Старение литых дросселей: что происходит внутри?
Чтобы говорить о старении, нужно сначала понять, как устроена литая катушка.
Вместо обычного ферритового сердечника и каркаса здесь используется SMC (soft magnetic composite). Это порошок из микрочастиц железного сплава. Каждая частица покрыта тонким изоляционным слоем и помещена в полимер. Обмотка полностью заливается этим композитом, получается прочный монолит. Такая конструкция даёт компактность, устойчивость к вибрациям и главное - поток магнитного поля в основном замыкается внутри дросселя, а не рассеивается вокруг, что снижает уровень наводок в схеме.

Почему так важно покрывать каждую частицу изоляцией?
Дело в том, что в массивном сердечнике при высоких частотах возникают вихревые токи - замкнутые токи внутри материала, которые жрут энергию и превращают её в тепло. В SMC каждая частица электрически изолирована от соседних, поэтому токи не могут свободно «бегать» сквозь весь объём. Это резко снижает потери и позволяет дросселю работать на мегагерцовых частотах.

Теперь о старении
Теория и эксперименты показывают, что под действием сильной внешней среды - высокого электрического поля или длительного нагрева - проводящие частицы внутри композита начинают чаще сталкиваться, а заряды получают возможность перемещаться между ними. Этот процесс сопровождается токами эмиссионного характера: электроны пробивают изоляционный слой. Со временем связующее и покрытие теряют свои изоляционные свойства, и внутри формируются микропроводящие сети - именно это и есть перколяция. Как только частицы перестают быть изолированными, вихревые токи снова находят пути для замыкания.

Что плывёт при старении:
- Растут потери в сердечнике, особенно заметные на высоких частотах;
- Падает добротность;
- Смещается резонансная частота;
- Искажается ток через дроссель.

При этом на низкой частоте (например, тест на 100 кГц) катушка может выглядеть «как новая» - индуктивность и сопротивление почти не меняются. Все реальные проблемы проявляются именно в рабочем мегагерцовом диапазоне.

Мало какая организация в истории электроники повлияла на индустрию так сильно, как IPC. Сегодня это Global Electronics Association, но начался её путь в далёком 1957 году — с простой цели согласовать требования к производству печатных плат в США.

Поначалу ассоциация занималась исключительно платами, что и отражало её первое имя — Institute of Printed Circuits. Однако к 70-м годам электроника переросла рамки текстолита и меди. На первый план вышли корпуса, межсоединения и надёжность пайки. В ответ на это IPC сменил название на Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits и начал выпускать стандарты, которые шаг за шагом формировали облик современной электроники.

Ключевым оказалось стратегическое разделение: часть документов оставалась «внутренней» разработкой IPC — такие как IPC-A-600 (качество плат), IPC-A-610 (приёмка монтажа) или IPC-2221 (правила дизайна). Но если тема выходила за границы плат и касалась материалов или корпусов, IPC начал объединять усилия с другими лидерами — JEDEC, EIA, военными подрядчиками. Так на свет появились Joint Standards, или J-STD. Самый известный из них — J-STD-001 по пайке, созданный вместе с JEDEC, а следом и J-STD-020, раскрывший секрет чувствительности корпусов к влаге.

В 90-е IPC, упростив имя, окончательно превратился из американского института в глобальную силу. Его офисы открылись в Европе и Азии, а документы стали единым языком для производителей электроники по всему миру. Сегодня организация официально носит имя Global Electronics Association и охватывает всю цепочку создания электроники — от проектирования и закупок до монтажа и утилизации.(c)

<183>

Сборка и контроль качества

· IPC-A-610 («Acceptability of Electronic Assemblies»)
· Что это: Библия монтажа компонентов на плату. Это наглядный альбом с картинками, который показывает, как должна выглядеть идеальная паяная плата, а что — брак. Его используют все.
· Актуальная версия: J (2024)

J-STD-001 («Requirements for Soldered Electrical & Electronic Assemblies»)
· Что это: Инструкция для технолога. Если А-610 показывает «что», то этот стандарт объясняет «как» — какие материалы и процессы использовать для правильной пайки.
· Актуальная версия: J (2024)

IPC/WHMA-A-620 («Requirements for Cable & Wire Harness Assemblies»)
· Что это: Тот же IPC-A-610, но для кабелей и жгутов. Как должен выглядеть качественный обжим, опрессовка и пайка коннекторов.
· Актуальная версия: E (2022)


Проектирование и работа с компонентами

IPC-2221 («Generic Standard on Printed Board Design»)
· Что это: Правила проектирования для дизайнеров печатных плат. Определяет, какой ширины делать дорожки, какие зазоры оставлять и как располагать отверстия.
· Актуальная версия: C (2023)

J-STD-020 («Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices»)
· Что это: Отвечает на вопрос «почему чипы сушат перед пайкой». Определяет уровень чувствительности компонентов к влаге, чтобы они не портились при нагреве в печи.
· Актуальная версия: F (2022)

J-STD-033 («Handling, Packing, Shipping & Use of Moisture-Sensitive Components»)
· Что это: Практическое руководство по работе с чувствительными к влаге компонентами из J-STD-020. Как их хранить, в какой упаковке и сколько времени можно держать на воздухе.
· Актуальная версия: D (2018)


Ремонт и основы

IPC-7711/7721 («Rework, Modification & Repair of Electronic Assemblies»)
· Что это: Инструкция по ремонту плат. Подробные методики по демонтажу компонентов, восстановлению оборванных дорожек и ремонту контактных площадок.
· Актуальная версия: D (2024)

IPC-A-600 («Acceptability of Printed Boards»)
· Что это: Стандарт для приёмки «голых» печатных плат от производителя. Позволяет оценить качество самой платы до того, как на неё начнут монтировать компоненты.
· Актуальная версия: M (2025)

Это справочное пособие, которое помогает быстро ознакомиться с основными строительными блоками современной электроники и выбрать подходящие компоненты для своих проектов. Преобразователи уровней (Level Shifters)
Мосты USB-to-UART
Драйверы светодиодов и двигателей
Датчики температуры и инерциальные измерительные модули (IMU)
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)
EEPROM (энергонезависимая память)
И многое другое.

Мы много возим платы из Китая для своих клиентов и работаем там с четырьмя заводами:

1. Простые одно- и двухсторонние платы, а также быстрые образцы до 8 слоёв — это JLCPCB. Тут у них нет конкурентов. Много с кем встречались, но никто не был готов дать такие цены, как у JLCPCB — сразу сдавались.

2. От 4 слоёв и выше, когда важно стабильное и повторяемое качество, — конкуренция жёсткая, можно выбирать. Мы остановились на двух средних по размеру производителях, которые адекватнее всего реагируют на наши запросы.

3. HDI и высокоскоростные платы — здесь нам повезло работать с одним из лидеров. И образцы, и серия выходят не быстро, зато качество без проблем.

Но всех их объединяет одно: невозможно просто так отправить заказ и получить плату. Даже самые простые проекты иногда застревают на несколько дней в согласованиях. Даже у такого онлайн-гиганта, как JLCPCB. Слишком много ручной работы.

И это надо менять.

<178>

Всегда интересно посмотреть на разработку электроники немного под другим углом. Когда я только создавал канал, то вдохновлялся в том числе Согласуйте импеданс! Было читать интересно не только инженерный взгляд, но и управленческий. К сожалению, Александр сейчас почти туда не пишет, человек занятой :)

Зато недавно в медийное поле ворвался канал на нашей фабричке...
Там уже взгляд владельца бизнеса (разработка и производство бизнеса). Кто автор - я не знаю. Что в голове у него - я тоже не знаю, но он обещает удалить канал через полгода и в каждом посте отсчитывает оставшиеся дни🤣 Чувак явно с какими-то приколами, но пишет очень хорошо и интересно. Я бы репостил каждый второй его пост, но как-то не хочется засорять свой канал, поэтому просто рассказываю.

P.S. Если вы тоже знаете каналы, где пишут про электронику под другим углом (управление, бизнес, производство и т.д.) делитесь в комментариях :)

Сейчас занимаюсь проектом, который в серии должен производиться на несколько десятков тысяч и постепенно погружаюсь в тонкости Design For Manufacturing (DFM).

Когда мне делали ревью моего первого PCB проекта, то попросили оптимизировать номиналы резисторов и конденсаторов. Например, если на плате стоят 10кОм и 11кОм, нужно проверить, можно ли в обоих местах использовать какой-то один номинал. Такую оптимизацию BOMа обосновывали тем, чтобы отдел закупок меньше заморачивался, не тратил лишние деньги компании и свое драгоценное время. А производство не тратило силы на проверку, хранение и не раздувало номенклатуру компонентов.
Но производство там было свое, которое маленькие серии собирало вручную.

Сейчас, если вы решите заказать на JLCPCB (или в каком-то другом месте) не только голые платы, но еще и сборку, то обнаружите такой пункт как "Feeders Loading fee".
Это значит, что сотруднику фабрики нужно вручную загрузить в pick-and-place машину ленту с компонентами. И за это нужно заплатить!
Один уникальный компонент - 3$ будьте добры.
У вас в BOM 100нФ на 25В и 100нФ на 50В? Это еще +3$!
Да, при массовом производстве эта цена "размазывается" на количество плат и влияние уже не так ощутимо.

Но оказывается, что это еще не всё.
Для монтажа на топ и боттом загружаются разные фидеры. Т.е. если какой-то компонент, например 10кОм резистор, находится на двух сторонах платы, то его нужно загружать дважды! А если таких компонентов не один, а десятки? х2 переплата...

Конечно, это не единственная причина оптимизации ВОМ:
-Дешевле покупать 2000шт одного компонента, чем по 1000шт двух разных
-Количество компонентов на плате, скорее всего, не кратно 10 или 100, а при массовом производстве их закупают кратными тысячам и приходится округлять в большую сторону
-Дешевле доставка
-Не нужно тратить время на распаковку, проверку и сортировку
-Не требуется дополнительного места для хранения

По отдельности все эти пункты кажутся незначительными, но в совокупности начинают оказывать влияние, особенно при производстве больших партий.

Если я забыл упомянуть еще какие-то причина оптимизации BOMа, дополняйте в комментариях ;)

Еще пара интересных моментов, которые я узнал из видео 40+ Tips to Design PCB Boards for Mass Manufacturing:

▪️ Некоторые SMD компоненты приходится ставить вручную
Если вы сделали плату полностью с SMD компонентами и думаете, что сэкономили деньги на THT или ручном монтаже, то это не всегда так.
Бывает, что некоторые большие компоненты, например очень высокие конденсаторы, приходится ставить вручную, потому что расстановщик не может их ухватить.


▪️ Термопрофили разных компонентов могут конфликтовать
Если на вашей плате есть как большие компоненты (например, силовой индуктор) и маленькие легкие компоненты (например, пластиковый разъем), то их пайка может потребовать разных термопрофилей. Дли силовых - нужна больше температура, для маленьких - меньше. Пластиковые разъемы могут терять свою надежность после двух циклов в печке, и помимо переплаты за второй цикл пайки, теряется еще и гарантия от производителя компонента.
Есть еще проблема разной толщины трафарета паяльной пасты для этих разных компонентов, но тут вроде существует решение в виде step stencil - трафарета, который специально проектируется под разные толщины.

В самом видео описаны еще и многие другие полезные моменты, но они не такие неожиданные, как эти.

В MyriadSystems описан интересный случай как сначала инженеры почти «вслепую» пофиксили один баг, а потом с помощью крутого осциллографа с полосой 4ГГц смогли увидеть то, что было недоступно взгляду.
( Раз, Два )

Для меня это очередная иллюстрация того, как на первый взгляд мелочи могут влиять на работу комплексного устройства. Причем в местах, от которых не ожидаешь подвоха.


P.S. Комментарии под постами тоже интересные, особенно рассуждения под вторым.

История стандартов названий SMD-корпусов напоминает архитектуру старых городов, где четкие кварталы новых стандартов соседствуют с запутанными переулками исторических названий.

За порядок в этом городе пытались бороться две ключевые организации. JEDEC создавала логичные аббревиатуры вроде SOIC для микросхем и SOT для транзисторов, а EIA стандартизировала коды для конденсаторов. Их работа должна была принести единообразие, но реальность оказалась сложнее.

Крупные технологические компании начали создавать собственные стандарты, которые часто оказывались удобнее официальных. Motorola разработала корпус DPAK для мощных транзисторов, и он стал отраслевым стандартом. Philips продвигала SOD-123 для диодов, и это название прочно вошло в обиход. Многие другие названия, вроде SMA, SMB и SMC, также родились в корпоративных лабораториях.

Эта путаница объясняется простои причинами: производители хотели закрепить свои названия на рынке, инженеры предпочитали короткие и запоминающиеся обозначения, а новые корпуса наследовали имена старых даже тогда, когда первоначальная логика уже не работала.

В результате современная система названий SMD-корпусов представляет собой сложную смесь международных стандартов, корпоративных решений и инженерных традиций. Эта система может казаться хаотичной, но она формировалась десятилетиями под влиянием реальных производственных потребностей и конкурентной борьбы на рынке электроники. (с)

<146>

Все знают, что азот при пайке улучшает качество за счёт защиты от окисления. Но мало кто считает экономику. В инертной атмосфере образуется гораздо меньше оксидного шлама припоя — той самой окисленной корки, которая уносит с собой чистый припой. В азоте его образование падает на 20–50%, и столько же реального припоя перестаёт уходить в отходы.

К этому добавляется экономия флюса: в азотной атмосфере требуется меньше активных компонентов, которые «борются» с окислами. Практика показывает 10–25% снижения расхода флюса, плюс возможность работать с более чистыми no-clean составами и минимизировать отмывку.

Но есть процессы, где защиты мало — нужна активная очистка поверхности. Для этого используют водород в составе азото-водородных смесей (формирующий газ, обычно 95% N₂ / 5% H₂). При высокой температуре водород химически восстанавливает оксиды металлов, превращая их в чистый металл и водяной пар. В итоге зона пайки получается идеально чистой, а смачиваемость — такой, какой невозможно добиться даже в чистом азоте.

Почему же формирующий газ не используют массово?
Дело в требованиях безопасности. Водород воспламеняется при содержании 4–75% в воздухе, и хотя 5% в азоте формально невоспламеняемы (кислорода нет), предприятиям всё равно требуются строгая вентиляция, контроль утечек и культурная дисциплина. Поэтому массовое производство чаще выбирает азот, а формирующий газ — инструмент для самых ответственных задач: герметичных корпусов, MEMS и аэрокосмических модулей. (c)

<135>

На канале Predictable Design вышло полезное видео о 10 самых дешевых микроконтроллерах, которые можно использовать в своих разработках. По словам автора, он не рассматривал совсем уж буллшит варианты, а только более-менее надежные.
Для меня это полезная инфа, потому что мой взгляд на микроконтроллеры достаточно STM32-центричный, а конкуренция со стороны китайских коллег заставляет делать устройства дешевле и дешевле.

Цены я брал с DigiKey и Mouser с расчетом на 1000 штук и по возможности с нормальным количеством GPIO, а не 8шт.
В зависимости от корпуса, количества пинов и периферии цена может немного плавать.

Итак, поехали!

10. Raspberry Pi RP2040 and the RP2350.
RP2040 - 0.7$
RP2350 - 0.9$

🔹Самый быстрый и мощный из всего этого списка
🔹133 MHz
🔹Два ядра
🔹Возможность использовать дешевые отладочные платы
🔹Широкая поддержка
🔻Нужна внешняя FLASH память
🟢Отлично подходит, если нужна большая вычислительная мощность и быстрое время разработки.

9. Renessas RA0 family
RA0E1 - 0.678$

🔹32MHz, 32bit
🔹Менее популярная, но всё-таки известная и надежная компания
🔹Построен на базе ядра ARM и поддерживает trust zone security
🔹При это у него относительно низкое энергопотребление
🟢Такой плюс-минус сбалансированный вариант

8. Microchip PIC16 family
PIC16F15313 - 0.65$

🔹32MHz, 8bit
🔹Широко распространенный
🔹Много документации и отладок
🔹Респектабельный вендор
🔸Всего лишь 6 GPIO
🟢Из-за своей малобитности подходит только для простых задач

7. TI MSP430 family
MSP430FR2 - 0.55$

🔹16MHz, 16bit
🔹Очень низкое потребление тока
🟢Подходит для простых low-power application

6. Microchip AT Tiny family
ATTINY202 - 0.442$

🔹20MHz, 8bit
🔹Очень широко применялись, много примеров и отладочных плат
🔹Все преимущества работы с продуктами от Microchip
🔸Всего лишь 6 GPIO
🟢Подходит для простых задач типа мигания светодиодом

5. Nuvoton N76E003
N76E003 - 0.42$

🔹16MHz, 8bit
🔻Использует супер-старую архитектуру 8051
🔹Применяли в куче очень простых девайсов
🟢Если уже работали с ней или хотите "расширить" границы своего сознания, то велком. Если нет, То лучше взять что-то современнее

4. STM32C0 family
STM32C011 - 0.4$

Наконец-то STM32!
🔹48MHz, 32bit
🔹Главное преимущество любого STM32 - это великолепная поддержка и широкий набор тулов для разработки. Как software, так и hardware
🔹Большое коммьюнити
🟢Хорошая мощность, достаточная для многих задач

3. TI MSPM0 family
MSPM0C1103 - 0.335$

🔹24MHz, 32bit
🔹Хорошая среда для разработки, библиотеки, отладки, поддержка
🔹Компактные размеры
🟢Достаточная мощность для средних задач

2. WCH CH32 family (CH32V003)
CH32V003 - 0.16$

🔹48MHz, 32bit
🔹Просто фантастическая цена за такой перформанс
🔹Можно купить на LCSC
🔻Слабая документация и поддержка
🔻Несколько отладочных плат
🟢Подходит, если цена устройства для вас важнее всего на свете

1. Puya PY32 family
PY32F002B - <0.1$

🔹24MHz, 32bit
🔹Тоже можно купить на LCSC
🔻По сути все те же самые проблемы, что и в предыдущем пункте
🔸Надежда только на Open Source community
🟢Но это полноценный контроллер с базовой периферией! По невероятно низкой цене!

🤔А какой самый дешевый микроконтроллер использовали вы?

Как вы вставляете провода в винтовые клеммы на печатных платах?

Просто зачистить и вставить мало кому нравится: жилы пушатся, медь окисляется, выглядит непрофессионально.
Самый простой способ - залудить провода и прижать их винтом.

В своем первом проекте, где были требования к высокой надежности я открывал для себя столько всего нового, что вопрос подключения кабеля к плате у меня не стоял. По дефолту я хотел пойти этим "самым простым способом", толком не зная о существовании других.

Между делом, как бы вскользь, я сказал об этом своему тогдашнему ментору и он тут же бросился проводить мне ликбез.

Припой это хорошо, но это мягкий металл. Он раз в 6 мягче, чем медь! И это еще пол беды, вторая половина - это эффект ползучести (Solder Creep).

Суть эффекта в том, что при постоянной механической нагрузке (прижатие залуженного провода винтом) припой медленно деформируется и как бы "растекается".
То есть через какое-то время, крепко прикрученный провод, становится уже некрепко прикрученным, а еще позже - начинает болтаться.

Плохо зажатый провод - это, конечно, так себе история для надежного устройства.

Скорость растекания зависит от температуры окружающей среды, силы прижатия и материала припоя, но в любом случае это происходит относительно быстро.

В этом видео, наглядно показано, как может выглядеть деформированный провод.

Поэтому лучший способ - это кабельные наконечники. Типа НШВИ или западные аналоги.

Для них нужен специальный обжим, который обычно есть в компаниях с более-менее отлаженными процессами и, покупку которого, не всегда просто обосновать в компаниях маленьких :)

Я пытался найти какие-то более подробные статьи на тему ползучести припоя в винтовых клеммах, особенно на тему сколько времени он будет растекаться, но похоже, что всерьез этим вопросом никто не занимался. Но если вы видели какой-то материал по этой тематике - делитесь в комментариях!

Microcontroller Selector Tool от автора из прошлого поста про микроконтроллеры. Помогает выбрать микроконтроллер исходя из ваших требований: цена, потребление, мощность и т.д.

В Первой ревизии очень классный пост про необычные (а для кого-то обычные) решения в схемах.
Коротко по каждой схеме, читается легко и весьма полезно. Первые пункты кажутся какой-то банальщиной, но потом прям "вау".
Предлагаю в комментах написать, с какими схемами вы уже сталкивались ;)
У меня это 1-5, 10, 12