工业核心板的封装应该如何选择?

2018-01-04

工业项目进行中,考虑电路板研发进度和风险的可控性,使用比较成熟的核心板来促进项目的开展和实施已经是大多数工程师的首选。那么核心板和底板之间的连接方式,也就是核心板的封装应该如何选择?各种封装有什么优缺点?以及选择之后使用过程中有哪些注意事项?今天我们就来谈一下这些问题。

核心板是将MINI PC的核心功能打包封装的一块电子主板。大多数核心板集成了CPU,存储设备和引脚,通过引脚与配套底板连接在一起。因为核心板集成了核心的通用功能,所以它具有一块核心板可以定制各种不同的底板的通用性,这大大提高了单片机的开发效率。因为核心板作为一块独立的模块分离出来,所以也降低了开发的难度,增加了系统的稳定性和可维护性。尤其在紧急和重要的项目中,从IC级研发存在着高速硬件和底层驱动开发时间和开发风险的不确定性,使用核心板作为主控就是首选。

当然由于核心板参数众多和本文篇幅所限,我们这次只谈核心板的封装。核心板的封装关系到未来产品的生产便利性、生产成品率、现场试用的稳定性、现场试用的寿命、故障品故障排查定位便利性等等方面。下面我们探讨一下2种常用的核心板封装形式。

一、邮票孔型封装

邮票孔型封装以其类似IC的外观、可以使用类似IC的焊接和固定方式受到电子工程师的喜爱。所以在市面上很多款式的核心板采用此种封装。邮票孔封装样式举例如图1:

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图1 邮票孔封装样式举例

从上图可以看出邮票孔封装样式的核心板薄如邮票,边缘焊接引脚很像邮票的边缘,因此而得名。该类型封装由于和底板的连接固定方式为焊接,所以非常牢固,也及其适用于高度潮湿和高度震动的使用现场。比如海岛项目、煤矿项目、食品加工厂项目,这几类使用场合具有高温、高湿、高腐蚀的特点,邮票孔以其连接点焊接的稳固方式而特别适用于这几类项目场合。

当然邮票孔封装也尤其固有的一些限制或者缺点,比如:生产焊接成品率低、不适合多次回炉焊接、维修拆卸更换不便等等。笔者遇到过的问题就非常多:由于邮票孔核心板翘曲导致的贴片机焊接不良率偏高、由于焊接厂把核心板贴到背面进行二次回炉焊接导致的主CPU松动、由于维修拆卸导致底板焊盘掉落报废等等。

所以如果确实因为使用场合要求而必须要选择邮票孔封装时,需要注意的问题有:采用全手工焊接来保证焊接产品率、采用机器焊接时切忌最后一次过炉贴核心板、做好报废率高的准备。尤其最后一点要特别说明一下,因为大多选择邮票孔核心板是为了获得产品到现场后的极地返修率,所以必须要接受邮票孔封装的种种生产和维修不便,必须要接受报废率和总体成本较高的特点。

二、精密板对板连接器封装

如果实在接受不了邮票孔封装带来的生产和维修的不便,也许精密板对板连接器封装是一种比较好的选择。此种封装采用公座母座对插形式,生产过程核心板不需要焊接,插入即可;维修过程方便插出更换;故障排查可以更换核心板对比。所以该封装也被众多产品采用,该封装的样式如下图:

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图 2 板对板连接器封装样式

从上图可以看出,该种封装可以拔插,方便生产和维修更换。而且该封装由于引脚密度高,在很小的尺寸内即可引出较多引脚,所以该类型封装的核心板体积小巧。方便嵌入到产品尺寸受限的产品中,例如路侧视频桩、手持抄表器等。

当然也是由于引脚密度比较高,导致底板的母座焊接时难度稍高,尤其是产品的样品阶段,工程师进行手工焊接的时候,已经有多位工程师朋友在该种封装的手工焊接过程中抓狂。有些朋友是焊接时把母座塑胶融化、有些是焊接时由于引脚密度太高导致一片引脚集体粘连、有些是看似焊接完美但实测引脚一片短路。

基于该封装的母座焊接难度偏高,所以即使样品阶段也最好请专业焊接人员焊接,或者贴片机焊接。如果确实无条件机器焊接,这里也提供一种焊接成功率比较高的手工焊接步骤:

1、在焊盘上均匀涂满焊锡(注意不能太多,太多焊锡会把母座垫高,也不能太少,太少了会导致虚焊);

2、把母座对准焊盘(注意采购母座时选用有固定柱的母座,方便对准);

3、使用烙铁逐个按压每一个引脚,达到焊接目的(注意是单独按压,主要是确保各个引脚不会短路,而且又达到焊接目的)。

总结一下以上分析,列表对两种封装进行对比如下表。

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表1 两种封装对比
来源:ZLG致远电子

来源:NEPCON

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