Chromebook-piirilevyjen valmistus ja kokoonpano OEM-emolevyille

Emolevy sisältää tyypillisesti sovellusprosessorin tai prosessorialustan, muistin , tallennustilan, langattoman yhteyden, näyttöliitännät, äänentoiston, kameraliitännät, latauksen ja järjestelmän virransyötön. Tarkka osiointi vaihtelee alustan mukaan. Turvallinen tarjouspyyntö alkaa yhdellä hallitulla julkaisulla eikä yleisellä "Chromebook-emolevyn" kuvauksella.

Arkkitehtuurin määrittelyllä on merkitystä, koska piirilevypaja ja kokoonpanija näkevät vain osan järjestelmän kontekstista. Suoritinalusta, muistiteknologia, tallennustopologia, sulautettujen ohjainten vastuualueet, porttimäärä ja mekaaninen ulkokuori voivat kaikki muuttaa pakoreititystä, virransyöttöjärjestystä, liittimien sijoittelua ja testauspääsyä. Tuotantopaketin tulisi siksi yksilöidä paitsi piirilevyn versio myös osaluettelon variantti, asennetut/DNI-vaihtoehdot, laiteohjelmistokuva ja kaikki alustakohtaiset kokoonpanotiedot, jotka ovat tarpeen kyseisen kokoonpanon rakentamiseksi.

OEM-ohjelmien käytännön muutospiste on valmistettavissa oleva julkaisupaketti. Ennen materiaalin vahvistamista suunnittelun ja hankinnan tulisi pystyä vastaamaan neljään kysymykseen: mikä pakettipaketti julkaistaan, mitkä osat ovat todella hyväksyttyjä, mitkä mekaaniset mitat ovat asennuksen kannalta kriittisiä ja mitkä toiminnot on esiteltävä ennen toimitusta. Jos nämä vastaukset jaetaan edelleen sähköposteissa tai prototyyppimuistioissa, niiden yhdistäminen ennen NPI:tä yleensä ehkäisee enemmän riskejä kuin jälkitarkastuksen lisääminen.

Tiheät laskentakortit voivat sisältää DDR-muistiväyliä, nopeita tallennuslinkkejä , USB:tä, näyttöliitäntöjä ja muita ajastusherkkiä verkkoja. Valmistuksessa on säilytettävä suunnittelutiimin käyttämä dielektrinen rakenne, referenssitason jatkuvuus, kuparigeometria ja läpivientien toteutus.

Nopea valmistuksenohjaus alkaa asettelun aikana käytettyjen oletusten säilyttämisestä. Muistiväylä voi olla herkkä pituuden yhteensovitukselle, vinoutumiselle, referenssitason jatkuvuudelle ja läpivientien määrälle, kun taas tallennus- tai näyttöyhteyksiä voivat rajoittaa erilaiset häviöt tai impedanssibudjetit. Nämä eivät ole keskenään vaihdettavia rajoitteita. Valmistuspiirustuksen tulisi yksilöidä ohjattavat rakenteet ja suunnittelijan tavoitekerros, jotta tehdas voi laskea valmiin geometrian todellisista laminaatti- ja kupariolosuhteista sen sijaan, että jokaista differentiaaliparia käsiteltäisiin samana sääntönä.

Jos kontrolloitu impedanssi on määritelty, kokoonpanoa tulisi tarkastella pinoamis- ja geometriajärjestelmänä pikemminkin kuin nimellisen johdinleveyden harjoituksena. Valmistusreitti voidaan yhdenmukaistaa suurnopeuspiirilevyjen valmistusvaatimusten ja asiakkaan impedanssitaulukon kanssa.

• Pidä muistin ja muun ajoitukseen liittyvän reitityksen sidoksissa asiakkaan pituus-, vinous- ja topologiasääntöihin.
• Vältä lentoradan katkeamisia tai paluureitin katkoksia suurnopeusreiteillä.
• Käsittele liittimien läpivientejä, BGA-poistumisreikiä ja kerrossiirtymiä osana kanavaa.
• Käytä HDI- tai mikroläpivientejä vain, kun tiheys- ja pakoputkivaatimukset oikeuttavat ne; ne eivät ole pakollisia kaikille Chromebook-piirilevyille.

DFM:n tulisi tarkastella myös siirtymiä pelkkien pitkien jälkisegmenttien sijaan. BGA-hajotukset, kapeat alueet, liittimien lähtökohdat, testialustat ja tasoristeykset voivat hallita kanavaa, vaikka suora reititys olisi hyvin hallinnassa. Jos valmistettavuuden vuoksi ehdotetaan muutosta dielektriseen rakenteeseen, kuparin painoon tai läpivientirakenteeseen, sähköinen vaikutus tulisi palauttaa asiakkaalle hyväksyttäväksi. Tämä prosessi pitää toimittajan oikeassa roolissa: hyväksytyn suurnopeussuunnittelun muuntamisessa toistettavaksi tuotannoksi muuttamatta hiljaisesti kanavan käyttäytymistä.

Monissa ChromeOS-malleissa käytetään USB-C:tä data-, lataus- ja näyttötoimintojen yhdistelmiin , mutta tuetut toiminnot riippuvat alustasta ja portin toteutuksesta. USB-C tulisi siksi valmistaa määritellyn porttiarkkitehtuurin mukaisesti, joka määrittelee ohjaimen, virtalähteen, mux- tai redriver-vaatimukset, ESD-suojauksen ja liittimen mekaniikan.

Chromebookin emolevyn USB-C on järjestelmätoiminto, ei pelkkä pistorasian koko. Alustasta riippuen portti voi sisältää CC-tunnistuksen, USB-virransyötön ohjauksen, nopean muxauksen, SuperSpeed-datan, näytön reitityksen, latauspolun hallinnan ja suojauskomponentit. Sulautettu ohjain tai muu järjestelmän laiteohjelmisto voi osallistua portti- ja latauspäätöksiin, joten laitteistoversioiden ja laiteohjelmiston kokoonpanon on pysyttävä synkronoituina NPI:n ja toistuvien koontiversioiden aikana.

Langattomat moduulit tai juotetut langattomat laitteet vaativat myös huomiota hyväksyttyyn osaluetteloon, antennin pitämisohjeisiin ja maadoitusstrategiaan. Kamera-, ääni- ja muut matalajännitteiset liitännät voivat olla herkkiä liittimien sijoittelulle ja kaapelien reititykselle, vaikka niiden tiedonsiirtonopeudet olisivat pienempiä kuin ensisijaisten laskentaliitäntöjen.

Langattomat ja oheislaitteiden liitännät luovat erilaisen riskiluokan. Antennien suojausjärjestelyjen, moduulien maadoituksen, suojausstrategian ja rinnakkaiselorajoitusten on vastattava mekaanista asettelua, kun taas kamera-, ääni- ja pienet taipuisat liittimet riippuvat suuresti asettelusta, kiinnityksestä ja kaapelien reitittelystä. Hyödyllinen tuotantokatselmus tarkistaa siksi sähkökaavion yhdessä kotelon piirustuksen kanssa. Tämä havaitsee viat, jotka yksittäisessä piirilevykatselmuksessa saattavat jäädä huomaamatta, kuten metalliosien peittämä radiotaajuussuoja tai mekaanisesti virheetön liitin, johon ei pääse käsiksi lopullisen kokoonpanon jälkeen.

Suorittimen, muistin ja liitännän virtakiskot luovat paikallisen virran ja lämmön tiheyden. Piirilevyvalmistajan tulisi säilyttää kuparin geometria, lämpöläpiviennit ja tasomaiset liitännät, jotka ovat osa asiakkaan sähkö- ja lämpösuunnittelua. Kuparin muutokset, jotka tehdään vain valmistuksen helpottamiseksi, voivat muuttaa jännitehäviötä, virran jakautumista tai lämmön leviämistä.

Virransyötön eheyttä tulisi tarkastella kisko kerrallaan sen sijaan, että sitä tiivistäisi "prosessorin ympärillä oleva paksu kupari". Suurvirran muunnosvaiheet tarvitsevat lyhyitä virtasilmukoita, asianmukaista kuparin levitystä ja läpivientimatriiseja, kun taas matalajännitteiset ydinkiskot voivat olla herkkiä tasoimpedanssille ja irtikytkentäsijoittelulle. Piirilevyvalmistajan on säilytettävä nämä geometriat, koska kannan ohentaminen, läpivientien lukumäärän muuttaminen tai tasoreunan muuttaminen voi vaikuttaa jännitehäviöön, transienttivasteeseen ja paikalliseen lämpenemiseen.

Piirilevyn lämmönhallinta riippuu myös valmiista kotelosta, jäähdytyssiilistä tai jäähdytyslevittimestä, ilmavirtausreitistä ja laiteohjelmiston virrankulutuskäytännöstä. Piirilevyn lämmönhallintatekniikat voivat tukea valmistuskeskustelua, mutta pelkkä piirilevy ei yksinään voi taata laitteen lopullista lämpötilaa tai akun käyttöaikaa.

Lämpötilan validointi on yhtä lailla järjestelmästä riippuvainen. Piirilevy voi levittää lämpöä tasojen ja reikien läpi, mutta lopullinen lämpötila riippuu lämmönlevittimistä, lämpörajapintamateriaaleista, kotelon johtuvuudesta, ilmavirrasta ja laiteohjelmiston tehorajoista. Tuotantosiirtoa varten määritä, mitkä lämpöominaisuudet kuuluvat piirilevyn piirustuksen piiriin ja mitkä lopulliseen järjestelmän kelpuutukseen. Tämä erottelu välttää yleisen hankintavirheen: piirilevyn toimittajan pyytämisen takaamaan kotelon lämpötila, joka voidaan varmistaa vain kootusta Chromebookista.

Chromebookin emolevy voi käyttää perinteistä monikerrosrakennetta tai tiheämpää HDI-rakennetta prosessorin paketista, muistin sijoittelusta, levyalueesta ja I/O-tiheydestä riippuen. On epätarkkaa määrittää universaali kerrosmäärä tai tyyppi kategorian kautta.

Päätös perinteisen monikerrosrakenteen, sokkoreikien, mikroreikien tai edistyneemmän HDI-pinon käytöstä tulisi perustua reititystiheyteen ja luotettavuusvaatimuksiin. Hienojakoiset paketit voivat hyötyä reikä-pad-rakenteesta tai peräkkäisistä rakenteista, mutta jokainen lisälaminointisykli ja -tekniikka lisää prosessisäätöjä, jotka on perusteltava. Valmistustarkastuksen tulisi kattaa kiinnityspad-geometria, pinnoitus, hartsitäyttö tarvittaessa, kohdistus, rengasmainen marginaali ja kaikki pinottuihin tai porrastettuihin mikroreikiin liittyvät luotettavuusvaatimukset.

Suunnitelmissa, jotka vaativat mikroreikiä , sokkoreikiä/haudattuja reikiä tai hienoja BGA-poistoaukkoja, tehtaan tulisi tarkastella piirilevyä HDI-valmistusprosessina. Rekisteröinti, dielektrinen säätö, kuparitasapaino, reikien luotettavuus ja valmiin paksuus tulisi sidota varsinaiseen valmistuspiirustukseen eikä yleiseen kannettavan tietokoneen piirilevyn reseptiin.

Sama periaate pätee materiaaleihin: tavalliset FR-4-perheen laminaatit voivat olla riittäviä monille kanaville, kun taas vaativammat häviöbudjetit voivat ohjata materiaalivalintaa. Oikea päätös tulee asiakkaan signaalin eheystavoitteiden ja materiaalien vertailun perusteella, ei tuotteen nimen perusteella.

Myös piirilevyn paksuus ja kuparitasapaino ovat tärkeitä kompakteissa emolevyissä, koska suuret BGA-kotelot ja pitkät liittimet voivat olla herkkiä vääntymiselle. Materiaalivalinnassa tulisi siksi ottaa huomioon paitsi suurnopeushäviöt myös Tg/Td-vaatimukset, z-akselin käyttäytyminen, laminoinnin yhteensopivuus ja todellinen uudelleensulatusprofiili. Ammattimaisen tarjouksen tulisi heijastaa erikseen julkaistua pinoamista ja erikoisprosesseja, jotta hankinta voi nähdä, mitkä kustannustekijät ovat olennaisia ​​suunnittelulle ja mitä voitaisiin mahdollisesti yksinkertaistaa tulevassa tarkistuksessa.

Emolevyjen kokoonpanossa käytetään usein hienojakoista SMT-rakennetta BGA- tai muiden pohjapäätteisten koteloiden kanssa. Vakaa pastanpainatus, sijoittelun tarkkuus, uudelleensulatuksen profilointi ja ensimmäisen kappaleen varmennus ovat olennaisia, koska toistuva suuntaus- tai asetusvirhe voi vaikuttaa koko erään.

Tiivis Chromebook-piirilevy on sekakokoonpano-ongelma: pienet passiivit, pohjaan kytketyt mikropiirit, suojalevyt, liittimet ja mahdollisesti läpireikiin menevät tai mekaanisesti kuormitetut osat voivat sijaita samalla levyllä. Prosessisuunnittelun tulisi määritellä sapluunastrategia, pastan määrä, sijoitusjärjestys ja lämpötilaprofiili varsinaisen komponenttisekoituksen ympärillä. Kalliit prosessorit, muistit ja ohjelmoitavat laitteet vaativat myös saapuvien osien hallinnan ja kosteudenhallinnan, joka on pakkauksen ja toimittajan vaatimusten mukainen.

Tuotantoreitti voi integroida BGA-piirilevyjen kokoonpanon AOI:n kanssa näkyvien liitosten osalta ja röntgentarkastuksen, kun piilossa olevat juotosliitokset vaativat kohdennettua tarkastusta. Tarkastusmenetelmän tulisi olla riskiperusteinen; AOI tai röntgen eivät kumpikaan korvaa kootun emolevyn toiminnallista testausta.

• Vahvista kosteusherkät ja kalliit laitteet ennen linjalle julkaisua.
• Tarkista liittimien istuvuus ja mekaaninen samantasoisuus kotelointirajoitusten mukaisesti.
• Pidä uudelleentyöstörajat ja hyväksymissäännöt selkeinä BGA-liittimille ja hienojakoisille liittimille.
• Käytä yhtä revisio-ohjattua kokoonpanopakettia osaluettelolle, rakennusluettelolle ja piirustuksille.

Tarkastuksen tulisi olla monitasoinen. AOI on hyödyllinen napaisuuden, läsnäolon ja näkyvien juotosten olosuhteiden arvioinnissa; röntgenillä voidaan tutkia valittuja piilossa olevia liitoksia; alkuperäisten osien tarkastukset varmistavat sijoitustiedot ja -vaihtoehdot; ja toiminnallinen testi vahvistaa, että koottu piirilevy todella syöttää virtaa, luetteloi ja kommunikoi. Tärkeintä ei ole liioitella yhtä tarkastusmenetelmää. Visuaalisesti täydellinen piirilevy voi silti vikaantua laiteohjelmiston, väärän osaluettelon muunnoksen, marginaalisen nopean kanavan tai liittimen/mekaanisen ongelman vuoksi.

Tuotantotestaussuunnitelman tulisi perustua asiakkaan laitteistoon ja laiteohjelmistoon. Käytettävissä olevista kalusteista ja käyttöoikeuksista riippuen tarkistukset voivat sisältää virtakiskon toiminnan, ohjelmoinnin, käynnistyksen tai luetteloinnin, valitut USB/näyttötoiminnot, langattomat tarkistukset, lataustoiminnan ja muut asiakkaan määrittelemät liitännät.

NPI:tä tulisi käsitellä oppimissilmukana, ei pienoismallina massatuotantotilauksena. Kirjaa kaikki valmistuksen, sapluunan asennuksen, sijoittelun, uudelleensulatuksen, ohjelmoinnin, mekaanisen sovituksen ja toiminnallisen testauksen aikana havaitut poikkeamat ja sulje sitten kyseiset tuotteet julkaistuun valmistuspakettiin ennen seuraavaa erää. Tietokoneen emolevyn jäljitettävyyden tulisi yhdistää piirilevyn versio, osaluettelon versio, ohjelmoitavan laitteen versio ja testiohjelma yhteen, jotta myöhempi vika voidaan rekonstruoida ilman arvailua.

Tuotantosuunnitelma voi koordinoida piirilevyjen toiminnallista testausta prototyyppien ja NPI-versioiden kanssa . Tärkeä valvonta on jäljitettävyys: laiteohjelmistoversion, osarakenteen variantin, laitteistorevision ja testirajojen tulisi tunnistaa sama kokoonpano ennen kuin versio julkaistaan ​​​​tuotannon toistamiseksi.

Tuotantotestien kattavuuden tulisi olla suhteessa siihen, mitä tehdas pystyy luotettavasti toistamaan. Käynnistysjärjestys, peruskäynnistystoiminta, lataus/USB-C-toiminta, valitut näyttö- tai USB-reitit ja muut asiakkaan määrittelemät tarkistukset voivat olla käytännöllisiä; alustan täydellinen kelpoisuus on eri asia. Tämän rajan määrittäminen tarjouksessa parantaa konversiota, koska suunnittelu tietää, mitä näyttöä toimitetaan, ja hankinta voi vertailla toimittajia samalla mitattavalla laajuudella sen sijaan, että se perustuisi epämääräisiin lupauksiin "100 % testauksesta".

Chromebook -piirilevyohjelmassa toimittajan kelpoisuuden tulisi keskittyä todellisiin piirilevyriskeihin: monikerrosrekisteröintiin, hallittuun impedanssiin, tiheään BGA-kokoonpanoon, revisioiden hallintaan, hankintakuriin ja asiakkaan alustaa vastaavaan testausreittiin. Tehtaan tulisi pystyä ilmoittamaan, mitä vaatimuksia hallitaan sisäisesti ja mitkä edellyttävät asiakkaan hyväksymiskriteerejä.