Производство и сборка печатных плат для корпусов RAID-массивов

Компания Highleap Electronics производит печатные платы и платы RAID-корпусов для двухдисковых и многодисковых накопителей , выпускаемых заказчиком . Мы поддерживаем изготовление плат контроллеров и объединительных плат, поставку компонентов, сборку SMT/THT, программирование микропрограммного обеспечения/конфигурации и функциональное тестирование многодисковых накопителей по заданным заказчиком параметрам, при этом режимы RAID, поведение при восстановлении, совместимость с хостом и производительность хранилища определяются выбранным контроллером, микропрограммным обеспечением и спецификациями OEM-производителя.

Семейства корпусов RAID и топологии контроллеров

Печатная плата RAID-корпуса определяется не только количеством отсеков. Два корпуса с одинаковой внешней формой могут использовать совершенно разные микросхемы контроллера, интерфейсы хранения данных, микропрограммное обеспечение, кэш или оперативную память, архитектуру питания и поведение управления дисками. Для производства первоочередной задачей является определение точного семейства продуктов и топологии контроллера до начала закупки компонентов или изготовления тестовых стендов.

Категории корпусов RAID, обычно выпускаемые для печатных плат.

Семейство многоотсековых RAID-массивов лучше всего определяется выпущенным контроллером, количеством дисков, носителями данных, интерфейсом хоста и поддерживаемыми режимами работы. Каждый поддерживаемый режим может изменять количество компонентов, конфигурацию, индикаторы, режимы питания и функциональные возможности тестирования.

Режим RAID, количество отсеков и тип носителя — это отдельные переменные.

Семейство RAID-корпусов следует описывать в виде матрицы, а не одной «RAID-платы». Количество отсеков, поддерживаемые носители данных, интерфейс хоста, возможности контроллера и встроенное ПО определяют доступные режимы. Двухотсековый блок может поддерживать другой набор режимов, чем четырехотсековый, а объединительная плата, ориентированная на жесткие диски, может иметь другие требования к питанию и теплоотводу, чем конструкция для SSD. Производитель должен разработать и протестировать выпущенную комбинацию, а не определять режимы RAID 0, 1, 5, 10 или любой другой, исходя из размера корпуса.

Один и тот же корпус может иметь общие механические концепции с печатными платами жестких дисков или платформой печатных плат серверов хранения данных , в то время как производство корпусов для RAID-массивов по-прежнему сосредоточено на сборке контроллера, многодискового накопителя и системы управления конфигурацией.

Контроллер RAID, память и микропрограммное обеспечение для производства

RAID-контроллер и поддерживающие его устройства памяти/конфигурации являются определяющими компонентами продукта. В утвержденной спецификации материалов должны быть указаны точные коды заказа контроллера, любые устройства DRAM или флэш-памяти, компоненты тактовой частоты, загрузочная/конфигурационная память и компоненты управления питанием, имеющие зависимость от микропрограммы или синхронизации. Использование альтернативного компонента, имеющего схожие электрические характеристики, может изменить совместимость микропрограммы, время инициализации или тепловые характеристики, поэтому изменения в поставках требуют официального согласования.

Управление производством со стороны контроллера

• Пакеты Hidden-joint: Контроллеры RAID могут использовать корпуса BGA или плотные корпуса QFN. В местах наличия скрытых соединений следует определить критерии рентгеновского или иного контроля, соответствующие типу корпуса, а не полагаться только на автоматический оптический контроль.
• Загрузка памяти и флэш-памяти: Емкость, скоростной режим и образ прошивки должны соответствовать выпущенному варианту. Не используйте разные варианты памяти или загрузочной флэш-памяти из разных партий без матрицы, одобренной производителем оборудования.
• Часы: Кварцевые резонаторы/генераторы и компоненты нагрузочной сети могут быть чувствительны к замене. Их следует относить к категории управляемых компонентов, если этого требует типовая конструкция контроллера.
• Программирование: Прошивка, содержимое EEPROM, серийные номера и режим работы по умолчанию должны иметь версионную версию, совпадающую с версией печатной платы и спецификации материалов.
• Процесс сборки: Платы контроллеров с высокой плотностью размещения компонентов выигрывают от... Сборка печатной платы BGA Планирование, определение трафарета/метода оплавления и проверка первого образца перед повторным изготовлением.

Надежность объединительной платы — это проблема механического и электрического характера.

Многодисковая RAID-система подвергается многократной нагрузке при установке дисков и может пропускать значительный суммарный ток. Поэтому при первом проектировании следует уделять внимание пайке разъемов, металлизированным отверстиям, опоре платы и выравниванию отсеков для дисков, а также обеспечению целостности сигнала. Если в выпущенной конструкции используются отдельные силовые плоскости или сильноточные медные участки, сеть распределения питания на печатной плате следует воспроизводить в соответствии с техническими требованиями, а не упрощать для удобства трассировки.

• Соосность соединителей: Небольшая погрешность позиционирования в нескольких отсеках может привести к чрезмерному усилию при вставке или прерывистому контакту.
• Температура при включении питания: Входные разъемы, предохранители, переключатели и медные переходники следует проверять при заданной заказчиком полной нагрузке привода.
• Схемы присутствия и состояния привода: Проверьте нумерацию отсеков, чтобы прошивка, светодиоды и физические лотки отображали один и тот же диск.
• Разъемы для вентилятора/управления: Вентиляторы охлаждения могут быть частью архитектуры обеспечения надежности; полярность, сигналы тахометра/управления и крепление жгута проводов требуют функциональной проверки.
• Поддержка функции "горячей замены": Проверка возможности извлечения/повторной установки должна проводиться только в соответствии с процедурой, определенной производителем оборудования и встроенным программным обеспечением, а не предполагаться на основании физической возможности снятия лотка.

Многодисковая объединительная плата, система питания и теплоотвода.

По мере увеличения количества отсеков изготовление повторяющейся части блока хранения может стать сложнее, чем изготовление самого контроллера. Шаг разъемов, толщина объединительной платы, усилие вставки, распределение тока, положение вентилятора и прокладка кабелей — все это влияет на работоспособность принятой печатной платы внутри конечного корпуса. Поэтому выпущенная механическая модель должна быть частью комплекта для сборки, а не документом, подготовленным командой разработчиков корпуса позже.

Приоритеты объединительной платы и питания

• Повторяющиеся разъемы привода: Используйте базовые точки шасси или приспособление для крепления разъемов, чтобы проверить положение и соосность всего ряда.
• Путь передачи энергии: Ширина медных проводников, распределение по плоскости, ток в разъеме и массивы переходных отверстий должны соответствовать режиму одновременной нагрузки, предусмотренному в конструкции OEM-производителя.
• Стратегия стартапа: Если контроллер поддерживает поэтапный запуск приводов или управляемое включение питания, протестируйте выпущенную реализацию, а не предполагайте, что все отсеки запускаются одновременно.
• Охлаждение: В комплект поставки, включающую в себя разъемы для вентиляторов, датчики температуры и термопрокладки, следует включать направляющие и термофиксаторы, если они являются частью узла.
• Разделение объединительной платы: В системах с отдельным контроллером и задняя плата печатной платы Сборки определяют сопряжение кабелей/плат, отображение сигналов и совместимость версий как единую управляемую систему.

Сборка и настройка RAID-контроллера на печатной плате

RAID-массивы часто имеют больше конфигурационных состояний, чем предполагает количество элементов на печатной плате. Одна плата может поставляться как двух- или четырехдисковая версия, с различными вариантами поддержки дисков, метками регионов, прошивкой, переключателями или светодиодами. Матрица контролируемых вариантов должна связывать версию печатной платы, спецификацию компонентов, образ прошивки, корпус, маркировку и процедуру тестирования. Без этого сборка может пройти проверку электрических характеристик, но быть отправлена ​​с неправильным поведением массива.

Меры контроля NPI, которые важнее, чем общие понятия «качества».

• Первая версия статьи: Критерии проверки трафарета, оплавления припоя, последовательности установки разъемов и скрытых соединений на первых принятых образцах.
• Последовательность действий/соединений: Для подключения крупных разъемов SATA, питания, вентиляторов и передней панели может потребоваться пайка термоэлектрическим нагревателем (THT), пайка контактов в термопасте или дополнительная пайка; последовательность пайки должна определить ответственный за монтаж.
• Отслеживаемость прошивки: Сохраните запрограммированное изображение/контрольную сумму или запись конфигурации в соответствии с серийными/партионными данными, если это требуется заказчиком.
• Утвержденные альтернативные варианты: Используйте контроль поставок компонентов для контроллеров, памяти, флэш-памяти, тактовых генераторов и разъемов, требующих настройки или механического воздействия.
• Механическая посадка: Перед запуском процесса в серийное производство пилотные образцы следует установить в реальный корпус или репрезентативное приспособление.

Виды отказов, приводящие к разделению процессов во время опытного производства.

Сбои в работе RAID-систем могут быть неправильно диагностированы, если тестовая станция сообщает только «массив не найден». В пилотном производстве следует разделять неисправности на уровне платы от неисправностей дисков, микропрограмм и конфигурации. Например, отсутствие одного отсека может указывать на проблемы с установкой разъема, переключением питания, обнаружением присутствия или целостностью сигнала, в то время как массив, собранный в неправильном режиме, может указывать на проблемы с подключением коммутаторов или конфигурацией микропрограммы, а не на пайку.

Такое разделение делает производственную документацию полезной для инженерной команды OEM-производителя. Вместо того чтобы маскировать каждую проблему доработками, завод может предоставить доказательства, привязанные к каналу, направляющей, разъему, запрограммированному образу и версии платы.

Функциональный тест Drive-Matrix для RAID-корпусов

Тестирование RAID-массива не следует проводить в производственной среде только с одним диском в одном отсеке. Матрица тестирования должна отражать поведение выпущенного контроллера и предполагаемую модель. Для продукта с четырьмя отсеками это обычно означает проверку как минимум каждого отсека, необходимой одновременной работы дисков, светодиодных индикаторов состояния/элементов управления, подключения к хосту и заданных заказчиком режимов работы массива. Долгосрочная надежность, производительность в тестах и ​​широкая квалификация совместимости дисков остаются системной проверкой, если иное не указано отдельно.

Пример матрицы производственных испытаний

Когда Highleap получает эталонные диски, аппаратное обеспечение хоста, микропрограммное обеспечение и критерии прохождения/непрохождения, функциональное тестирование печатных плат/сборок может превратить эту матрицу в воспроизводимую производственную станцию. Сбои следует регистрировать по отсекам, функциям контроллера, цепям питания, состоянию микропрограммного обеспечения или дефектам сборки, а не по одной категории «сбой теста RAID».

Выпускайте RAID-продукт как контролируемую систему, а не как три независимые платы.

Если плата контроллера, объединительная плата и передняя панель/плата питания выпускаются отдельно, для закупок все равно необходима матрица совместимости. Пилотное производство должно подтвердить точные версии плат, запрограммированное программное обеспечение, аппаратное обеспечение для настройки режимов и комплект кабелей, которые использовались в принятой системе. Первичная проверка образца может зафиксировать эти базовые параметры перед повторным производством, чтобы последующее изменение материала или версии не привело к созданию недокументированной конфигурации RAID.

Запрос коммерческих предложений и контроль повторного производства

Для производителя печатных плат RAID-корпусов запрос предложений (RFQ) должен включать файлы изготовления платы контроллера и объединительной платы, утвержденную спецификацию материалов (BOM), чертежи разъемов, механическую схему корпуса, файлы прошивки/конфигурации, целевой набор дисков, предположения относительно источника питания и матрицу вариантов/тестирования. Это позволяет в рамках анализа DFM выявить проблемы, связанные с компоновкой, разъемами, панельной обработкой, пайкой и оснасткой, до закупки материалов.

Связанные семейства устройств хранения данных

После внедрения новых продуктов (NPI) необходимо зафиксировать утвержденную пару контроллер/плата, структуру печатной платы, утвержденную спецификацию материалов (BOM), микропрограммное обеспечение, тестовое приспособление, эталонные данные привода и механические характеристики. При повторной/массовой сборке печатных плат следует воспроизводить эту базовую конфигурацию, а не переопределять ее при каждой партии.