О выборе основных интерфейсов SOM платы
2025-11-05
Основная плата SOM представляет собой широко используемую форму продукта. Конфигурация, состоящая из основной платы и базовой платы, позволяет уменьшить габаритные размеры, при этом одна основная плата может поддерживать несколько базовых плат. Такой подход позволяет эффективно снизить уровень запасов и повысить эффективность производства. Однако продукты на основе основных плат требуют высоких стандартов в области проектирования, производственных процессов и материалов. Именно из-за этих высоких требований компоненты систем на базе основных плат, как правило, более стабильны, чем компоненты систем на базе полных плат. Подавляющее большинство продуктов на базе полных плат не соответствуют тем же требованиям к производству, что и основные платы, в первую очередь из-за значительно более высоких затрат. Хотя основные платы имеют явные преимущества, их разнообразные конфигурации и различные методы подключения требуют тщательного рассмотрения. В этой статье кратко изложены ключевые факторы, которые необходимо учитывать при выборе основной платы, чтобы избежать несоответствия спецификациям, которое может помешать внедрению.
Золотой палец (соединительный палец)
Золотые контакты представляют собой наиболее распространенный метод соединения для основных плат и находят широкое применение в электронной промышленности. Примерами могут служить интерфейс между модулями памяти компьютера и слотами памяти или графическими картами и слотами для графических карт, где все сигналы передаются через эти золотые контакты. Состоящие из множества золотых проводящих контактов, они получили свое название благодаря позолоченной поверхности и расположению проводящих полосок в виде пальцев.
Установка основных плат с золотыми контактами чрезвычайно проста и, как правило, не требует особых усилий. Просто вставьте плату в слот в правильном положении и нажмите на нее, пока она не зафиксируется со щелчком. В некоторых отраслях с высокими техническими требованиями может потребоваться крепление винтами. Такая конструкция облегчает снятие и повторную установку для целей технического обслуживания. Позолота дополнительно улучшает передачу данных, удовлетворяя требованиям высокоскоростной передачи сигналов, что укрепляет позиции золотых контактов как наиболее распространенного метода соединения основных плат. Однако процесс производства печатных плат с золотыми контактами относительно сложен, что увеличивает производственный цикл примерно на 2-3 недели по сравнению с другими печатными платами. Следовательно, их не рекомендуется использовать в проектах с жесткими сроками. Процесс производства золотых контактов предъявляет определенные требования к сборочным линиям. Хотя работа проста, некоторые работники могут не следовать стандартным процедурам, прикладывая неравномерное усилие, что приводит к плохому контакту или даже повреждению контактов. Кроме того, нестандартные производственные условия, такие как скопление пыли в пазах, могут ускорить износ контактов и сократить срок их службы.
Ремонт золотых пальцев также относительно сложен. В то время как для обычных потребительских товаров могут быть достаточными простые меры, такие как полировка или удаление пыли, промышленные применения обычно требуют повторного покрытия золотом, что приводит к более высоким затратам на ремонт и увеличению времени простоя. Таким образом, неисправности золотых контактов в основном возникают из-за плохого контакта, вызванного окислением, вибрацией и износом. Для смягчения этих проблем во время производства и использования требуется оптимизация по нескольким направлениям: транспортировка продукции, хранение, безопасная установка, обучение операторов и проектирование пыленепроницаемых корпусов.
Придерживаясь философии высоконадежного проектирования, Энтэйз не использует золотые контакты в своей стандартной линейке продуктов. Однако для сотрудничества с клиентами по-прежнему доступны индивидуальные решения.
Соединители «плата-плата» (B2B)
Соединители «плата-плата» представляют собой соединительные изделия с самой высокой пропускной способностью среди всех типов соединителей и в основном используются в системах электропитания, сетях связи, финансовом производстве, лифтах, промышленной автоматизации, медицинском оборудовании, офисном оборудовании, бытовой технике и военном производстве. Основные размеры шага для соединителей «плата-плата» включают 0,4 мм, 0,5 мм, 0,635 мм, 0,8 мм, 1,00 мм и 1,27 мм. Очевидно, что разъемы «плата-плата» обычно используются в сценариях, требующих высокой стабильности. Подобно золотым контактам, соединения «плата-плата» имеют конструкцию, позволяющую легко разбирать и собирать их. Однако, в отличие от золотых контактов, разъемы «плата-плата» обладают превосходной стойкостью к окислению. Разъемы B2B обычно используются парами в виде штекерных и гнездовых разъемов, причем гнезда монтируются на поверхности или припаиваются к печатной плате. Контактные точки между основной платой и опорной пластиной полностью герметизированы пластиком для предотвращения попадания пыли. Разъемы B2B оснащены встроенными защелками, обеспечивающими надежную фиксацию без смещения, что сводит к минимуму износ. В большинстве современных разъемов B2B используются огнестойкие материалы, что исключает проблемы с безопасностью. Разъемы «плата-плата» классифицируются по средней, высокой и низкой скорости, что позволяет выбирать их в зависимости от конкретных требований к передаче данных. Существуют значительные различия в цене между разъемами с разными скоростями. Высота сопряжения разъемов-штекеров и разъемов-гнезд также может быть настроена, что позволяет выбирать разъемы B2B с различной высотой для облегчения размещения интегральных схем как на основной плате, так и на базовой пластине. Если и есть какой-либо недостаток у основных плат B2B, то это их стоимость. Высокоскоростные соединители B2B требуют значительных затрат, что остается основным фактором, ограничивающим их применение. Хотя для основной платы обычно требуется несколько высокоскоростных интерфейсов (большинство из них являются средне- или низкоскоростными), при практическом проектировании продуктов часто возникают трудности с одновременным размещением на основной плате как высокоскоростных, так и низкоскоростных соединителей. Низкоскоростные интерфейсы занимают значительное пространство, а обеспечение идеального выравнивания сборки между различными моделями соединителей является сложной задачей. Следовательно, при проектировании основных плат разъемы обычно выбираются исходя из верхнего предела требований к передаче данных. Такой подход обеспечивает полное использование возможностей основной платы, хотя и неизбежно приводит к некоторым потерям. В результате основные платы B2B обычно используются в отраслях с более высокими требованиями, таких как энергетика, медицина и военная промышленность. Эти отрасли уделяют приоритетное внимание стабильности продукции и располагают относительно более высокими бюджетами. Еще одним недостатком разъемов BTB является то, что при наличии нескольких разъемов BTB на одной основной плате такие факторы, как погрешности точности поверхностного монтажа, отклонения в расположении отверстий на печатной плате и коробление печатной платы, могут привести к плохому контакту.
Придерживаясь философии высоконадежного проектирования, Entai использует разъемы BTB только на высококачественных основных платах, где давление затрат является управляемым, таких как серия NC6 с вычислительной мощностью 80TOPS/128TOPS для приложений встроенного интеллекта.
Упаковка LCC (бесвинтовые чип-корпуса, штампованные отверстия)
Упаковка LCC, обычно называемая упаковкой с отверстиями, изначально была разработана для упаковки беспроводных микросхем. Эта упаковка для поверхностного монтажа (SMT) имеет штырьки, которые изгибаются внутрь по периферии микросхемы, что представляет собой распространенную форму упаковки основной платы. Для работы печатных плат с перфорацией требуется пайка к опорной пластине. Они предъявляют минимальные требования к процессам пайки и имеют относительно большие контактные поверхности для паяных соединений. Большинство заводов могут выполнять пайку, что облегчает контроль затрат. Следовательно, печатные платы с перфорацией представляют собой распространенный вариант конструкции, характеризующийся высокой надежностью и низкой стоимостью.
Хотя основные платы со штампованными отверстиями очень удобны в производстве, их обслуживание оказывается значительно более сложным. Большинство процедур ремонта требуют распайки, исправления и повторной пайки — это трудоемкий и негибкий процесс. Такие ремонты не могут быть выполнены на месте развертывания, что требует возврата всей платы на завод для обработки. Плата с отверстиями для штамповки припаивается непосредственно к опорной плате, что означает, что интегральные схемы не могут быть размещены в соответствующих положениях на опорной плате и могут даже потребовать зазора. По сравнению с золотыми контактами и соединениями B2B, этот метод занимает больше места, но позволяет получить более тонкий профиль, что дает возможность выбора в зависимости от требований.
Придерживаясь философии высоконадежной конструкции, Entaise отдает предпочтение упаковке LCC для своих плат, когда имеется достаточное количество контактов.
LGA (Land Grid Array, матрица решетки)
LGA, что означает Сетчатый массив выводов (матрица свинцовых контактов), использует матрицу металлических контактных площадок в качестве точек контакта. Модули, использующие LGA, в основном представляют собой высокоинтегрированные системные модули (SOM) с компактными размерами. Как и штыревые разъемы, компоненты LGA припаиваются непосредственно к базовой плате. Корпус LGA требует исключительно высокой точности в процессах поверхностного монтажа (SMT), особенно по мере увеличения плотности металлических контактных площадок, что делает пайку все более сложной задачей.
Entai придерживается философии высоконадежного проектирования, используя LGA только в тех случаях, когда распределение корпусов LCC недостаточно.
BGA (шариковая решетка)
BGA (Массив с шариковыми контактами), сокращенно BGA, переводится как «упаковка с шаровидными контактами». Также может быть переведено как «шаровидная решетка», «сеть паяных шариков» или «шаровидная решетка», среди прочих терминов. Этот метод упаковки включает в себя формирование шаровидных контактов в виде штырьков в виде решетки на обратной стороне подложки.
Упаковка BGA предлагает следующие преимущества:
1.Высокая производительность. Использование BGA позволяет снизить частоту отказов паяных соединений QFP с мелким шагом с 200 × 10⁻⁶ на два порядка без значительных изменений в процессе.
2.Упрощенное оборудование. Расстояние между центрами паяных соединений BGA обычно составляет 1,27 мм, что позволяет использовать существующее оборудование для SMT-процесса. Зазор между основной платой и подложкой облегчает конвекционный воздушный поток во время пайки оплавлением, обеспечивая равномерную и стабильную температуру пайки.
3.Большое количество выводов. Это улучшает соотношение количества выводов к площади устройства. Например, BGA с стороной 31 мм и шагом 1,5 мм имеет 400 выводов, а версия с шагом 1 мм — 900 выводов. Для сравнения, LCC с стороной 32 мм и шагом 1 мм вмещает только 120 выводов.
4.Снижение повреждений, связанных с копланарностью. Толстые, эластичные характеристики плавления шариков BGA значительно смягчают проблемы копланарности, тем самым снижая повреждения, связанные с копланарностью.
5.Превосходные электрические характеристики. Короткие контакты BGA создают минимальные пути прохождения сигнала, снижая индуктивность и емкость выводов, что улучшает электрические характеристики. Подходит для сигнальных соединений с частотой более 5 ГГц.
6.Превосходная теплоотдача. Сферическая матрица контактов облегчает отвод тепла. Конвекция воздуха между основной платой и подложкой улучшает охлаждение, что особенно полезно для высокомощных плат с искусственным интеллектом.
7.Высокая плотность упаковки. BGA соответствует требованиям к упаковке многочиповых модулей (MCM), что позволяет реализовывать высокоплотные и высокопроизводительные MCM.
Энтай Ши придерживается философии высоконадежного проектирования. Компания Entai Shi была пионером в области BGA-упаковки и ее промышленного внедрения в секторе основных плат, и она по-прежнему остается предпочтительным выбором для модулей искусственного интеллекта с высокой вычислительной мощностью.
Заключение
Проектирование и производство оборудования кажутся простыми задачами, но на самом деле требуют исключительной экспертизы. Дефекты некоторых продуктов редко проявляются в обычных условиях эксплуатации и, как правило, не выявляются при пробном производстве небольших партий. Более того, проблемы могут даже не возникать постоянно в каждой партии массового производства.
Рекомендации для отечественных производителей основных плат
В настоящее время отечественные производители основных плат продолжают следовать примеру западных коллег. Первоначально они приняли такие стандарты, как SMARC, QSeven, COM Express Type 7 и RTX, а теперь перешли на разработанный в Китае стандарт OSM (Открытый стандартный модуль) с использованием технологии поверхностного монтажа. Эти коммерческие стандарты незаметно подталкивают пользователей нашей отечественной промышленности к привычному использованию основных плат с этими интерфейсами. Пришло время Китаю встать на ноги и определить свои собственные отраслевые стандарты для основных плат. С 2020 года Технология Энтай последовательно придерживается курса на высокую надежность и самосовместимые определения упаковки, ежегодно выпуская 3-5 моделей основных плат. Вновь выпущенные основные платы совместимы с предыдущими моделями.
