Computación embebida: Diseñar para facilitar la fabricación y reducir el coste de propiedad

Alicia Lewis, redactora técnica principal, Digi International
27 de febrero de 2020

El mercado de la informática integrada es amplio y variado, y cada día lo es más. Aplicaciones que van desde expositores para comercios hasta componentes aeroespaciales incorporan ordenadores integrados, pero con requisitos muy diferentes en cuanto a forma, ajuste y función dentro del producto final. Por eso, el mercado de sistemas integrados en módulos (SOM) ha respondido con una amplia gama de opciones. En este blog nos centraremos principalmente en los estilos de montaje disponibles para los SOM.
 

Empezar con el montaje en superficie (SMT)

Las especificaciones físicas de un módulo SOM, incluyendo su tamaño, forma, disposición e interfaces de conexión, desempeñan un papel fundamental en la adaptabilidad, robustez y rendimiento del módulo cuando se ajusta (o monta) en un producto terminado.

Tres de los estilos de montaje más comunes son: conectores de placa a placa, conectores de montaje en el borde y tecnología de montaje en superficie (SMT). Dentro del formato de montaje en superficie, existen varias opciones de conectividad, como el land grid array (LGA), el ball grid array (BGA) y los pads almenados (también conocidos como "agujeros de montaje almenados").

Los módulos SMT se adaptan a la complejidad del diseño de la placa base de varias maneras. En primer lugar, los almenados de los bordes (llamados así por su apariencia como los muros de un castillo medieval) son ideales para diseños de productos más sencillos. Los castillos ayudan a reducir el número de capas de la placa base y proporcionan una integración de diseño rentable, incluida la posibilidad de soldar a mano los prototipos. Para diseños de productos más completos, el LGA y el BGA La opción de montaje proporciona una total libertad de diseño y facilita un proceso de fabricación fiable.

Digi utiliza un sistema de montaje que llamamos Digi SMTplus®.que combina dos tecnologías en una. SMTplus ofrece tanto las coladas de borde para simplificar el desarrollo de la placa portadora como la LGA universal almohadillas para proporcionan acceso a toda la funcionalidad disponible en el SOM.

Este diseño se ha simplificado y optimizado para ofrecer la máxima flexibilidad, permitiendo a los desarrolladores elegir la configuración que mejor se adapte a los requisitos de sus productos. Digi SMTplus está diseñado para la colocación automatizada tanto en aplicaciones de bajo como de alto volumen para optimizar el coste. Además, proporciona una solución óptima desde el punto de vista del número de pines.

Consideraciones sobre el montaje del SOM

Es importante entender las características, ventajas e inconvenientes de las diferentes opciones de montaje a la hora de elegir un formato integrado. Factores como el tamaño, la conectividad, la seguridad, la robustez, el rendimiento térmico y el tipo de conector influyen en la facilidad de fabricación y en el coste total de propiedad. Repasemos algunas de estas consideraciones principales.

• Tamaño y disponibilidad de señales: Los SOM con un conector de borde (como el SO DIMM 200, 260) ofrecen una buena relación entre el número de pines y el tamaño, pero el número de pines puede aumentar la longitud del módulo hasta un punto poco práctico. Los SOM que tienen mucha funcionalidad que exponer pueden hacerlo con conectores placa a placa, que proporcionan una mejor relación número de pines/tamaño y son ideales para diseños más complejos. El montaje SMT ofrece un buen equilibrio entre el número de pines y el tamaño, lo que permite exponer toda la funcionalidad disponible en el SOM sin dejar de tener un tamaño práctico para una serie de dimensiones de producto.
• Fiabilidad mecánica: Muchos productos embebidos se utilizan en entornos difíciles sujetos a intensas vibraciones. Las múltiples uniones soldadas del diseño SMT proporcionan una solidez mecánica superior en estas condiciones. El bajo perfil de un módulo de montaje superficial también contribuye a la resistencia mecánica general. Los módulos SMT pueden superar las pruebas de vida útil acelerada (HALT), de vibración y de caída sin incurrir en costes adicionales de material y mano de obra asociados a la fijación del módulo a la placa base.
• Rendimiento térmico: Según una evaluación del Digi ConnectCore® 6, el montaje SMT mostró el mejor rendimiento de gestión térmica. Las razones para ello tienen que ver con dos formas en las que el formato SMT transfiere eficazmente el calor: 1) el blindaje actúa como disipador de calor, y 2) el diseño SMT conduce eficazmente el calor al plano de tierra de la placa portadora.
• Inmunidad electromagnética: SMT proporciona el mejor rendimiento EMI de su clase. En concreto, el diseño Digi SMTplus reduce la emisión radiada de la inductancia del plomo y limita el tamaño del área del bucle de radiación. Además, el uso de un escudo completo que cubre todo el SOM reduce la radiación no sólo de la interfaz inalámbrica sino de todo el módulo.
• Coste del sistema: A la hora de evaluar los módulos integrados siempre hay que tener en cuenta el coste total de propiedad (TCO), no sólo el coste unitario. Si un módulo requiere conectores adicionales, asegúrese de determinar cuánto añadirá al coste total de la lista de materiales (BOM). Por ejemplo, los módulos de montaje superficial no necesitan un conector en la placa base, mientras que otros diseños pueden necesitar uno o más de estos conectores. Esto puede aumentar el coste final de un producto entre 2 y 3 dólares (USD) por unidad, sin incluir los componentes de fijación, como tornillos y separadores, ni la mano de obra.

Comparación de estilos de montaje

La siguiente tabla proporciona una tabla comparativa para ayudarle a evaluar una serie de características y opciones de montaje de SOM.
 

Para una larga vida útil del producto - Digi ConnectCore 8M Nano

En Digi ConnectCore® 8M Nano SOM, que se basa en el procesador de aplicaciones NXP® i.MX 8M NanoEl sistema de montaje Digi SMTplus maximiza la fiabilidad y la libertad de diseño. Está diseñado para los ciclos de vida prolongados de más de 10 años de muchos dispositivos integrados y ayuda a los fabricantes de equipos originales a reducir sus costes de I+D y desarrollo. También ayuda a ofrecer un menor coste total de propiedad al aprovechar la conectividad inalámbrica precertificada. El Digi ConnectCore® 8M Nano también ofrece capacidades de gestión remota, así como integración en la nube y una completa plataforma de software Linux basada en Yocto Project. 

Resumen y conclusiones

Todos los estilos de montaje tienen sus ventajas y desventajas. Si se tienen en cuenta todos los factores -tipo de conector, robustez, tamaño, conectividad, facilidad de fabricación y, sobre todo, coste total de propiedad-, se conseguirá la máxima longevidad del diseño y la compatibilidad futura sin comprometer la capacidad de optimizar el diseño de la placa.

Póngase en contacto con Digi para que le ayude a seleccionar la solución integrada adecuada para su visión del producto. Los equipos de Digi pueden ayudarle en cualquier fase de su viaje, desde la planificación hasta el desarrollo y la producción.