Casa > Blog > Notizie dal settore > Punti di produzione e requisiti di processo delle schede PCBA per il mining di Bitcoin La scheda a circuito stampato (PCBA - Printed Circuit Board Assembly) di un miner di Bitcoin (miner ASIC) è il componente principale e ne determina il costo. La sua progettazione e i requisiti di produzione influiscono direttamente sull'hashrate, sull'efficienza energetica e sull'affidabilità del miner. Questo articolo fornisce un'analisi dettagliata delle caratteristiche strutturali, dei punti chiave di produzione e dei requisiti di processo critici per la PCBA di un miner.
La scheda PCBA di ogni miner di Bitcoin non è una semplice scheda a circuito stampato, ma una matrice di calcolo ad altissima densità, con un consumo energetico elevatissimo e un carico termico altrettanto elevato.
● Chip ASIC: Decine, se non centinaia, di chip dedicati al mining costituiscono il cuore pulsante della scheda PCBA. Sono disposti in una matrice ad alta densità.
● Hash Board: In genere, più chip ASIC e i relativi circuiti formano una "hash board". Un singolo miner opera con più hash board in parallelo.
● Fasi di conversione della tensione: l'ingresso a 12 V proveniente dall'alimentatore del miner subisce una conversione CC-CC multistrato (ad esempio, prima alla tensione del core di 0,6-0,8 V) per alimentare il chip ASIC. Ogni perdita dell'1% nell'efficienza di conversione si traduce in una significativa generazione di calore e in un aumento dei costi dell'elettricità.
● Canali ad alta corrente: una singola scheda hash può consumare diversi kilowatt, assorbendo correnti estremamente elevate. Il PCB deve essere progettato con strati di rame molto spessi (ad esempio, 6 once o anche di più) o strisce di rame incorporate come canali di alimentazione.
● La parte inferiore del chip ASIC è tipicamente collegata direttamente al dissipatore di calore o al sistema di raffreddamento a liquido. Numerosi fori di dissipazione del calore sono presenti nelle posizioni corrispondenti sul PCB, per trasferire il calore dalla parte superiore del chip al dissipatore di calore inferiore per la dissipazione termica.
● Rispetto alla sezione di calcolo della potenza di calcolo, la sezione di controllo è relativamente semplice. In genere include una MCU di controllo, un'interfaccia di rete (ad esempio, Ethernet), un'interfaccia di gestione e una piccola quantità di memoria.
● Numero di strati e materiali: In genere, si utilizzano schede PCB ad alta Tg (temperatura di transizione vetrosa) con 8 o più strati, come ad esempio FR-4 Tg170. I miner di fascia alta utilizzano schede con una conduttività termica ancora migliore (come quelle contenenti materiali ceramici).
● Lo spessore del rame è fondamentale: per gestire centinaia di ampere di corrente, gli strati di alimentazione e di massa utilizzano fogli di rame estremamente spessi, come 3 oz, 4 oz o persino 6 oz. Ciò pone sfide significative ai processi di incisione e laminazione per i produttori di PCB.
● Progettazione dei fori termici: sul lato inferiore del chip ASIC è progettata una fitta matrice di fori termicamente conduttivi riempiti con materiale termicamente conduttivo. Questi fori richiedono eccellenti processi di galvanizzazione o di otturazione per garantire un'efficiente conduzione del calore e una superficie liscia, facilitando l'installazione del dissipatore di calore.
● Integrità dell'alimentazione: a causa della corrente istantanea estremamente elevata, la rete di condensatori di disaccoppiamento e il piano di alimentazione devono essere progettati con cura per sopprimere le fluttuazioni di tensione e il rumore, garantendo un funzionamento stabile del chip ASIC.
● Assemblaggio ad alta densità: i chip ASIC sono in genere confezionati in package BGA o QFN, con numerosi pin densamente impacchettati. Ciò richiede macchine SMT ad alta precisione e un rigoroso controllo del processo.
● Componenti di grandi dimensioni e saldatura a rifusione: il PCB ospita sia resistori e condensatori di piccole dimensioni (package 0603, 0402, 0201) sia componenti di grandi dimensioni come induttori di potenza, MOSFET e IGBT. Il profilo di temperatura della saldatura a rifusione deve essere attentamente considerato per evitare che i componenti di grandi dimensioni assorbano troppo calore, causando una saldatura a freddo sui componenti più piccoli, o che si surriscaldino e danneggino questi ultimi.
● Pad inferiore e dissipazione del calore: i chip ASIC solitamente presentano un ampio pad sul lato inferiore per la dissipazione del calore, che deve essere saldato saldamente al pad termico sul PCB. Ciò richiede che il pad del PCB sia progettato con un numero sufficiente di fori termici e che le aperture dello stencil garantiscano un volume sufficiente di pasta saldante.
● L'ispezione a raggi X è obbligatoria: poiché le saldature BGA non sono visibili, l'ispezione a raggi X è un passaggio obbligatorio al 100% per verificare la presenza di difetti, come bolle di saldatura, cortocircuiti e disallineamenti dei pad di saldatura.
● Connettori ad alta corrente: i connettori tra i terminali di ingresso dell'alimentazione e la scheda madre devono resistere a correnti elevate, in genere tramite robuste connessioni a crimpare o a saldatura.
● Rivestimento protettivo: nelle aree non soggette a dissipazione di calore, è possibile applicare un rivestimento protettivo per prevenire la corrosione e i cortocircuiti in ambienti umidi e polverosi. Questo rivestimento deve essere evitato lungo i percorsi di dissipazione del calore e in corrispondenza dei connettori.
● Riduzione delle sollecitazioni: il dispositivo di mining sarà soggetto a vibrazioni e dilatazione/contrazione termica durante il trasporto e il funzionamento. I componenti di grandi dimensioni (come gli induttori) richiedono un rinforzo adesivo per evitare la rottura delle saldature dovuta alla fatica.
● Il PCB come percorso di conduzione del calore: il PCB stesso fa parte del sistema di dissipazione del calore. Rame spesso, fori termici e substrati ad alta conduttività termica vengono tutti utilizzati per ridurre la resistenza termica.
● Controllo del tasso di vuoti di saldatura: i vuoti nei pad inferiori dei chip ASIC ostacolano gravemente la conduzione del calore. Il tasso di vuoti deve essere controllato a un livello estremamente basso (ad esempio, <15%) attraverso una progettazione ottimizzata dello stencil, la selezione della pasta saldante e i profili di rifusione.
● Requisiti di planarità: la deformazione dell'intera scheda hash deve essere estremamente ridotta per garantire un contatto uniforme tra tutti i chip ASIC e il dissipatore di calore, prevenendo il surriscaldamento localizzato.
● Elettromigrazione: Durante un funzionamento prolungato ad alta corrente, gli atomi di metallo all'interno dei conduttori di rame migrano gradualmente, causando l'assottigliamento o addirittura la rottura dei conduttori stessi. Ciò rende necessario progettare tracce di larghezza/spessore di rame sufficienti e scegliere una produzione di PCB di alta qualità.
● Affaticamento da cicli termici: i dispositivi di mining operano 24 ore su 24, 7 giorni su 7, subendo costantemente cicli di temperatura dovuti a cicli di avvio e arresto e variazioni di carico, il che rappresenta una seria sfida per le saldature BGA e per l'incapsulamento stesso dei chip. L'ottimizzazione delle leghe delle sfere di saldatura e l'utilizzo di processi di underfill sono necessari per prolungarne la durata.
● Test funzionali: Per ogni chip ASIC è necessario eseguire test funzionali di base, calcolandone l'hashrate e il consumo energetico, e classificandolo (Binning). Strumenti di test e software efficienti sono di fondamentale importanza.
● Test di invecchiamento: in genere è necessario un invecchiamento prolungato con funzionamento a temperature elevate per eliminare i guasti precoci delle schede PCBA e garantire la stabilità dei dispositivi di mining prima che lascino la fabbrica.
● Il settore minerario è estremamente competitivo, pertanto ogni miglioramento dell'efficienza (J/TH) o riduzione dei costi è fondamentale. La progettazione di schede a circuito stampato (PCBA) deve raggiungere un equilibrio ottimale tra i costi dei materiali (ad esempio, materiali in oro/rame), i costi di processo e le prestazioni/affidabilità finali.
La produzione di PCBA per i miner di Bitcoin rappresenta l'apice della complessità di processo e dei requisiti di affidabilità nel settore dell'elettronica di consumo. Integra:
● A livello di server: sfide relative alla densità di potenza e alla dissipazione del calore.
● A livello di apparecchiatura di comunicazione: requisiti di integrità del segnale ad alta velocità (rete di clock interna).
● Livello di controllo industriale: requisiti di affidabilità operativa 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
● Controllo estremo dei costi nel settore dell'elettronica di consumo, dove il prezzo è un fattore critico.
I suoi processi fondamentali ruotano attorno a tre pilastri: "dissipazione del calore", "alimentazione" e "affidabilità". Trascurare uno qualsiasi di questi aspetti potrebbe portare a una diminuzione della potenza di calcolo complessiva, a un aumento improvviso del consumo energetico o a guasti su larga scala, riducendo il vantaggio competitivo nel settore minerario.
Da 14 anni Benlida produce PCB e PCBA e ha sviluppato un sistema di produzione completo: dalle attrezzature all'avanguardia agli ingegneri di processo, dal controllo di processo a una solida catena di fornitura. Vantiamo una consolidata esperienza nella produzione e nell'assemblaggio di PCBA per miner. Se avete bisogno di PCBA personalizzati per miner di Bitcoin, non esitate a contattare Benlida per saperne di più!
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