Як виробляються материнські плати

admin Статті про hardware

Переважна більшість материнських плат для комп'ютерів у всьому світі виготовляється на острові Тайвань і в материковому Китаї, там же в більшості випадків розробляється і конструкція цих плат. Більш того, навіть еталонні конструкції ("референсний дизайн") системних плат найчастіше створюються не в американських офісах, а все там же, на Тайвані, в безпосередній близькості від фабрик, де ці плати будуть випускатися. На відміну, до речі, від відеокарт, конструюванням яких займаються виключно штатні інженери AMD і NVIDIA.

Як виробляються материнські плати

Після затвердження еталонної конструкції системної плати, яку розробники наборів системної логіки розсилають своїм партнерам, в компаніях-виробниках "материнок" починається робота по створенню власних моделей. Як правило, на базі чіпсетів одного сімейства або навіть одного і того ж набору мікросхем проектується три варіанти плат: недорогий, для комп'ютерів середнього класу і високопродуктивний для ентузіастів.

В залежності від класу малюється оптимальна розводка, підбирається конструкція стабілізатора живлення (24, 12 - або 8-фазний), кількість слотів розширення, набір додаткових контролерів, а також набір портів. Конкуренція на цьому ринку надзвичайно висока, тому на вибір додаткового оснащення впливає не тільки мода, але і собівартість. Крім того, у кожного виробника плат є власні "фішки", які він намагається представити як конкурентну перевагу своєї продукції: це і різні системи "розгону", і дублювання мікросхем BIOS, і індикатори POST-кодів, і кнопки включення і перезавантаження, і маса інших "додаткових зручностей", не надто популярних при звичайній роботі за комп'ютером.

Виготовлення материнських плат

Однак деякі фірмові технології дійсно дають перевагу в якості і надійності. Приміром, в системних платах Gigabyte між шарами друкованої плати прокладений двухграмовий шар міді, який дозволяє відводити значну частину тепла від мікросхем процесора і чіпсета, а також від стабілізатора напруги. Зрозуміло, це дещо підвищує собівартість виробництва, проте завдяки впровадженню такого шару настільки знижується число повернень, що з недавнього часу всі материнські плати Gigabyte, незалежно від класу, стали випускатися за такою технологією.

Багато операцій, наприклад впаювання мікросхем та інших електронних компонентів, автоматизовані, але цілий ряд дій здійснюється вручну: зокрема, всі слоти встановлюються руками працівників, точніше, юних робітниць. Крім апаратного контролю якості існує і старий добрий візуальний контроль під гігантськими лупами з підсвічуванням.

Оптимізація виробництва на заводах з виробництва електронних плат надзвичайно висока. Фактично підприємства не зупиняються ні на секунду: на Тайвані зазвичай прийнято три восьмигодинні робочі зміни, а в Китаї не рідкість і дві дванадцяти годинних. При цьому рівень зарплат робітників на Тайвані вище, ніж в Китаї, і більш високотехнологічні вироби зазвичай збираються на тайваньських заводах, навіть якщо у тієї ж фірми є фабрика на материковому Китаї. Нерідко фабричні комплекси на Тайвані об'єднані з конструкторськими бюро, і на них обкатуються нові рішення. Такі комплекси можуть бути в найкоротші терміни переналагоджені на випуск якогось іншого типу продукції або аналогічного, але за зміненою технологією.

Для складання електронних плат не потрібна така ж "чиста кімната", як, наприклад, для літографії мікросхем, достатньо дотримання елементарних правил чистоти (спецодяг, рукавички, бахіли, маска). При роботі обов'язково носіння електростатичних браслетів - без них можна випадково пошкодити відразу кілька мікросхем. І, нарешті, перед входом в робочу зону ви повинні пройти через шлюз "повітряний душ", що здуває з одягу пилинки і дрібні частинки, здатні порушити необхідний рівень чистоти в цеху.

Процес виготовлення материнської плати можна розділити на чотири основні стадії - поверхневого монтажу, ручної установки великих DIP-елементів (тобто компонентів з "ніжками"), тестування та упаковки. Самі друковані плати надходять зі спеціалізованого цеху, причому цей цех може перебувати в материковому Китаї, а складальні потужності - на Тайвані. Більшість, у тому числі і великі фірми, замовляють "травлення" (в лапках, тому що сьогодні це набагато більш складний процес, ніж тридцять років тому) плат стороннім компаніям, здатним виготовити вироби необхідної багатошаровості і складності розводки. Деякі фірми, наприклад ECS, роблять плати самостійно і виконують замовлення інших виробників.

Багатошаровість друкованої плати потрібно насамперед для того, щоб боротися з перехресними перешкодами різних ланцюгів і негативним впливом компонентів один на одного. Сьогодні норма - 6 шарів, не рідкість і 8-10 шарів, хоча ще зовсім недавно вистачало чотирьох: на нижньому і верхньому перебували сигнальні ланцюги, а на внутрішніх - ланцюг живлення і заземлення. За такою ж схемою випускаються і плати з великим числом шарів, хоча в них вже може бути кілька сигнальних шарів і кілька шарів з ланцюгами живлення. Зустрічається й така екзотика, як плати, що взагалі не мають сигнальних ліній на зовнішніх поверхнях: всі вони заховані всередину. Подібні рішення застосовуються у вбудованих системах з підвищеними вимогами до безпеки: з них набагато складніше отримати відомості про вироблені операції, ніж зі звичайних плат, де сигнальні ланцюги звернені назовні.

Багатошарові плати виробляються з тонких дво-або одношарових плат, отриманих традиційними способами (травлення, гравіювання і т.п.), які пресуються в одну через препреги - прокладки з композитних матеріалів з полімерної пропиткою. Такий "бутерброд" запікається в печі, після чого здійснюється травлення верхнього і нижнього сигнальних шарів. У готовій і відмитої платі свердлять отвори з подальшою металізацією, після чого вона покривається захисним лаком - як правило, якогось "фірмового" кольору, характерного для кожної марки.

Як виробляються материнські плати

На першому етапі складання плати подаються в автомат, що ставить крапельки гарячого припою в необхідних місцях, після чого вони надходять в апарат-укладальник з запасом різних чипів, які буквально вистрілюються з високою швидкістю (близько десятої частки секунди) в друковану плату. Потім плата подається в спеціальну піч, знову розплавляють припой, щоб комплектуючі надійніше закріпилися в своїх місцях.

Як виробляються материнські плати

Після печі плата проходить спочатку автоматизований тест за допомогою стробоскопа, що визначає правильність розташування компонентів, потім - тест електричних ланцюгів, а потім і візуальний огляд.

Як виробляються материнські плати

Як виробляються материнські плати

На другому етапі вручну додаються більші DIP-компоненти з "ніжками": це слоти PCI, слоти для модулів пам'яті, а також всі порти і роз'єми. Для закріплення цих компонентів плата поміщається в машину для пайки хвилею припою.

Як виробляються материнські плати

Потім на плату встановлюються елементи системи охолодження, після чого знову слідує апаратне тестування електричних ланцюгів і візуальний огляд.

Як виробляються материнські плати

Кожен з двох етапів складання здійснюється на окремих лініях, часто в окремих цехах.

Після власне виготовлення плата проходить відразу три заключних тести. Перший тест - на повну функціональність: плата встановлюється на спеціальний стенд, і на ній збирається повноцінна система. Комп'ютер запускається, і перевіряються всі закладені конструкторами можливості, всі порти та контролери. При необхідності здійснюється дрібний ремонт.

Як виробляються материнські плати

Другий тест - випробування на відмову, при якому кожен екземпляр в складі зібраної працюючої системи спочатку піддається нагріванню до 45 º C, а потім охолоджується до -10 º C. Плати розташовуються за спеціальним склом, і за ними можна спостерігати. Крім того, всі найважливіші електронні параметри контролюються на моніторах. Зазвичай для цього тесту використовуються різні бенчмарки, серйозно навантажуючі систему, наприклад свіжі версії 3DMark.

І, в черговий раз, всі плати чекає ретельний візуальний огляд: людина здатна виявити такі дефекти, які не змогли виявити навіть численні тести в найскладніших умовах.

Успішно пройшовші перевірку плати відправляються на упаковку, де для кожної плати збирається коробка, в яку поміщається плата, різні аксесуари (рамка для портів, планки з додатковими портами, реобас для установки на лицьову панель системного блоку і т.п.), а також диски з драйверами і паперові керівництва по установці. В кінці коробка надійно запечатується в плівку. Весь процес від початку збирання до упаковки у найбільших виробників займає всього близько п'ятнадцяти хвилин.