Ana kartları endüstriyel uygulamaya uygun hale getiren nedir? Issue July 2009 Pages 7 İçerik Endüstriyel PC ler çoklu ortamlarda uygulanmaktadır. Bu PC lerin karşılaması gereken gereklilikler, uygulama alanları kadar çeşitlilik göstermektedir. Robotları ve CNC makinelerini kontrol ederler, otomotiv endüstrisinde, bankacılık veya kumar makinelerinde kullanılırlar ve dijital sinyalleri kontrol ederler. Hepsinde ortak olarak bulunan tek şey: her türlü ticari kullanım azami elverişlilik ve güvenilirlik gerektirmektedir. Gün boyunca, haftada 7 gün, 0 C ila 50 C arasındaki sıcaklıklarda çalışmakta, darbe ve vibrasyona mukavemet göstermekte, karışma alanlarına dayanmakta veya müdahaleye elverişli cihazlarla kombinasyon halinde çalışmaktadır. Ana kart, bir PC nin endüstri için hazır hale getirilmesinde önemli rol oynamaktadır. Yılda yaklaşık olarak 2.5 milyon board üreten, Avrupa nın önde gelen ana kart üreticisi olarak Fujitsu Technology Solutions (FTS) bu durumun farkındadır. Olabilecek en iyi ürünü sunma gayreti içerisinde tüm ilgili faktörler, ürün tanımlama, geliştirme ve üretim süreci dahilinde özenle değerlendirilmektedir. Geliştirme & Tasarım 2 Test ve Uygunluk 4 EMC (Elektromanyetik uyumluluk) 4 Genişletilmiş sıcaklık aralığı 4 Darbe ve Vibrasyon 6 Üretim 7 Genel Bilgi 7
White Paper Issue: July 2009 Ana kartları endüstriyel uygulamaya uygun hale getiren nedir? Page 2 / 7 Geliştirme & Tasarım İlk bakışta Avrupa da üretilen ana kartlar ile Asya ürünleri arasında çok fazla fark görünmeyebilir. Form faktörü ve arayüzler büyük ölçüde standart hale getirilmiştir. Bununla birlikte, dikkatli bakıldığında, farklılıklar belli olmaktadır. Alman Malı ana kartlarda üretimde yüzde 20 ye kadar daha az tek bileşen ve yüzde 6 ila 10 daha yüksek bir otomasyon seviyesi bulunmaktadır. Yüksek derecede otomasyon ile birlikte daha iyi bileşen entegrasyonu sonucunda daha az bileşen ve sonuç itibariyle daha az lehim eki, oldukça iyi üretim kalitesi ve böylece endüstriyel uygulanabilirlik sağlamaktadır. Resim 1 Mini ITX Endüstriyel Ana Kart D2703-S Bileşen seçimi güvenilirlik üzerine odaklanmaktadır. Endüstriyel PC lerin 50 C ye kadar sıcaklığa sahip ortamlarda güvenilir ve sürekli olarak çalışması için, ana kartların mutlaka en az 60 C ye dayanabilecek şekilde tasarlanmaları gerekmektedir. Kapasitörler bilhassa yüksek sıcaklıklara karşı hassastırlar. Bileşen seçimi beklenilen işletme koşullarının ve uygulama testinin bir değerlendirmesini gerektirmektedir. Katı, polimer ve elektrolit kapasitörler gibi yeni teknolojilerin başarısı kanıtlanmıştır. Polimer kapasitörler alçak empedans özelliği taşımaktadır, böylece daha yüksek alternatif akım yükü sağlamaktadır.bileşenin kendini daha az ısıtması daha uzun bir kullanma ömrü anlamına gelmektedir. Kullanma ömrünün sonuna doğru, kapasitörlerin teknik değerleri (esas olarak kapasite ve kaçak akım) tanımlanan değer aralığından sapmaktadır. Tam arıza, bununla birlikte, yalnızca nadir durumlarda ortaya çıkmaktadır. Ana kart tasarımındaki geniş boyutlandırma bu gibi uç koşulları içermektedir. Polimer Elektrolit Kapasitörler Kullanma Süresi Lx, tx = Bileşen Çalışma Sıcaklığı; Lo = 2.000h; to = 105 C Resim 2 Ürün spesifik verilerine ve board çalışma sıcaklığına dayalı olarak Polimer Elektrolit Kapasitörlerin kullanma süresinin değerlendirilmesi Teknik nedenlerden ötürü elektrolit kapasitörler gerekli kılındığında, genellikle 5.000h den 10.000h a kadar kullanma süresine sahip 105 C- Uzun ömürlü-tipler kullanılmaktadır. Teknik açıdan örneğin; daha yüksek kapasiteye ve voltaj değerine sahip polimer-elektrolit-kapasitörlerin bulunmaması (hali hazırda 16V de maks. 470µF veya 2.5V da 2700µF).
White Paper Issue: July 2009 Ana kartları endüstriyel uygulamaya uygun hale getiren nedir? Page 3 / 7 Alüminyum Uzun Ömürlü Kapasitör Kullanma Süresi Lx, tx = Bileşen Çalışma Sıcaklığı ; Lo = 5.000h/6.000h/8.000h/10.000h; to = 105 C Kontrolör bileşenler artan sıcaklıklara aynı derecede duyarlıdır. 10K lık bir sıcaklık artışı Arızalar Arası Ortalama Zamanın (MTTF) %50 oranında azalmasına yol açmaktadır. Uygun soğutma üniteleri ile uygun soğutmanın sağlanması bir gerekliliktir. Resim 3 Ürün spesifik verilerine ve board çalışma sıcaklığına dayalı olarak Alüminyum Elektrolit Kapasitörlerin kullanma süresinin değerlendirilmesi Resim 4 Yonga kontrolörü örneği kullanılarak hazırlanan bir kontrolör modülü Arızalar Arası Ortalama Zaman (MTTF) tablosu 60 C ye kadar olan sıcaklıklarda güvenilir, uzun süreli operasyonlar için, ilave uygun bileşenlerin seçilmesi gerekmektedir, örneğin; Artırılmış endüstriyel sıcaklık aralığına sahip RS232 Ara bellek Azaltılmış dağıtma kaybı için lineer regülatör yerine anahtar regülatör Genişletilmiş sıcaklık aralıklarına sahip kuvars Fiili geliştirme evresinden önce, yüksek hızlı sinyal kalitesi analog simülasyonları ile optimize edilmektedir. Sonuç, aynı zamanda gerekli kılınan sıcaklık aralığının üzerinde sinyal kalitesi sağlayan bir optimize ana kart tasarımıdır. Fujitsu Technology Solutions' in kurum içi akredite test laboratuarı en başından itibaren modül geliştirimine dahil olmaktadır. Bundan dolayı, prototipler dahi hemen hemen tüm endüstriyel gereklilikleri karşılamaktadır ve bileşenlerin boyutlandırılması uygundur. Kapsamlı nihai testler mamul üründeki tüm kalite özelliklerini gerçeklemektedir.
White Paper Issue: July 2009 Ana kartları endüstriyel uygulamaya uygun hale getiren nedir? Page 4 / 7 Test ve Uygunluk EMC (Elektromanyetik Uyumluluk) Resim 5 EMC: CE uygunluk gerçeklemesi için Test düzeni EMC gereklilikleri EN-61000-6-2-Test (endüstriyel müdahale rezistansı) ile gerçeklenmektedir. Emisyon kategorilerine bağlı olma aynı zamanda genel sistem entegrasyonuna dayalıdır. Çok iyi temas eden yerleştirmeye ve EMC-uyumlu güç kaynağı ünitelerinin ve ekleme kartlarının kullanımına ilaveten, ana kart bir sistemin EMC belgesi alıp almayacağı yönünde bir karar verme rolü oynamaktadır. Uzun yıllara dayanan deneyimleri Fujitsu Technology Solutions mühendislerine EMC ye uygun plana sahip ana kartlar tasarlamaları konusunda yardımcı olmuştur. İlgili yönergeler ve prosedürler iyileştirilmiş ve her bir yeni ürünle genişletilmiştir. İşletim sisteminin elektrik alanı değerlemesi (amaçlanan operasyonlar), bununla birlikte, her zaman değerli teyittir. Genişletilmiş Sıcaklık Aralığı Endüstriyel ana kartlar 0 C ila 60 C sıcaklık aralığı (ana kart hava sirkülasyonu) için tanımlanmaktadır. Genişletilmiş sıcaklık rezistansı endüstriyel kullanım için şarttır. FTS endüstriyel ana kartların DIN EN 60068-2-Serisine uygun olarak tanımlanan sıcaklık aralıklarında kararlı oldukları kanıtlanmıştır. Tüm ilgili bileşenler, yüksek ısılarda ve yüksek sistem yükü altında uzun vadeli ve kararlı ana kart işlemleri garanti etmek için seçilmiştir. Temel varsayım, tüm bileşenlerin tanımlanan yüzey sıcaklık limitleri ve sürekli tam yük işlemleri içerisinde kaldıklarıdır. Termografik analiz kullanılarak bir modül üzerindeki olası sıcak noktalar tanımlanmaktadır. Resim 6 Termal görüntüleme: mini-itx Endüstriyel Ana Kart D2703-S çalışır durumda
White Paper Issue: July 2009 Ana kartları endüstriyel uygulamaya uygun hale getiren nedir? Page 5 / 7 Aşağıda yer alan iklim testi (60 C iklim odası; çok yük altında sistem, minimal hava akışı) tüm ilgili ana kart bileşenleri sıcaklık sensörü aracılığıyla ekstrem işlemler (maksimum çevre sıcaklığı!) altındaki bileşenlerin, daima bu tip bileşenler için tanımlanan yüzey sıcaklığının altında kalmalarını sağlamak üzere izlenmektedir. Aynı zamanda, maksimum çevre sıcaklığı altında sistem kararlılığı özel yazılım aracı kullanılarak gerçeklenmektedir. Olası yan etkileri dışta tutmak için, sistem değişen sıcaklıklarda (tanımlanan minimum ve maksimum çevre sıcaklıkları dahilinde sıcaklık döngüleri) ilave dayanıklılık sürekliliği testine tabi tutulmaktadır. Resim 7 Termal görüntüleme: mini ITX Endüstriyel Ana Kart D2703-S üzerindeki sıcak noktaları tespit etmek için ısı görüntülemesi Resim 8 İklim testi: mini ITX Endüstriyel Ana Kart D2703-S in üst tarafında yer alan ilgili bileşenlerin üzerindeki sıcaklık sensorları Resim 9 İklim testi: mini ITX Endüstriyel Ana Kart D2703-S in alt tarafında yer alan ilgili bileşenlerin üzerindeki sıcaklık sensorları Resim 10 İklim testi: Hava akışı olmaksızın 60 C iklim odasında gerçekleştirilen performans ve uzun vadeli kararlılık testi sırasında mini ITX Endüstriyel Ana Kart D2703-S Resim 11 İklim Döngü Testi sırasında seçilen bileşen sıcaklıkları (0 C ila 60 C arasında değişen çevre sıcaklıkları ile sürekli sistem yükü)
White Paper Issue: July 2009 Ana kartları endüstriyel uygulamaya uygun hale getiren nedir? Page 6 / 7 Geliştirme tarafından tanımlanan ve iklim testi ile gerçeklenen bileşen sıcaklıkları FTS endüstriyel müşterilerine sağlanmaktadır. Bu verileri kullanarak müşteriler kendi spesifik sistem tasarımlarını inceleyebilecek ve bireysel çözümlerinin güvenilirliğini temin edebileceklerdir. Resim 12 60 C hava sıcaklığında mini ITX Endüstriyel Ana Kart D2703-S in güvenilir ve uzun süreli 24/7 işlemleri için maksimum kabul edilebilir bileşen sıcaklıklarının genel açıklaması Darbe ve Vibrasyon Sert işletimsel koşullar mekanik darbe ve vibrasyona karşı direnç gerektirmektedir. Fujitsu Technology Solutions' ın yeni endüstriyel board u DIN EN 60068-2-27 ye (darbe) ve DIN EN 60068-2-54 e (vibrasyon) uygun olarak artırılmış gereklilikler altında endüstriyel uygulanabilirlik altında test edilmiştir. Bu testleri geçen FTS ana kartların endüstriyel ortamlara uygunluğu ispatlanmıştır. Kararlıdırlar ve olağanüstü uzun çalışma ömrüne sahiptirler. Hafıza modülleri ve temasları daimi olarak kilitlidir ve sistem arızalarına yol açmayacaktır. Büyük soğutma üniteleri ana kartların üzerine kalıcı olarak sabitlenmektedir. Resim 13 Mekanik test: İlgili endüstriyel ortamları simule etmek için Çalkalayıcı üzerinde yapılan çalkalama ve darbe testi sırasında Mini ITX Endüstriyel Ana Kart D2703-S
White Paper Issue: July 2009 Ana kartları endüstriyel uygulamaya uygun hale getiren nedir? Page 7 / 7 Resim 14 Mekanik Test: Vibrasyon testi ile ilgili tesisat Üretim Kalite nedenlerinden ötürü, Fujitsu Technology Solutions endüstriyel ana kartları münhasıran Augsburg, Almanya da üretilmektedir. Yüksek seviyede otomasyon, kutup değiştirme veya yanlış bileşenlerin kullanımı gibi insani montaj hatalarını engellemektedir. Su bazlı yumuşatıcı maddeler ve NoClean lehim pastası board üzerinde aşınma artıklarının oluşmasını ve sonuç itibariyle olası arızaları engellemektedir. Nitrojen atmosferinde lehimleme, az artıklı lehim ve yumuşatıcı maddelerin kullanımını desteklemekte olup lehim eklerinin daha da yüksek güvenilirliği sonucunu doğurmaktadır. Resim 15 Augsburg da ana kart üretimi Genel Bilgi Tanımlanan tüm önlemlerin alınmasının ardından, Fujitsu Technology Solutions tarafından üretilen endüstriyel ana kartlar, güvenilir endüstriyel PC ler için ideal olmaktadır. Fakat Fujitsu Technology Solutions mükemmel bir ana karttan daha fazlasını sunmaktadır. Müşteriler, bireysel fan kontrolü için bir alet gibi kapsamlı entegrasyon aletlerinden ve kritik ana kart sıcaklıklarının grafiksel gösterimi gibi teknik bilgilerden yararlanmaktadır. All rights reserved, including intellectual property rights. Technical data subject to modifications and delivery subject to availability. Any liability that the data and illustrations are complete, actual or correct is excluded. Designations may be trademarks and/or copyrights of the respective manufacturer, the use of which by third parties for their own purposes may infringe the rights of such owner. For further information see ts.fujitsu.com/terms_of_use.html Published by department: Peter Hoser Telefon: ++49 821 804 3177 Fax: ++49 821 804 8 3177 peter.hoser@ts.fujitsu.com de.ts.fujitsu.com Extranet extranet.ts.fujitsu.com Copyright Fujitsu Technology Solutions GmbH 2009