانکس انڈسٹری کے اندر، فزکس آف فیلئر کے نفاذ کا سب سے بڑا محرک دوسری جنگ عظیم کے دوران فوجی ہتھیاروں کے نظام کی ناقص کارکردگی تھی۔ بعد کی دہائی کے دوران، ریاستہائے متحدہ کے محکمہ دفاع نے خاص طور پر الیکٹرانکس کی وشوسنییتا کو بہتر بنانے کے لیے وسیع پیمانے پر کوششوں کی مالی اعانت فراہم کی، جس میں ابتدائی کوششیں حقیقت کے بعد یا شماریاتی طریقہ کار پر مرکوز تھیں۔ بدقسمتی سے، الیکٹرانکس کے تیزی سے ارتقاء، نئے ڈیزائن، نئے مواد، اور نئے مینوفیکچرنگ کے عمل کے ساتھ، پرانی ٹیکنالوجی سے حاصل کردہ طریقوں اور پیش گوئیوں کو تیزی سے مسترد کرنے کا رجحان تھا۔ اس کے علاوہ، شماریاتی نقطہ نظر مہنگی اور وقت طلب جانچ کا باعث بنتا ہے۔ مختلف طریقوں کی ضرورت روم ایئر ڈویلپمنٹ سینٹر (آر اے ڈی سی) میں فزکس آف فیلئر کی پیدائش کا باعث بنی۔ آر اے ڈی سی کے زیراہتمام الیکٹرانکس سمپوزیم میں ناکامی کا پہلا فزکس ستمبر 1962 میں منعقد ہوا۔ پروگرام کا مقصد مواد کے بنیادی جسمانی اور کیمیائی رویے کو وشوسنییتا کے پیرامیٹرز سے جوڑنا تھا۔ ابتدائی تاریخ-مربوط سرکٹس ناکامی کی تکنیکوں کی طبیعیات کی ابتدائی توجہ مربوط سرکٹس میں انحطاط کے طریقہ کار تک محدود تھی۔ اس کی بنیادی وجہ یہ تھی کہ ٹیکنالوجی کے تیز رفتار ارتقاء نے موجودہ مصنوعات سے کئی نسلوں پہلے کارکردگی کو پکڑنے اور پیش گوئی کرنے کی ضرورت پیدا کردی۔ ناکامی کی پیش گوئی کرنے والی طبیعیات کے تحت پہلی بڑی کامیابیوں میں سے ایک فارمولا موٹرولا کے جیمز بلیک نے برقی منتقلی کے رویے کو بیان کرنے کے لیے تیار کیا تھا۔ برقی منتقلی اس وقت ہوتی ہے جب الیکٹرانوں کے تصادم کی وجہ سے موصل میں دھات کے ایٹم ہٹ جاتے ہیں اور موجودہ بہاؤ (موجودہ کثافت کے متناسب) کے نیچے کی طرف حرکت کرتے ہیں۔ بلیک نے اس علم کو تجرباتی نتائج کے ساتھ مل کر برقی منتقلی کی وجہ سے ناکامی کی شرح کو بیان کرنے کے لیے استعمال کیا جہاں A انٹر کنیکٹ کے کراس سیکشنل ایریا پر مبنی مستقل ہے، J موجودہ کثافت ہے، Ea ایکٹیویشن انرجی ہے (مثال کے طور پر۔ ایلومینیم میں اناج کی حد کے پھیلاؤ کے لیے 0.7 eV)، k بولٹزمین مستقل ہے، T درجہ حرارت ہے اور n ایک اسکیلنگ عنصر ہے (عام طور پر سیاہ کے مطابق 2 پر سیٹ کیا جاتا ہے)۔ ناکامی کی طبیعیات عام طور پر تھکاوٹ، یا بڑھتی ہوئی ناکامی کی شرح کی پیش گوئی کے لیے ڈیزائن کی گئی ہے، لیکن بلیک کی یہ ابتدائی کامیابی آپریشنل زندگی کے دوران رویے کی پیش گوئی، یا مستقل ناکامی کی شرح پر مرکوز ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ نشانات میں برقی نقل مکانی کو ڈیزائن کے اصولوں پر عمل کرکے ڈیزائن کیا جا سکتا ہے، جبکہ ویاس میں برقی نقل مکانی بنیادی طور پر انٹرفیسیل اثرات ہوتے ہیں، جو نقائص یا عمل سے چلنے والے ہوتے ہیں۔ اس کامیابی کا فائدہ اٹھاتے ہوئے، جدید انٹیگریٹڈ سرکٹس میں تین دیگر بڑے انحطاط کے طریقہ کار (وقت پر منحصر ڈائی الیکٹرک بریک ڈاؤن [ٹی ڈی ڈی بی]، ہاٹ کیریئر انجیکشن [ایچ سی آئی]، اور منفی تعصب درجہ حرارت کا عدم استحکام [این بی ٹی آئی]) کے لیے اضافی طبیعیات کی ناکامی پر مبنی الگورتھم اخذ کیے گئے ہیں۔ مزید حالیہ کام نے ان مجرد الگورتھم کو نظام کی سطح کی پیشن گوئی میں جمع کرنے کی کوشش کی ہے۔ TDDB: τ = τo (T) ایکسپ [G (T)/εox] جہاں τo (T) = 5.4 * 10-7 ایکسپ (-Ea/kT)، G (T) = 120 + 5.8/kT، اور εox اجازت ہے۔ ایچ سی آئی: λ ایچ سی آئی = A3 ایکسپ (-β/VD) ایکسپ (-Ea/kT) جہاں λ ایچ سی آئی ایچ سی آئی کی ناکامی کی شرح ہے، A3 ایک تجرباتی فٹنگ پیرامیٹر ہے، β ایک تجرباتی فٹنگ پیرامیٹر ہے، VD ڈرین وولٹیج ہے، Ea ایچ سی آئی کی ایکٹیویشن انرجی ہے، عام طور پر − 0.0 سے − 0.1eV، k بولٹزمین کا مستقل ہے، اور T کیلون میں درجہ حرارت ہے۔ این بی ٹی آئی: λ = A εoxm VTMp ایکسپ (-Ea/kT) جہاں A کا تعین تجرباتی طور پر مندرجہ بالا مساوات کو معمول پر لا کر کیا جاتا ہے، m = 2.9، VT تھرمل وولٹیج ہے، μP سطح کی نقل و حرکت کا مستقل ہے، Ea این بی ٹی آئی کی ایکٹیویشن انرجی ہے، k i s بولٹزمین کا مستقل ہے، اور T کیلون میں درجہ حرارت ہے۔ اگلا مرحلہ-الیکٹرانک پیکیجنگ انٹیگریٹڈ سرکٹس کے ساتھ وسائل اور کامیابیاں، اور فیلڈ کی ناکامیوں کے کچھ ڈرائیوروں کا جائزہ، بعد میں وشوسنییتا طبیعیات برادری کو پیکیج کی سطح کے انحطاط کے طریقہ کار میں ناکامی کی تحقیقات شروع کرنے کی ترغیب دی۔ الگورتھم تیار کرنے کے لیے وسیع پیمانے پر کام کیا گیا جو باہمی رابطوں کی وشوسنییتا کی درست پیش گوئی کر سکے۔ دلچسپی کے مخصوص باہمی رابطے پہلی سطح (تار بانڈ، سولڈر بمپس، ڈائی اٹیچ)، دوسری سطح (سولڈر جوڑوں)، اور تیسری سطح (سوراخوں کے ذریعے چڑھایا ہوا) پر رہتے ہیں۔ جس طرح انٹیگریٹڈ سرکٹ کمیونٹی نے ڈائی سطح پر ناکامی کی طبیعیات کے ساتھ چار بڑی کامیابیاں حاصل کیں، اسی طرح جزو پیکیجنگ کمیونٹی کو 1970 اور 1980 کی دہائی میں ان کے کام سے چار بڑی کامیابیاں حاصل ہوئیں۔ یہ پیک تھے: تار بانڈ/بانڈ پیڈ کنکشن کی ناکامی کے وقت کی پیش گوئی کرتا ہے جب بلند درجہ حرارت/نمی کے سامنے آتا ہے جہاں A ایک مستقل ہے، RH رشتہ دار نمی ہے، f (V) ایک وولٹیج فنکشن ہے (اکثر وولٹیج مربع کے طور پر حوالہ دیا جاتا ہے)، Ea ایکٹیویشن توانائی ہے، KB بولٹزمین کا مستقل ہے، اور T کیلون میں درجہ حرارت ہے۔ اینگل میئر: درجہ حرارت سائیکلنگ کے سامنے سولڈر جوڑوں کی ناکامی کے وقت کی پیش گوئی کرتا ہے جہاں εf ایک تھکاوٹ ڈکٹیلٹی گتانک ہے، c ایک وقت اور درجہ حرارت پر منحصر مستقل ہے، F ایک تجرباتی مستقل ہے، LD غیر جانبدار نقطہ سے فاصلہ ہے، α تھرمل توسیع کا گتانک ہے، ΔT درجہ حرارت میں تبدیلی ہے، اور h سولڈر جوڑوں کی موٹائی ہے۔ اسٹینبرگ: کمپن کے سامنے آنے والے سولڈر جوڑوں کی ناکامی کے وقت کی پیش گوئی کرتا ہے جہاں Z زیادہ سے زیادہ نقل مکانی ہے، پی ایس ڈی پاور سپیکٹرم کثافت (جی 2/ہرٹز) ہے، ایف این سی اے کی قدرتی تعدد ہے، کیو منتقلی ہے (قدرتی تعدد کا مربع جڑ سمجھا جاتا ہے)، زیڈ سی اہم نقل مکانی ہے (ناکامی کے 20 ملین چکر)، بی بورڈ کے مرکز میں واقع جزو کے متوازی پی سی بی کنارے کی لمبائی ہے، سی ایک جزو پیکیجنگ مستقل ہے، ایچ پی سی کی موٹائی ہے، آر ایک متعلقہ پوزیشن عنصر ہے، اور ایل جزو کی لمبائی ہے۔ آئی پی سی-ٹی آر-579: درجہ حرارت سائیکلنگ کے سامنے آنے والے سوراخوں کے ذریعے چڑھایا کی ناکامی کے وقت کی پیش گوئی کرتا ہے جہاں a تھرمل توسیع (سی ٹی ای) کا گتانک ہے، T درجہ حرارت ہے، E لچکدار ماڈیول ہے، h بورڈ کی موٹائی ہے، d سوراخ کا قطر ہے، t چڑھانا موٹائی ہے، اور E اور Cu بورڈ اور تانبے کی خصوصیات سے مطابقت رکھتے ہیں، بالترتیب، ایس یو حتمی تناؤ کی طاقت ہے اور ڈی ایف چڑھایا تانبے کی لچک ہے، اور ڈی تناؤ کی حد ہے۔ مندرجہ بالا مساوات میں سے ہر ایک فرسٹ آرڈر مساوات تیار کرنے کے لیے انحطاط کے طریقہ کار اور ٹیسٹ کے تجربے کے علم کے امتزاج کا استعمال کرتا ہے جو ڈیزائن یا وشوسنییتا انجینئر کو ڈیزائن فن تعمیر، مواد اور ماحول سے متعلق معلومات کی بنیاد پر وقت سے ناکامی کے رویے کی پیش گوئی کرنے کے قابل بناتا ہے۔ ناکامی کی طبیعیات کے شعبے میں حالیہ کام نئے مواد (یعنی لیڈ فری سولڈر، ہائی-کے ڈائی الیکٹرک)، سافٹ ویئر پروگراموں کی ناکامی کے وقت کی پیش گوئی کرنے، پیشن گوئی کے مقاصد کے لیے الگورتھم کا استعمال کرنے، اور ناکامی کی پیش گوئیوں کی طبیعیات کو نظام کی سطح کے وشوسنییتا کے حسابات میں ضم کرنے پر مرکوز رہا ہے۔ حدود ڈیزائن کی تشخیص اور وشوسنییتا کی پیش گوئی میں ناکامی کی طبیعیات کے استعمال کے ساتھ کچھ حدود ہیں۔ پہلا ناکامی الگورتھم کی طبیعیات ہے جو عام طور پر ایک 'کامل ڈیزائن' فرض کرتی ہے۔ نقائص کے اثرات کو سمجھنے کی کوشش کرنا مشکل ہو سکتا ہے اور اکثر ناکامی کی طبیعیات (پی او ایف) کی پیش گوئیوں کی طرف جاتا ہے جو زندگی کے اختتام کے رویے تک محدود ہوتی ہے (بچوں کی اموات یا مفید آپریٹنگ زندگی کے برخلاف)۔ اس کے علاوہ، کچھ کمپنیوں کے پاس بہت سارے استعمال کے ماحول ہوتے ہیں (ذاتی کمپیوٹر کے بارے میں سوچیں) جو درجہ حرارت/کمپن/نمی/پاور سائیکلنگ وغیرہ کے ہر ممکنہ امتزاج کے لیے پی او ایف تشخیص انجام دیتے ہیں۔ یہ مشکل اور ممکنہ طور پر محدود قیمت کا ہوگا۔ یہ بھی دیکھیں محدود عنصر سافٹ ویئر پیکجوں کی فہرست اہم طیارہ تجزیہ برقرار رکھنے کے حوالے مکینیکل ناکامی