Edge AI-module PCBA: Van AI SoC en geheugen tot assemblage en testen

Inhoudsopgave

1. Wat is een Edge AI Module PCBA?

2. Waarom de PCBA's van Edge AI-modules moeilijk te produceren zijn

3. Van printplaat naar geassembleerde Edge AI-module

4. Een Edge AI-module testen vóór integratie

5. Conclusie

6. Veelgestelde vragen

---

Een printplaat (PCBA) voor een edge AI-module lijkt misschien niet groot, maar integreert vaak een AI SoC of NPU, snel geheugen, flashgeheugen, energiebeheer, klokcircuits, evenals PCIe, MIPI, USB en andere snelle interfaces. Om het apparaat in staat te stellen lokaal AI-inferentie uit te voeren, moeten deze belangrijke componenten geconcentreerd zijn binnen een beperkt PCB-oppervlak.

 

Dit betekent ook dat de PCB-assemblage van edge AI-modules complexer is dan die van gewone embedded besturingskaarten. AI-processoren en snelle geheugenmodules worden doorgaans verpakt met behulp van methoden met een hoge dichtheid, zoals BGA, waarbij de soldeerverbindingen aan de onderkant van de componenten verborgen zijn. Visuele inspectie alleen is niet voldoende om de kwaliteit van de soldeerverbindingen te garanderen. Tegelijkertijd zijn signaalintegriteit bij hoge snelheden, stroomstabiliteit en thermisch beheer cruciale aspecten om op te letten bij de productie van dergelijke modules. Elke fout in een van deze aspecten kan de opstart, communicatie of werking van de module op de lange termijn beïnvloeden.

 

Of een AI-module PCBA soepel van prototype naar massaproductie kan overgaan, hangt daarom niet alleen af ​​van de juiste montage van de componenten, maar ook van aspecten zoals het printen van de soldeerpasta, het solderen van BGA's, röntgeninspectie, functionele testen en de verbinding tussen de module en de draagplaat. Dit artikel begint met de hardware-opbouw van de module en analyseert vervolgens de belangrijkste problemen bij assemblage met hoge dichtheid, het solderen van BGA's en het testen.

 

Wat is een Edge AI Module PCBA?

 

Een Edge AI-module PCBA is een kleine printplaat die voornamelijk AI-berekeningen op apparaatniveau uitvoert. Het is doorgaans geen compleet moederbord, maar integreert de kerncomponenten zoals de processor, het geheugen, de opslag, het energiebeheer en snelle interfaces op een compacte module.

 

Een typische printplaat voor een edge AI-module bevat meestal de volgende onderdelen:

 

• AI SoC, NPU, GPU of speciale AI-accelerator

 

• LPDDR-geheugen

 

• eMMC- of flashgeheugen

 

• PMIC en bijbehorende voedingscircuits

 

• Klokcomponenten

 

• Snelle interfaces zoals PCIe, MIPI, USB, enz.

 

• Verbindingen tussen printplaten, oftewel verbindingsinterfaces, tussen de module en de dragerprintplaat.

 

Als de hoofdfunctie van een module het leveren van AI-processors, geheugen, opslag en stroomvoorziening is, kan deze ook worden beschouwd als een edge AI-computingmodule. Dergelijke modules voeren doorgaans niet alle productfuncties zelfstandig uit, maar zijn verbonden met een carrierboard voor gebruik. Het carrierboard is verantwoordelijk voor de I/O, communicatie, sensoren en andere interfaces die specifiek zijn voor de producten.

 

Het verschil tussen de edge AI-module en het complete edge AI-moederbord kan als volgt eenvoudig worden uitgelegd:

Item	Edge AI-module	Complete Edge AI-moederbord
Hoofdfunctie	Biedt essentiële AI-rekenmogelijkheden.	Voltooit de functionele integratie van het gehele systeem.
Hoofdhardware	AI-processor, geheugen, opslag, PMIC, snelle interface	Het AI-computergedeelte, evenals communicatie, I/O, sensoren en de hoofdvoeding.
Gebruiksmethode	Meestal verbonden met de moederbord of het hostsysteem.	Meestal direct gebruikt als moederbord.
Ontwerpfocus	Compact formaat, hoge rekenkracht, gemakkelijk herbruikbaar.	Volledige functionaliteit en systeemintegratie

Het voordeel van dit modulaire ontwerp is dat hetzelfde AI-computerplatform gemakkelijker in verschillende producten kan worden toegepast. Tegelijkertijd zijn echter meer kritieke circuits geconcentreerd op een beperkt PCB-oppervlak, wat ook hogere eisen stelt aan de precisie, stabiliteit en productieconsistentie van de AI-module-PCB-assemblage.

 

Waarom de productie van printplaten voor Edge AI-modules lastig is

 

De grootste uitdaging bij de PCB-assemblage van edge AI-modules is het integreren van de processor, het geheugen, het voedingscircuit en de snelle interface binnen het beperkte PCB-oppervlak. Naarmate de afstand tussen de componenten kleiner wordt, nemen ook de eisen aan assemblageprecisie en productieconsistentie toe.

 

Componenten met hoge dichtheid en BGA-solderen

 

AI SoC's, NPU's en geheugen maken doorgaans gebruik van BGA of andere verpakkingen met een fijne pitch, en kleine passieve componenten worden eromheen geplaatst. Bij de assemblage van printplaten met een hoge dichtheid vereisen het printen van soldeerpasta, de plaatsing van componenten en het reflow-proces een strengere controle. Voor printplaten met een fijne pitch BGA montageOmdat de soldeerverbindingen zich aan de onderkant van de componenten bevinden, kunnen AOI (Automatic Optical Inspection) of visuele inspectie geen volledige controle uitvoeren. Daarom kan röntgeninspectie ook nodig zijn.

 

Hogesnelheidssignalen en PCB-routing

 

LPDDR-geheugen en interfaces zoals PCIe, MIPI en USB zijn zeer gevoelig voor fabricagefouten. De printplaat kan gebruikmaken van impedantieregeling, HDI-structuur, microvias of via-in-pad om te voldoen aan de eisen van routing met hoge dichtheid en BGA-fan-out, afhankelijk van het ontwerp.

 

Voeding en warmteafvoer

 

De AI-werkbelasting kan leiden tot snelle veranderingen in het stroomverbruik van de processor. Tegelijkertijd produceren de processor en het geheugen warmte op een relatief klein oppervlak. Daarom is het bij het ontwerpen en bouwen van de printplaat noodzakelijk om zowel een stabiele stroomvoorziening als effectieve warmteafvoer te realiseren.

 

Inspectie en testen

 

Sommige problemen worden pas opgemerkt nadat de module is ingeschakeld. Afhankelijk van de omstandigheden kan het nodig zijn om röntgeninspectie, programmering, functionele tests of interfacetests uit te voeren om verborgen BGA-soldeerfouten, instabiele voedingsspanningen of interfaceproblemen op te sporen.

 

Vandaar, AI-hardware PCB-assemblage Het is niet zomaar een kwestie van componenten monteren. De stabiele en consistente massaproductie van de edge AI-module is afhankelijk van de fabricage, assemblage, inspectie en testen van de printplaat.

 

Van printplaat tot geassembleerde edge AI-module

 

De kale printplaat kan, na het ontwerpen van de printplaat en het bevestigen van de materiaallijst (BOM), worden geassembleerd tot een complete AI-module PCBA. De stappen zijn als volgt:

 

• Printen met soldeerpasta en SPI: Om printproblemen te detecteren voordat componenten worden geplaatst, wordt eerst soldeerpasta op de PCB-pads aangebracht. Vervolgens worden het volume, de locatie en de vorm ervan gecontroleerd met behulp van SPI.

 

• SMT-assemblage en reflow: Nadat de AI-processoren, het geheugen, de PMIC's en de passieve componenten met behulp van SMT-apparatuur zijn vervaardigd, ondergaan ze het reflow-soldeerproces. Stabiele print-, positionerings- en reflow-procedures voor de assemblage van de printplaat van de AI-module helpen kwaliteitsverschillen tussen batches te minimaliseren.

 

• AOI en röntgenfoto: Na het reflow-solderen vindt de AOI-inspectie als eerste plaats. Röntgenstralen kunnen worden gebruikt voor verdere bevestiging van soldeerverbindingen (zoals BGA) die niet direct zichtbaar zijn.

 

• Testen en traceerbaarheid: Na de assemblage kunnen de firmwareprogrammering en functionele tests worden uitgevoerd conform de modulevereisten. Wijzigingen aan de printplaat en de materiaallijst, materialen, inspectieverslagen, software en testresultaten kunnen allemaal worden bijgehouden voor herhaalproductie.

 

Voor de PCBA van de edge AI-module selecteert PCBasic de geschikte inspectie- en testmethoden op basis van het specifieke printplaatontwerp en de klantvereisten, waaronder SPI, AOI, röntgenonderzoek en PCBA functionele testenEn we zullen ook het productieproces in kaart brengen. Deze stappen helpen niet alleen om te bevestigen of het prototype naar behoren functioneert, maar dragen ook bij aan een stabiele assemblagekwaliteit nadat het project in herhaalde productie is gegaan.

 

Een Edge AI-module testen vóór integratie

 

Het doorstaan ​​van de assemblage-inspectie betekent niet dat de printplaat van de edge AI-module die in het eindproduct is geïnstalleerd, gegarandeerd goed zal werken. Vóór de formele integratie moeten we de module nog inschakelen om te controleren of deze normaal opstart en functioneert.

 

Eerst controleren we de voedingsspanning, de stroomsterkte en de opstartstatus. Als deze allemaal in orde zijn, kunnen we de firmware of systeemimage programmeren volgens het moduleontwerp en het geheugen, de opslag en belangrijke interfaces zoals PCIe, USB, Ethernet en MIPI controleren. Daarna kunnen we ook functionele tests uitvoeren om te bevestigen of de belangrijkste functies van de AI-module PCBA normaal werken.

 

Ook de prestaties nadat de module op de carrierboard is aangesloten, verdienen aandacht. Sommige modules vertonen mogelijk geen problemen bij een afzonderlijke test, maar na aansluiting op de carrierboard kunnen er problemen optreden als gevolg van problemen met de voeding, connectoren, communicatie-interfaces, firmware-instellingen of thermisch contact. Daarom moet bij het testen van de printplaatassemblage van de AI-module niet alleen de module zelf worden gecontroleerd, maar ook hoe deze in het uiteindelijke product zal worden aangesloten en gebruikt.

 

Als de module langdurig moet draaien of continu een hoge AI-belasting moet verwerken, kunnen aanvullende thermische tests, verouderingstests of belastingstests worden uitgevoerd, afhankelijk van de projectvereisten. Wat er getest moet worden, hoe lang er getest moet worden en welke resultaten acceptabel zijn, moet worden bepaald op basis van het daadwerkelijke product en de klantvereisten, in plaats van een vaste set Edge AI-testnormen toe te passen.

 

Conclusie

 

Voor de printplaat (PCBA) van de edge AI-module is het maken van een werkend prototype niet het einddoel. Eenmaal in productie is het belangrijker of hetzelfde ontwerp en proces gebruikt kunnen worden om consistent modules van stabiele kwaliteit te produceren.

 

Daarom is het bij de ontwikkeling van de edge AI-computermodule het beste om al in een vroeg stadium van het project rekening te houden met productieproblemen, in plaats van deze één voor één aan te pakken nadat het prototype is voltooid. Hoe beter de coördinatie tussen ontwerp, materialen, assemblage en testen, hoe soepeler de overgang van prototype naar serieproductie zal verlopen.

 

Als u een PCBA voor een edge AI-module ontwikkelt, PCB-basis Wij bieden totaaloplossing voor de productie, inclusief PCB-productie, componenteninkoop, PCB-assemblage van de AI-module, röntgeninspectie, programmering, functionele testen en traceerbaarheid van de productie. U kunt ons uw Gerber-bestanden, stuklijst (BOM) en projectvereisten toesturen, waarna wij uw productiebehoeften voor de Edge AI-module verder kunnen bespreken.

 

Veelgestelde vragen

 

Vraag 1: Wat is het verschil tussen een Edge AI-module en een Edge AI-moederbord?

 

Een edge AI-computermodule bevat hoofdzakelijk de processor, het geheugen, de opslag en de voedingscircuits en is meestal verbonden met een carrierboard. Een mainboard integreert deze functies met meer productspecifieke I/O en interfaces op één printplaat.

 

Vraag 2: Waarom is BGA-assemblage belangrijk voor Edge AI-modules?

 

AI-processoren en snelle geheugenmodules maken vaak gebruik van BGA-componenten om ruimte op de printplaat te besparen. Bij de assemblage van BGA-componenten met een fijne pitch zijn nauwkeurige print-, plaatsings-, reflow- en inspectieprocessen vereist, omdat de soldeerverbindingen verborgen zitten onder de component.

 

Vraag 3: Vereist elke Edge AI Module PCBA een HDI?

 

Nee. Dat hangt af van de componentdichtheid, de afstand tussen de componenten in de behuizing, de routing en de interfacevereisten. Sommige compacte modules kunnen gebruikmaken van HDI, microvias of via-in-pad om een ​​hoge componentdichtheid te ondersteunen.

 

Vraag 4: Hoe wordt een Edge AI Module PCBA getest?

 

De tests kunnen bestaan ​​uit controle van de stroomtoevoer, programmering, geheugen- en interfacecontroles en functionele tests. Thermische tests, verouderingstests of tests van de module naar de drager kunnen indien nodig ook worden toegevoegd.