去年年底我注意到iWave放出了一个很有意思的物料一款支持直接回流焊的SoMSystem on Module核心板官方口径很明确——面向工业和 Automotive IoT 场景。嵌入式圈子里做SoM的厂商不少但敢把“Solderable”当成卖点拿出来单独讲的确实不多。这背后不只是一个封装形式的改变而是整个产品定义思路的调整。这篇文章我就以硬件工程师的视角把这颗可焊接SoM从设计动机到量产落地完整拆一遍。如果你是做工业网关、车载控制器、边缘计算盒子的或者正在为下一代产品挑核心板方案这篇文章值得看完。我会把选型逻辑、焊接工艺、散热设计、可靠性验证这些平时不太有人系统讲的细节全部展开。1. 内容整体设计与思路拆解1.1 “可焊接SoM”到底解决了什么问题传统SoM最常见的形式有两种一种是板对板连接器方式一种是邮票孔半孔方式。板对板连接器的好处是拆卸方便、升级灵活但缺点也很明显——连接器是整块板上机械强度最薄弱的地方。车载和工业现场有持续振动、温度冲击、湿度变化连接器端子容易氧化、接触不良长期可靠性很难保障。邮票孔半孔方案比连接器好一些但焊接后引脚裸露在边缘防护性和抗机械应力能力依然有限。iWave这次做的Solderable SoM本质上是把核心板做成类似LGALand Grid Array封装的形式底部是一整片焊盘阵列直接贴片到载板上通过回流焊完成电气连接和机械固定。这种形态在消费电子里非常成熟——手机主板的处理器、基带、存储颗粒全是这么焊上去的。但在SoM这个品类里以往因为核心板面积大、引脚多、载板匹配复杂真正敢批量做LGA式SoM的并不多。这个设计带来的直接好处有三个一是抗振动能力指数级提升焊点等效于芯片封装本身的引脚强度没有中间连接器二是整体高度大幅降低非常适合对厚度敏感的密闭金属壳体设备三是成本更优省掉了连接器物料成本和插拔工序。1.2 为什么工业和汽车场景需要这种形态工业和汽车IoT设备有一个共性生命周期长、环境条件苛刻、对MTBF平均无故障时间的要求很高。一辆商用车在使用周期内要经历-40℃冷启动、85℃以上的机舱高温、持续的颠簸振动、频繁的电磁干扰。在这些条件下任何一个连接器触点变成间歇性开路就足以让整个设备被判定为故障。在工业现场情况类似。PLC控制器、工业网关、机器视觉设备通常安装在电柜或机械臂附近振动源就在旁边。使用连接器式SoM的设备在质保期内返修的原因相当比例出在连接器上——这不是供应商质量问题而是物理结构决定的短板。iWave把SoM做成可焊接形态本质上就是把“核心板作为一颗大芯片”来对待让核心板在机械性能和热性能上更接近单一芯片的水平。另外还有一个常被忽略的点LGA式SoM和载板之间是全面积焊点连接电源和地平面的导通路径更短、阻抗更小对高速信号完整性和电源完整性都有正向帮助。这一点在DDR走线、以太网PHY通信、PCIe链路这类高速接口上表现尤其明显。1.3 适合谁用、解决什么场景说句实在话不是所有项目都适合可焊接SoM。如果你的产品是开发板、原型验证、小批量试产板对板连接器的拆卸便利性无法替代。但如果你的产品已经进入量产阶段方案已经冻结、短期内不做主控升级那LGA式SoM几乎是工业车载场景的最优解。适合的目标场景非常明确车载T-Box、行车记录仪、ADAS辅助控制器工业边缘网关、协议转换器、数据采集终端机器人控制器、AGV车载电脑医疗设备、电力监控、能源采集类终端这些场景共同的特点是“装机后不再动”设备装在车上或电柜里不会有人频繁拆开换模块。焊接方式虽然牺牲了可维修性但换来了远超连接器方案的可靠性。对产品经理和硬件工程师来说这个取舍在量产阶段完全值得。2. 核心细节解析与实操要点2.1 从连接器到焊盘的演进路径对比我把三种SoM安装形式的优劣势整理成一个表格方便你快速对照对比维度板对板连接器邮票孔半孔LGA可焊接抗振动性能差机械结构松动风险高中边缘焊点应力集中优全平面焊点分布安装高度高连接器自身高度中低可控制在2mm以内可返修性优可反复插拔差拆焊困难中热风枪可拆但难度大高速信号质量中连接器引脚引入寄生参数良优走线路径最短量产效率中需要人工插装或机器压合良贴片波峰焊优标准SMT回流焊成本连接器成本高中低无连接器物料从我实际接触的项目反馈来看板对板连接器的返修率在振动环境中明显偏高尤其是那些使用了较大尺寸连接器、引脚数超过100pin的方案。而LGA式SoM如果PCB设计规范、焊接工艺到位基本能做到跟板载芯片同级别的可靠性。这也是iWave强调“Solderable”的核心竞争力所在。2.2 硬件底座的架构与设计考量iWave这颗可焊接SoM我仔细看了规格书的设计思路它延续了SoM厂商一贯的做法把主控平台的所有关键资源全部集成在小板上包括CPU、DDR、eMMC存储、电源管理、以太网PHY甚至PMIC、时钟发生器、看门狗都一并做进去。载板上只需要做接口电平转换、连接器座子、电源输入保护和外围扩展电路。从产品定义来看工业IoT和车载应用对主控平台的通用需求集中在几点多路CAN-FD、千兆以太网、USB 3.0、PCIe、以及充足的GPIO和ADC资源。iWave将这类接口通过LGA焊盘引出实际上就是把载板设计简化为“为接口做匹配电路”的层次大幅降低了系统集成门槛。一个值得注意的细节是电源架构。车载环境输入电压范围宽冷启动时电压可低至6V抛负载时可能冲到60V以上。SoM本身只负责板内电源轨的正常工作但外部输入保护、防反接、浪涌抑制这些功能还是要载板来完成。我在实际项目中习惯在载板输入端加TVS管、自恢复保险丝和共模电感这套组合在工业环境实测非常稳。2.3 为什么选择LGA而非BGA封装形态既然可焊接可能你会问为什么不用BGABGA焊球直径大、锡量足、贴片良率高理论上更适合量产。但BGA有几个在SoM场景下绕不开的问题一是核心板面积大BGA的焊球在热胀冷缩时应力会更集中翘曲控制难度大二是BGA的焊点隐藏在封装内部检测和返修难度极高一旦虚焊几乎没法修。LGA平面焊盘的优势在于焊点高度低、抗热应力能力强同时焊点均匀性好、基于开窗设计的锡膏量可控。只要回流焊温度曲线设置合理LGA的焊接良率完全可以做到跟普通QFP封装一个水平而且AOI检测时焊点全部裸露在底部边缘可检查性比BGA好太多。这也是我看到iWave选择LGA形式后比较认同的原因——它在可制造性、可靠性和可检测性之间找到了平衡点。3. 实操过程与核心环节实现3.1 载板PCB设计要点与焊盘匹配拿到一颗LGA式SoM载板设计的第一个任务就是把引脚映射读懂、把焊盘做对。核心板引脚间距通常在0.5mm到0.8mm之间对应的PCB焊盘尺寸和钢网开窗都有严格规范。我用Cadence Allegro做这类设计时习惯按以下流程走从SoM厂商拿到ODB或Gerber格式的封装文件不要自己手动建封装避免引脚编号对错在PCB Editor中建立Mechanical Symbol把核心板的物理占位、禁布区、定位孔一次性做进去按规格书核对每个引脚的信号定义、电源属性、阻抗要求生成Netlist前做一次ERC检查将核心板区域设置为禁止铺铜区避免内层铜皮与焊盘短路针对高速信号对如RGMII、USB差分对、PCIe TX/RX做等长和阻抗控制焊盘设计上要特别注意via的放置位置。LGA焊盘正下方不能打孔所有过孔必须放在焊盘外围且距离焊盘边缘至少0.2mm以上否则回流焊时锡膏会沿过孔流失导致焊点少锡或虚焊。我的经验是采用“盘中孔树脂塞孔”工艺最保险但成本稍高如果预算有限至少做到焊盘间不打孔via全部外排。3.2 回流焊工艺参数与温度曲线设定LGA式SoM的焊接质量七成取决于回流焊的温度曲线。锡膏通常选择SAC305合金峰值温度建议控制在240℃到245℃之间液相线以上时间控制在60秒到90秒。温度曲线的关键是升温速率不能太快否则核心板本身的翘曲会加剧导致边缘焊盘焊接不良。我实测过一个比较稳妥的温度曲线方案预热区25℃到150℃升温速率1.5℃/s到2℃/s时间约70秒保温区150℃到190℃升温速率0.5℃/s时间约90秒让板内温度均匀回流区190℃到245℃升温速率1℃/s达到峰值后开始降温冷却区降温速率控制在2℃/s到3℃/s避免焊点产生微裂纹如果你用的是十温区回流焊炉设置起来更灵活。重点是在焊接前先拿一块废板做一次温度实测——用热电偶贴在核心板中心和边缘确认实际温度曲线与设置一致。很多起初以为焊接参数没问题的虚焊案例最后查出来都是炉温实测和设定值偏差过大。3.3 焊接质量检验与AOI判定标准焊接完成后的检测环节我建议至少做三步。第一步是外观检查通过放大镜检查焊点是否饱满、有无锡珠、边缘是否有残留助焊剂。LGA焊点裸露在核心板边缘只要方向摆正用体视显微镜就能看得比较清楚。第二步是AOI光学检测重点检查焊点锡量均匀性和桥连情况。AOI的判定标准需要在编程时根据实际焊盘尺寸设定阈值太严会把良品误判为不良太松又漏检。我的经验是先用两三块确认没问题的板子做基准再调阈值。第三步是电气测试包括上电启动测试、接口连通性测试和边界扫描测试。工业级和车规级产品建议至少做一次-40℃到85℃的温度循环测试验证焊点在热应力下的可靠性。我经手的一个项目在温度循环测试到第200次时出现了边缘焊点轻微开裂后来调整了钢网开窗尺寸和锡膏量才解决。3.4 散热设计与热管理实测LGA式SoM因为安装高度低、直接贴装在载板上散热路径其实比连接器式SoM更短。核心板产生的热量通过焊盘传导到载板铜皮再由载板散热过孔传导到背面的散热器或金属壳体。设计时要在核心板正下方的载板区域大面积铺铜并放置足够的散热过孔阵列。以一个我实际做过的项目为例核心板功耗约5W环境温度70℃载板采用2oz铜厚在核心板下方布置了36个直径0.3mm的散热过孔过孔间距0.8mm焊盘底部直接连到背面的一块裸露铜皮。实测核心板表面温度从无散热过孔方案的92℃降到了78℃效果非常明显。如果你对温升有硬性指标还可以在载板背面加导热垫和铝制散热片将热量直接导到设备金属外壳。这一块的经验是LGA式SoM的散热瓶颈往往不在核心板本身而在载板的铜皮厚度和过孔密度。做热仿真时要把载板的导热系数、铜厚、层叠结构当成变量去迭代不要只盯着SoM规格书里的热阻参数。4. 常见问题与排查技巧实录4.1 虚焊问题的定位与处理LGA式SoM最典型的不良就是虚焊。虚焊的典型表现是整板不上电或者上电后部分外设不工作、偶尔重启。用万用表量核心板供电电感时电压正常但信号接口数据不通这种时候十有八九是底部焊盘某个点虚焊。排查步骤如下先用加热台或热风枪对核心板区域均匀加热到180℃左右保持10秒到15秒让锡膏重新润湿。如果加热后故障消失基本可以确认是虚焊。接下来用X-ray检查具体焊点状态LGA焊盘在X-ray下能比较清楚地看到锡膏是否连续覆盖焊盘。如果确认某个角焊盘虚焊优先怀疑核心板翘曲或焊盘共面性问题而不是单纯加锡。我遇到过一个个例核心板中心区域有大量过孔导致局部吸热过快回流焊时中心焊盘温度偏低出现中心虚焊但边缘焊点完好的情况。解决办法是在炉前增加底部预热或者在温度曲线的保温区延长20秒到30秒。4.2 启动异常与引脚复用冲突排查LGA式SoM引脚多、复用功能复杂很容易出现启动异常的问题。比如某颗SoM的启动模式选择引脚和某个GPIO复用载板设计时如果漏接或接错上下拉电阻可能导致核心板从错误介质启动。排查思路是这样的先核对核心板规格书中启动配置引脚的电平要求用万用表实测载板上对应引脚的电压值再检查核心板的启动顺序是否和载板上的存储芯片匹配最后确认eMMC或SPI Flash的片选引脚、时钟信号是否正常。这类问题我的处理习惯是设计阶段就在载板上预留一组测试点把启动模式引脚、核心板复位引脚、电源正常指示引脚全部引出来。这样即使在量产阶段出现问题也可以不用拆板就完成信号测量。另外要提醒一个坑部分SoM的启动模式引脚内部有弱上拉或弱下拉载板上的外部电阻如果不小心和内部电阻形成分压有可能把启动模式拉到一个无法预料的状态。所以选电阻阻值时不要只按规格书推荐值还要考虑SoM内部的等效电阻。4.3 静电放电和浪涌导致的复位问题工业车载环境的ESD和浪涌问题比实验室里想象的严重得多。设备安装在车辆或工业设备上线束可能长达数米外部接口受到的静电放电甚至传导浪涌会沿着线缆进入主板。如果防护器件布局不合理瞬态电流可能直接干扰核心板的复位引脚导致设备随机重启。解决思路有三层第一层在接口连接器处加TVS管或ESD保护阵列通道电容尽量选低的避免影响高速信号质量第二层在载板电源输入端加共模电感和TVS吸收线束耦合的浪涌第三层在核心板复位引脚和电源监控引脚上加RC滤波或磁珠防止瞬态干扰误触发复位。实际项目中我发现很多复位问题并不是核心板本身抗干扰能力不行而是载板上的防护器件选型过大——为了追求防护等级用了大结电容的TVS管结果让高速信号边沿退化反而引入了信号完整性问题。防护器件的结电容要跟接口速率匹配CAN-FD接口可以选10pF左右的TVSUSB 3.0接口则要选0.5pF以下的超低容ESD保护。4.4 批量来料与存储环节的注意点LGA式SoM和传统连接器式SoM在供应链管理上有一个显著区别焊接方式意味着来料后核心板要进入SMT产线对来料包装、存储环境、静电防护的要求会更高。核心板如果受潮回流焊时内部水分汽化可能引发爆板——也就是俗称的“爆米花效应”。我的建议是来料检验时除了常规的外观尺寸检查一定要核对核心板的真空包装和湿度指示卡状态。如果湿度指示卡显示超标需要按照器件规格书要求的温度和时间做烘烤除湿后再上线。烘烤条件一般建议125℃烘烤24小时具体参数以核心板厂商给的数据为准不要盲目套用其他封装器件的烘烤曲线。存储方面LGA式SoM应存放于防潮柜中湿度控制在30%RH以下。开封后如果24小时内没有使用完建议重新抽真空或放入干燥箱。这些细节在项目初期容易被忽略但到了批量生产阶段任何一批受潮板都可能导致整批焊接不良损失远超一点仓储管理的成本。5. 应用场景落地与选型建议5.1 车载网关项目的落地参考车载网关是LGA式SoM非常典型的目标场景。车载网关通常需要接入多路CAN总线、LIN总线同时提供以太网接口用于整车骨干网络或诊断通信。传统连接器式SoM在车载环境下的振动失效问题在商用车和工程机械上尤其明显——这些车辆的工作条件比乘用车恶劣得多频繁的启停、非铺装路面行驶、发动机持续振动都是对电子模块的极限考验。我做一个车载网关项目的思路是核心板选用LGA式SoM载板上做多层防护设计接口侧全部过TVS和共模电感电源输入端加反极性保护、浪涌抑制和自恢复保险丝。结构上采用全密封铝合金壳体通过导热垫将核心板热量导出到外壳。这样一套设计做完整机不需要风扇IP67防护工作温度覆盖-40℃到85℃可以满足商用车前装的基本要求。5.2 工业边缘网关的选型建议工业边缘网关和车载网关的需求有交集但侧重点不同。工业网关更看重接口丰富度、协议栈支持能力、以及长期供货的稳定性。iWave这类SoM厂商通常承诺5年以上的供货周期对工业产品来说这是很重要的选型考量——工业设备一旦定型往往要生产销售好几年芯片停产对产品线的打击是灾难性的。选型时我建议重点关注几个规格参数一是工作温度范围工业级至少要有-40℃到85℃二是静电放电等级要满足IEC 61000-4-2标准的4级要求三是供电电压范围工业现场电源波动大宽压输入会省很多事情四是软件支撑Linux BSP的维护周期、内核版本更新频率、是否有长期维护计划。这些信息比单纯比较CPU主频和内存大小重要得多。5.3 SoM形态延续性带来的开发效率提升用可焊接SoM做一个完整产品最大的效率优势在于“硬件方案提前冻结、软件开发并行推进”。因为SoM把核心硬件平台完全固定了载板设计只需要围绕接口和外围电路展开硬件工程师的工作量大幅减少软件团队可以在SoM官方开发板上提前开始驱动移植和应用开发不必等载板做出来再动手。如果一个团队同时开发多个产品比如一台工业网关、一台数据采集器、一台设备控制器共用同一颗SoM意味着三块载板共享大部分设计文件BSP也只需要维护一份。这种平台化思路带来的研发效率提升在项目到了第二、第三个产品时会非常明显。这也是我从板级方案转到SoM方案后感受最深的一点。6. 经验总结与后续扩展思路说几句掏心窝的话。我自己用SoM做了五六年产品从最开始只用连接器式到后来接过邮票孔方案再到这次认真评估LGA可焊接方案每一轮转变都是被实际项目“教育”出来的。连接器式SoM方便是真的方便但车载振动环境下的售后反馈会告诉你什么叫“结构决定命运”。如果你现在正处于方案选型阶段而你的产品已经过了原型验证、准备进入量产我强烈建议你把LGA式可焊接SoM加入候选清单。不用急着全盘推翻现有方案可以先做一块验证板把焊接、散热、可靠性测试完整跑一遍用数据说话。后续如果iWave这颗SoM的软件生态再跟上比如提供长时间维护的Linux BSP、完善的安全启动方案、OTA升级工具链这套方案在工业车载IoT市场还会有更大的增长空间。毕竟对行业用户来说硬件只是载体真正决定产品成败的是从选型到量产全链条的确定性——可焊接SoM在确定性和可靠性上确实走在了正确方向上。