Informatique embarquée : Concevoir pour faciliter la fabrication et réduire les coûts d'exploitation

Alicia Lewis, rédactrice technique principale, Digi International
27 février 2020

Le marché de l'informatique embarquée est vaste et varié, et le devient chaque jour davantage. Des applications allant des présentoirs de vente au détail aux composants aérospatiaux intègrent des ordinateurs embarqués, mais avec des exigences très différentes en termes de forme, d'adaptation et de fonction au sein du produit final. Le marché des systèmes embarqués sur module (SOM) a donc réagi en proposant un large éventail d'options. Dans ce blog, nous nous concentrerons principalement sur les styles de montage disponibles pour les SOM.
 

Commencez par le montage en surface (SMT)

Les spécifications physiques d'un module SOM, notamment sa taille, sa forme, sa disposition et ses interfaces de connexion, jouent un rôle essentiel dans l'adaptabilité, la robustesse et les performances du module lorsqu'il est ajusté (ou monté) sur une machine à café. produit fini.

Les trois styles de montage les plus courants sont : les connecteurs carte à carte, les connecteurs à montage sur chant et la technologie de montage en surface (SMT). Dans le format de montage en surface, il existe un certain nombre d'options de connectivité, notamment le LGA (land grid array), le BGA (ball grid array) et les plots crénelés (également appelés "trous de montage crénelés").

Les modules SMT s'adaptent à la complexité de la conception des cartes porteuses de plusieurs façons. Tout d'abord, les créneaux de bord (ainsi nommés pour leur apparence semblable aux murs d'un château médiéval) sont idéaux pour les conceptions de produits plus simples. Les créneaux permettent de réduire le nombre de couches de la carte porteuse et offrent une intégration rentable, y compris la possibilité de souder des prototypes à la main. Pour des conceptions de produits plus complètes, le LGA et le BGA Cette option de montage offre une liberté de conception totale et facilite un processus de fabrication fiable.

Digi utilise un système de montage que nous appelons Digi SMTplusqui combine deux technologies en une seule. SMTplus offre à la fois des créneaux de bord pour simplifier le développement de la carte porteuse et un LGA universel. coussinets pour permettent d'accéder à toutes les fonctionnalités disponibles sur le SOM.

Cette conception a été simplifiée et optimisé pour offrir une flexibilité maximale, permettant aux développeurs de choisir la configuration qui correspond le mieux aux exigences de leurs produits. Digi SMTplus est conçu pour le placement automatisé dans les applications à faible et à fort volume afin d'optimiser les coûts. En outre, il offre une solution optimale du point de vue du nombre de broches.

Considérations relatives au montage du SOM

Il est important de comprendre les caractéristiques, les avantages et les inconvénients des différentes options de montage lorsque vous choisissez un format embarqué. Des facteurs tels que la taille, la connectivité, la sécurité, la robustesse, les performances thermiques et le type de connecteur ont tous un impact sur la facilité de fabrication et le coût total de possession. Passons en revue certaines de ces considérations majeures.

• Taille et disponibilité des signaux : Les SOM dotés d'un connecteur de bord (tels que SO DIMM 200, 260) offrent un bon rapport nombre de broches/taille, mais le nombre de broches peut augmenter la longueur du module au point de le rendre peu pratique. Les SOM qui ont beaucoup de fonctionnalités à exposer peuvent le faire avec des connecteurs carte à carte, qui offrent un meilleur rapport nombre de broches/taille et sont idéaux pour les conceptions plus complexes. Le montage SMT offre un bon équilibre entre le nombre de broches et la taille, permettant d'exposer toutes les fonctionnalités disponibles sur le SOM tout en conservant une taille pratique pour une gamme de dimensions de produits.
• Fiabilité mécanique: De nombreux produits embarqués sont déployés dans des environnements difficiles soumis à des vibrations intenses. Les soudures multiples de la conception SMT offrent une robustesse mécanique supérieure dans ces conditions. Le profil bas d'un module monté en surface contribue également à la résistance mécanique globale. Les modules SMT peuvent passer les tests de durée de vie hautement accélérés (HALT), les tests de vibration et de chute sans encourir les coûts supplémentaires de matériel et de main-d'œuvre associés à la fixation du module sur la carte de support.
• Performance thermique: D'après une évaluation du Digi ConnectCore® 6, le montage SMT a présenté la meilleure performance de gestion thermique. Les raisons de ce résultat sont liées à deux façons dont le format SMT transfère efficacement la chaleur : 1) le blindage agit comme un diffuseur de chaleur, et 2) la conception SMT conduit efficacement la chaleur vers le plan de masse de la carte porteuse.
• Immunité électromagnétique : Le SMT offre les meilleures performances EMI de sa catégorie. Plus précisément, la conception Digi SMTplus réduit l'émission de rayonnements provenant de l'inductance des fils et limite la taille de la zone de boucle de rayonnement. De même, l'utilisation d'un blindage complet couvrant l'ensemble du SOM réduit le rayonnement non seulement de l'interface sans fil mais aussi de l'ensemble du module.
• Coût du système: Le coût total de possession (TCO), et pas seulement le coût unitaire, doit toujours être pris en compte lors de l'évaluation des modules embarqués. Si un module nécessite des connecteurs supplémentaires, assurez-vous de déterminer combien cela ajoutera au coût total de la nomenclature (BOM). Par exemple, les modules montés en surface ne nécessitent pas de connecteur sur la carte porteuse, alors que d'autres conceptions peuvent nécessiter un ou plusieurs de ces connecteurs. Cela peut augmenter le coût final d'un produit de 2 à 3 dollars (USD) par unité, sans compter les composants de fixation tels que les vis et les supports ou la main-d'œuvre.

Comparaison des styles de montage

Le tableau suivant fournit un tableau comparatif pour vous aider à évaluer une gamme de caractéristiques SOM et d'options de montage.
 

Pour une longue durée de vie du produit - Digi ConnectCore 8M Nano

Les Digi ConnectCore® 8M Nano SOM, qui est basé sur le processeur d'application i.MX 8M Nano de NXP®.La gamme de produits Digi SMTplus utilise le format de montage Digi SMTplus pour maximiser à la fois la fiabilité et la liberté de conception. Il est conçu pour les cycles de vie étendus de plus de 10 ans de nombreux dispositifs embarqués et aide les OEM à réduire leurs coûts de R&D et de développement. Il contribue également à réduire le coût total de possession en exploitant la connectivité sans fil pré-certifiée. Le Digi ConnectCore® 8M Nano offre également des capacités de gestion à distance, ainsi que l'intégration du cloud et une plateforme logicielle Linux complète basée sur Yocto Project. 

Résumé et points à retenir

Tous les styles de montage ont leurs avantages et leurs inconvénients. La prise en compte de tous les facteurs - type de connecteur, robustesse, taille, connectivité, facilité de fabrication et surtout coût total de possession - permettra une longévité maximale de la conception et une compatibilité future sans compromettre votre capacité à optimiser la conception de la carte.

Contactez Digi pour obtenir de l'aide dans le choix de la solution embarquée adaptée à votre vision du produit. Les équipes de Digi peuvent vous aider à chaque phase de votre voyage, de la planification au développement et à la production.