Введение
Энтузиасты знают очень много о комплектующих, которые работают внутри компьютера, но о том, как они производятся, осведомлены далеко не все. На страницах THG.ru мы много говорим о передовых технологических процессах и миллионах транзисторов, работающих на кристалле кремния, а затем оцениваем технологии применительно к конечной цене, не уделяя должного внимания усилиям научно-исследовательских отделов по разработке нового продукта.
На последней выставке Computex, проходившей в Тайвани, Gigabyte пригласила журналистов посетить один из своих заводов, что мы не преминули сделать. В нашей статье вы узнаете, как производятся ваши любимые материнские платы и видеокарты из набора безжизненных деталей.
Gigabyte – один из трёх самых крупных мировых производителей материнских плат. Тайваньская компания имеет несколько заводов в Тайвани, и завод Нанпинг (Nanping) является одним из самых крупных. Завод расположен в Таоюани (Taoyuan), штат составляет 1200 рабочих, а площадь помещений – 45 000 кв. метров, распределённых по восьми этажам.
Завод в Нанпинге используется ещё и для производства ноутбуков и настольных компьютеров Gigabyte. Конвейеры сборки завода могут выпускать 400 000 материнских плат, 300 000 видеокарт, 20 000 сотовых телефонов, 15 000 настольных компьютеров, 10 000 ноутбуков и 5 000 северов каждый месяц.
Во время нашей экскурсии на завод Gigabyte, мы не смогли посмотреть, как производятся готовые компьютеры или сотовые телефоны, поэтому мы сфокусируемся на производстве материнских плат и видеокарт.
Производство материнских плат и видеокарт разбивается на три основных этапа: SMT, DIP и тестирование (мы раскроем эти аббревиатуры чуть ниже). Три этапа выполняются на разных линиях сборки, расположенных на разных этажах завода. Процесс тщательно оптимизирован, что называется, ни добавить, ни убавить.
Предварительный этап сборки материнской платы заключается в производстве печатной платы, которая является основой будущей “материнки”. Gigabyte не производит платы самостоятельно, отдавая этот этап на аутсорсинг третьим компаниям. Печатные платы прибывают на завод Нанпинг полностью готовыми, с проложенными дорожками, покрытием, отверстиями и маркировками.
Печатные платы затем проходят первый этап сборки: SMT, что расшифровывается как Surface Mounting Technology (технология поверхностного монтажа). На этом этапе припаиваются мелкие компоненты, которые не нужно припаивать насквозь через печатную плату. Они просто припаиваются к поверхности.
Перед входом на конвейер SMT нам пришлось надеть бахилы и пройти через воздушный “душ”. Цель душа заключается в удалении частиц пыли, которые прилипли к одежде, чтобы они не попали случайно в паяное соединение и не привели к проблемам.
Как мы уже упомянули выше, компоненты SMT просто припаиваются на поверхность печатной платы. Поэтому сначала на плату наносится слой припоя с помощью специального принтера Solder Paste Printer. Чтобы паяльная паста легла на правильные участки печатной платы используется маска.
Когда на печатную плату будет нанесена паяльная паста, плата пропускается через автоматические станки пайки. У них есть несколько головок, которые забирают разные детали и располагают их в правильных местах, во время того, как печатная плата проходит по заранее заданному маршруту. Скорость работы станков впечатляет. На установку детали требуется меньше одной восьмой секунды.
Для поддержания такой скорости требуется очень эффективная система обеспечения деталями. Здесь используется принцип, похожий на пулемёт: детали располагаются в специально подготовленной ленте и подаются на SMT-станки. Подобная ленточная система позволяет очень быстро изменять конвейер для выпуска новой модели. Всё, что нужно – заменить ленты и перепрограммировать станок.
Так хранятся только мелкие детали. Более крупные компоненты, такие как чипы, сокеты и процессоры, хранятся в специальных подставках. Они устанавливаются на материнскую плату в менее скоростных SMT-машинах (секунда на деталь). Для правильного расположения компонента на плате используется оптическое прицеливание.
Экскурсия на завод Gigabyte, продолжение
Когда все компоненты будут размещены на своих местах на печатной плате, производится нагрев до 250°C. Паяльная паста, которая была нанесена на поверхность материнской платы, расплавляется, компоненты SMT припаиваются к плате. После завершения этого этапа материнская плата проходит визуальный контроль.
Помимо визуального контроля плата тестируется электрически с помощью специального станка. Контакты прикладываются к заранее запрограммированным точкам контроля. Если тесты продут успешно, плата переходит на линию ручной сборки.
Большинство деталей теперь припаяны на материнскую плату, однако необходимо установить ещё несколько. Они относятся к классу DIP (Dual In-line Package) и содержат два ряда контактов. Эти контакты необходимо вставить в соответствующие отверстия материнской платы, а затем припаять. DIP-компоненты отличаются от SMT, поскольку пайка происходит на обратной стороне материнской плате. Сегодня DIP используется только для деталей, для которых не подходит способ пайки SMT. Среди них слоты PCI, разъёмы ввода/вывода задней панели, гнёзда SATA и USB – все компоненты, которые могут подвергнуться серьёзной физической нагрузке.
Все эти детали устанавливаются вручную. Работа осуществляется на конвейере сборки. Каждый оператор устанавливает на печатную плату одну деталь, затем плата передвигается к другому рабочему. На каждой станции есть одна или несколько корзинок с деталями, которые выбирает рабочий. Станции в конце конвейера отвечают за проверку правильного расположения всех деталей, иногда их приходится даже легко пошатать, чтобы убедиться, что все контакты правильно вошли в отверстия.
Ручные линии сборки ещё более гибкие, чем SMT-машины. Например, Gigabyte может сменить собираемую модель материнской платы на DIP-линиях за 15 минут, а для SMT-линий потребуется 30 минут.
После практически полностью автоматизированных линий сборки, ручные конвейеры (работают, по большей части, женщины), нас удивили – особенно с учётом царящей тишины. За исключением щелчков устанавливаемых деталей тишину не нарушало ничего. Чтобы обеспечить правильный ритм работы, подсвеченные табло на каждом конвейере отображают текущую скорость производства в сравнении с плановой.
Когда все детали будут установлены, их нужно припаять к материнской плате. Эта операция больше не выполняется вручную. Вместо этого используется так называемый процесс пайки волной припоя, когда печатная плата проходит через каскад волн расплавленного припоя. Высота волн точно контролируется, поэтому припой наносится только на выступающие контакты деталей. Скорость, с которой платы проходят через машину пайки, следовательно, и продолжительность контакта между контактами и припоем, тщательно контролируется, чтобы обеспечить идеальную прочность паяных соединений.
Когда паяные соединения охладятся, материнская плата в электрическом смысле готова. Онако нужно провести финальный штрих – добавить радиаторы для чипов и стабилизаторов напряжения. Для этой задачи Gigabyte, опять же, использует ручной труд. Кроме того, на этом этапе проводится финальная проверка правильного расположения компонентов.
Теперь сборка закончена. Плата затем поступает на этап тестирования, где проверяется её правильная работа. Gigabyte использует полуавтоматические тестовые стенды. К панели подключаются вилки сети, жёстких дисков и кулера CPU, причём она “падает” на материнскую плату в одно движение. Остаётся добавить только карты расширения. Затем для проверки должной работы всех компонентов проводится серия автоматических тестов.
Материнские платы, которые проходят все тесты (а проходят их почти все платы) поступают на финальную стадию упаковки. Опять же, в коробку всё укладывается вручную.
Материнские платы или видеокарты собраны, укомплектованы и упакованы в коробки по 10 штук. Они будут высланы в Россию, США, Европу, Тайвань, Японию… Практически во все страны мира.
