Embedded-Computer-Auflötmodule OSM erweitert CoM-Welt

Die vier Größen der Open-Standard-Module bauen aufeinander auf.

Mit dem neuen „Open Standard Module“-Standard (OSM) will die SGET den Markt für Computer-on-Modules erweitern. Dazu werden für Standard-CoMs einige neue Wege beschritten, unter anderem durch die Auflötbarkeit und eine größere Unabhängigkeit von den Prozessorarchitekturen.

Das Computer-on-Module-Konzept (CoM) kann mittlerweile eine Historie von mehr als zwei Jahrzehnten vorweisen – und damit haben Hersteller und Anwender einen reichen Erfahrungsschatz und eine große Palette an Standards erarbeitet. Auch wenn es auf den ersten Blick aussieht, dass die diversen CoM-Standards jede Anwendung abdecken, so gibt es durchaus noch weiße Flecken auf der Karte der Modullandschaft.

Die größte Brache sind dabei applikationsspezifischere Prozessoren mit ihren spezialisierten Schnittstellen. Zwar gibt es diese Bausteine auch schon auf Modulen, allerdings folgen sie mehr dem Konzept des „Jede Signalleitung wird herausgeführt“, und damit sind es Lösungen, die sich von Chip zu Chip und folglich Modul zu Modul unterscheiden – auch von Anbieter zu Anbieter. Das Haupthindernis ist, dass ein Standard nun mal Einschränkungen mit sich bringt und nicht das volle Potenzial der einzelnen Bausteine ausschöpfen kann. Damit ist die richtige Mischung aus Flexibilität, Skalierbarkeit und Austauschbarkeit zu erreichen wie die Quadratur des Kreises: Eine perfekte Lösung ist nicht möglich, man kann aber Näherungen entwickeln, mit denen man sehr gut arbeiten kann.

Eine weitere Schwachstelle der bisherigen CoM-Standards war ein gewisser mechanischer und manueller Aufwand – mit entsprechenden Kosten in der Fertigung: Die Module müssen in die Trägerbaugruppe eingesteckt und befestigt werden; dies erfolgt meist händisch oder erfordert Spezialwerkzeuge. Einlötbare Module in Trays oder Gurten, die automatisch bestückt und verarbeitet werden können, sind für sehr große Stückzahlen praktisch ein Muss, da sie die Produktion beschleunigen und die Kosten reduzieren. Diese Thematik verschärft sich besonders, wenn der Preis der Prozessoren niedrig ist, denn dann geht die Schere zwischen Modul- und Handling-Kosten zu weit auseinander. Auch hier sind die anwendungsspezifischen Prozessoren stärker betroffen als beispielsweise die x86-Architektur mit ihren überschaubaren Standard-Interfaces und höherem Preisniveau.

Eine Lösung für die beiden angesprochenen Herausforderungen kann Anwendungen mit sehr hohen Stückzahlen und einem hohen Preisdruck adressieren – also zahllose IoT-Anwendungen. Das Potenzial und den Handlungsbedarf hatten auch Mitglieder der SGET Mitte letzten Jahres erkannt: iesy, Kontron und F&S Elektronik Systeme haben die SGET-Standardisierungsgruppe SDT.05 (Standard Development Team 5) ins Leben gerufen, die sich aktuell mit 13 weiteren Mitgliedsfirmen um die Definition und Verabschiedung des neuen Standards für „Embedded-Auflötmodule” kümmert.

SDT.05 hat rekordverdächtig schnell die „Open Standard Modules“ spezifiziert und konnte noch kurz vor der embedded world 2020 den Release Candidate verabschieden. Dass ein „One Size Fits All“ nicht möglich ist, war schon zu Beginn klar – herausgekommen sind vier aufeinander aufbauende Modul-Formate:

Size-0 – „Zero“ mit 30 mm × 15 mm
Size-S – „Small“ mit 30 mm × 30 mm
Size-M – „Medium” mit 30 mm × 45 mm
Size-L – „Large” mit 45 mm × 45 mm

Diese mechanischen Spezifikationen sind für die vollautomatisierte Verarbeitung ausgelegt. Die OSM-Spezifikation geht sogar noch einen Schritt weiter: Alle Module müssen verpackt und vorbereitet sein für eine vollautomatische Weiterverarbeitung. Dies ermöglicht die Optimierung der gesamten Supply Chain - Handling, Bestückung und Test. Möglich ist hierfür die Lieferung in Reel oder Tray. Alle notwendigen Parameter für die weitere Verarbeitung müssen die OSM-Hersteller zur Verfügung stellen, wie Lötprofil, Schablonendaten, Pastendaten oder Moisture Sensitivity Level/MSL.

Die Größenmodularität setzt sich komplementär auch bei den elektrischen Anschlüssen fort: Size-0 liefert elementare Schnittstellen wie SDIO, Ethernet, UART, USB, SPI, I2C oder JTAG. Jede weitere Größenstufe bringt dann zusätzliche Schnittstellen ein – Size L kommt so auf insgesamt 622 Anschlüsse. Die Open-Standard-Module-Spezifikation ermöglicht somit die Entwicklung, Herstellung und Verbreitung von Embedded-Computer-Modulen für die gängigsten Prozessorfamilien mit ihren vielfältigen Derivaten.

Bei der zunehmenden Anzahl von IoT-Anwendungen kann der Standard helfen, die Vorteile des modularen Embedded Computing mit stetig wachsenden Ansprüchen an Kosten, Platzbedarf und Schnittstellen zu kombinieren.