Fabricação e montagem de PCBs para gabinetes de armazenamento DAS

A Highleap Electronics fabrica PCBs e PCBAs para gabinetes de armazenamento DAS, com opções de armazenamento de um, dois ou múltiplos discos rígidos/SSDs. Oferecemos suporte à fabricação de PCBs, fornecimento de componentes, montagem SMT/THT, controle de backplane e conectores, programação/configuração e testes funcionais de armazenamento definidos pelo cliente, com a interface exata do host, arquitetura de disco, comportamento de energia e funções RAID/JBOD definidas pela versão do OEM.

Famílias de produtos DAS e arquiteturas de armazenamento

Uma placa de circuito impresso (PCB) para um gabinete de armazenamento DAS deve ser liberada para fabricação como uma plataforma de armazenamento definida, e não simplesmente como "uma caixa para unidade USB". O armazenamento de conexão direta pode variar de uma placa de ponte compacta para uma única unidade a um chassi de mesa com várias baias, backplane, distribuição de energia, controle de refrigeração e funções RAID/JBOD opcionais. Para a Highleap, a tarefa de fabricação começa com a identificação da interface do host, tipo de mídia de armazenamento, número de baias, topologia do controlador, fonte de alimentação, requisitos de troca a quente, mecânica do gabinete e limites de teste do cliente para cada SKU.

Tipos comuns de gabinetes DAS e alterações na placa de circuito impresso.

Para fins de compra, essa visualização por família de produtos evita dois erros comuns em orçamentos: tratar todos os gabinetes como se fossem a mesma placa de circuito impresso (PCBA) porque o conector externo parece semelhante e comparar fornecedores com base no preço da placa nua sem levar em conta dispositivos de fixação do backplane, mídias de teste de unidade, programação de firmware, hardware térmico ou o encaixe final do gabinete.

Como a quantidade de drives altera a configuração da placa

A quantidade de unidades de armazenamento influencia mais do que a quantidade de conectores. Um gabinete de uma única baia geralmente permite que a ponte, a conversão de energia e o conector da unidade estejam em uma única placa. Um produto com quatro ou oito baias pode dividir essas funções entre uma placa controladora/host, um backplane de armazenamento e uma placa de alimentação ou painel frontal. Essa divisão afeta a quantidade de cabos, as interfaces entre placas, as especificações mecânicas e a ordem em que os subconjuntos podem ser testados. A solicitação de cotação (RFQ) deve identificar o conjunto completo de placas para que uma placa de circuito impresso (PCB) não seja cotada sem as interconexões que determinam o funcionamento do gabinete.

Essas variantes também se sobrepõem às placas de circuito impresso (PCBs) de discos rígidos e ao hardware de servidores de armazenamento, mas não devem ser agrupadas em uma única página genérica. Um gabinete DAS é definido pela arquitetura de host/armazenamento e pelo produto mecânico lançado, enquanto os componentes eletrônicos dos discos em si são conjuntos separados.

Placa traseira, conectores de unidade e mecânica de múltiplas baias

Em um sistema DAS com múltiplas baias, a repetição dos conectores de unidade frequentemente se torna a característica dominante de fabricação. Um backplane pode conter conectores SATA, contatos de alimentação, LEDs, circuitos de detecção de presença, conectores de ventoinha e links placa a placa para uma placa controladora. O desenho da placa de circuito impresso (PCB), a folha de dados dos conectores e o modelo mecânico do chassi devem estar em conformidade quanto ao espaçamento entre as baias, profundidade de acoplamento e localização da referência. Uma montagem eletricamente correta ainda pode falhar na integração do sistema se um conector estiver inclinado ou deslocado o suficiente para criar uma força de inserção excessiva.

Controles mecânicos serão congelados antes da construção do piloto

• Inclinação da baía e coplanaridade do conector: Utilize um dispositivo de fixação ou um ponto de referência no chassi para confirmar conectores repetidos, em vez de verificá-los visualmente um por um.
• Caminho de carga da força de inserção: A inserção do driver deve ser suportada pelos suportes mecânicos projetados; as juntas de solda não devem se tornar o elemento estrutural principal.
• Interfaces placa a placa e por cabo: Se o backplane se conectar a uma placa controladora, divulgue a altura de acoplamento, a pinagem, o encaixe e o comprimento do cabo como dados mecânicos/elétricos controlados.
• Alinhamento de LEDs e guias de luz: Os LEDs indicadores de status da unidade geralmente ficam próximos aos conectores e podem estar desalinhados mesmo quando a função elétrica está funcionando corretamente.
• Hardware hot-swap: Os interruptores de alimentação, as funções de pré-carga ou de arranque escalonado devem seguir o projeto do fabricante original. A fabricação deve reproduzir o comportamento original do produto, em vez de adicionar funcionalidades genéricas de "troca a quente".

A Highleap pode combinar a fabricação do backplane com a montagem da placa de circuito impresso (PCB) e verificações de dispositivos mecânicos quando o cliente fornece a geometria de aceitação. Isso é mais útil do que a inspeção genérica de conectores, pois verifica a placa em relação às mesmas restrições físicas impostas pela caixa final.

Interface do host, ponte e controle do lado do armazenamento

O conector voltado para o host e a mídia de armazenamento não definem o controlador interno por si só. Um DAS USB para SATA pode usar uma ponte de armazenamento dedicada; um produto com várias baias pode adicionar um multiplicador de portas, um controlador RAID ou um MCU; e um produto NVMe usa um caminho de ponte diferente para o armazenamento PCIe/NVMe. Portanto, a lista de materiais (BOM) e o pacote de firmware precisam identificar o controlador exato, o cristal/oscilador, a EEPROM ou flash de configuração, os trilhos de alimentação e quaisquer dispositivos que não devem ser substituídos sem aprovação de engenharia.

Controles de alta velocidade e configuração

• Roteamento USB: Preserve a geometria diferencial liberada, os planos de referência, a separação dos conectores e a continuidade da corrente de retorno. Se for necessária impedância controlada, as notas de fabricação devem especificar o valor alvo, em vez de se basearem em uma configuração genérica de fábrica.
• Roteamento SATA: Mantenha os canais diferenciais do lado do armazenamento vinculados à configuração de pilha e ao posicionamento do conector divulgados. Os documentos de engenharia devem usar a interface SATA realmente suportada, em vez de termos ambíguos para o consumidor.
• Suporte UASP: O protocolo USB Attached SCSI é um protocolo de armazenamento USB definido, mas seu suporte depende do firmware do controlador/ponte e do ambiente do host. Ele só deve ser testado em produção quando a versão do fabricante do equipamento original (OEM) o exigir.
• Memória de configuração: O conteúdo da EEPROM/flash, os IDs dos dispositivos, as políticas de energia e as configurações de modo devem ser controlados por versão juntamente com a revisão do hardware.
• Fornecimento de componentes: Para controladores de ponte, cristais e conectores de armazenamento, utilize fornecimento controlado de componentes Com alternativas aprovadas em vez de substituição motivada por custos após a aprovação do protótipo.

Distribuição de energia, carga de partida e controle térmico

O projeto de alimentação varia drasticamente entre os sistemas DAS. Um produto compacto de 2.5 polegadas pode ser projetado com alimentação pelo barramento do host, enquanto unidades de 3.5 polegadas para desktop e sistemas com múltiplas baias normalmente exigem uma fonte de alimentação externa e distribuição de corrente mais alta. Sistemas com múltiplas unidades também devem levar em consideração a estratégia de inicialização com liberação de energia, perdas de conversão, corrente do conector, alimentação do ventilador e tratamento de falhas. O fornecedor da placa de circuito impresso (PCB) deve verificar o cobre, as vias, as especificações dos conectores e o hardware de dissipação de calor em relação ao projeto, em vez de aplicar uma única regra de "PCB de armazenamento" para todos os produtos.

Riscos de produção relacionados à energia e ao calor

• Iniciar o driver: Valide os casos de inicialização/carga definidos pelo cliente com modelos de acionamento especificados ou cargas representativas; não qualifique a placa apenas com base na corrente de repouso.
• Conectores de alimentação repetidos: Verifique a solda, o suporte mecânico e a consistência do caminho da corrente em todos os compartimentos, especialmente quando forem usados ​​componentes THT ou de encaixe por pressão.
• Aquecimento da ponte/controlador: Gabinetes compactos podem reter calor ao redor do controlador, mesmo quando a mídia de armazenamento está fria. As almofadas térmicas, a distribuição do cobre e as superfícies de contato do gabinete devem corresponder ao desenho mecânico.
• Funções do ventilador e do sensor de temperatura: Quando presentes, os conectores de ventoinha, os sinais do tacômetro e os sensores de temperatura devem ser incluídos no teste funcional, em vez de serem tratados como itens de sistema não relacionados.
• Rede de distribuição de energia: Quando o projeto for sensível à corrente, revise. Distribuição de energia da placa de circuito impresso Observações, áreas de cobre e caminhos de retorno como parte do DFM.

Montagem de PCBA DAS, NPI e Teste Funcional

Um plano eficaz de NPI (Introdução de Novos Produtos) para DAS (Dispositivos de Armazenamento em Série) testa o conjunto como um produto de armazenamento, e não apenas como uma placa com componentes. A versão piloto deve utilizar o gabinete ou dispositivo mecânico pretendido, unidades representativas, hardware host aprovado, firmware liberado e cabos definidos. O objetivo é transformar o protótipo aprovado em uma base de produção repetível que permita identificar defeitos de soldagem, problemas de conectores, problemas de firmware e comportamentos específicos das unidades.

Fluxo de teste de produção DAS recomendado

1. Verificação de configuração: Confirme a revisão da placa de circuito impresso (PCB), a variante de número de compartimentos, a memória de firmware/configuração, a quantidade de conectores e o conjunto de etiquetas.
2. Verificação de potência e curto-circuito: Verifique os trilhos críticos antes de instalar os inversores de frequência do cliente e registre quaisquer limites de inicialização ou corrente definidos.
3. Detecção por baía: Confirme se todos os compartimentos ocupados detectam a unidade de referência especificada e se os indicadores de status funcionam conforme o esperado.
4. Teste de condução simultânea: Para produtos com várias baias, utilize todos os canais necessários em conjunto, em vez de aceitar cada conector isoladamente.
5. Função de armazenamento do host: Execute o procedimento de leitura/gravação ou tráfego de armazenamento definido pelo cliente, incluindo UASP ou outros modos, somente quando especificado.
6. Ajuste mecânico: Instale a placa de circuito impresso (PCBA) no chassi ou dispositivo de teste para verificar o alinhamento dos compartimentos, LEDs, botões, conectores de ventoinha e E/S externas.

A Highleap pode executar testes funcionais definidos pelo cliente quando o conjunto de unidades, a plataforma host, o firmware, os dispositivos de teste e os critérios de aceitação forem fornecidos. A ampla compatibilidade com sistemas operacionais, a qualificação de armazenamento de longa duração e a qualificação do fornecedor da unidade permanecem atividades explicitamente definidas pelo cliente/sistema, a menos que sejam contratadas separadamente.

A montagem em nível de sistema torna-se importante em produtos com múltiplas baias.

À medida que o gabinete ganha ventoinhas, bandejas para unidades de armazenamento, placas de LED, adaptadores de energia e várias placas de circuito impresso (PCBAs), o rendimento final depende cada vez mais da integração do sistema. Tensão nos conectores, roteamento de cabos, empilhamento de parafusos, bloqueio do fluxo de ar e desalinhamento das gaiolas de unidades podem causar falhas invisíveis durante o teste elétrico da placa nua. Se a Highleap for solicitada a produzir além da montagem da placa de circuito impresso, a montagem do gabinete deve ser orçada com base no pacote mecânico liberado e em um teste final do sistema definido, em vez de ser adicionada informalmente após a montagem da placa de circuito impresso.

• Datum da gaiola de acionamento: Verifique se os conectores SATA/SAS/NVMe, dependendo do produto lançado, encaixam sem forçar a placa traseira.
• Ventoinha e percurso do fluxo de ar: Confirme a orientação do ventilador, a polaridade do conector e se as aberturas de ventilação estão desobstruídas antes de realizar o teste do piloto térmico.
• Painel frontal: Os LEDs, botões e numeração dos compartimentos devem corresponder ao firmware do host e à etiqueta do gabinete.
• Entrada de energia externa: O tipo de conector, o caminho da corrente e a retenção mecânica devem ser verificados em relação à interface real do adaptador ou da fonte de alimentação.
• Emparelhamento de revisão: O controlador, a placa traseira e as placas de interface do usuário/alimentação devem ser mantidos em revisões compatíveis aprovadas durante a produção repetida.

Do protótipo DAS à produção em série

Uma solicitação de cotação (RFP) robusta para um fabricante de PCBs para gabinetes DAS deve incluir o pacote completo de fabricação e montagem, e não apenas os arquivos Gerber. Para produtos com múltiplas baias, inclua o modelo do gabinete, informações sobre o datum do backplane, desenhos dos conectores dos drives, especificações da fonte de alimentação, hardware de ventilação/dissipação térmica, arquivos de firmware/configuração, mídias de teste e matriz de SKUs. Isso permite que a equipe de desenvolvimento de manufatura (DFM) identifique problemas de fabricação antes que controladores de armazenamento, conectores e componentes mecânicos caros sejam adquiridos.

Programas relacionados a armazenamento em PCB/PCBA

A Highleap pode dar suporte à produção de protótipos até a produção em série com revisão de DFM (Design for Manufacturing) , inspeção da primeira peça e documentação de montagem controlada. A linha de base da produção deve definir a revisão da placa de circuito impresso (PCB), a estrutura de camadas, a lista de materiais (BOM) aprovada/alternativas, o firmware, o procedimento de teste, a revisão do dispositivo de fixação e os critérios de aceitação mecânica, para que os lotes posteriores sejam comparados com a versão NPI (New Product Introduction) aceita, em vez de uma especificação verbal.