Материнские платы — основа любой современной электроники. Именно они связывают между собой все остальные компоненты системы. Платы — достаточно сложные электронные устройства, но как же их производят?
Полный цикл производства материнских плат разделен на два этапа. Первый этап — это производство печатных плат. Второй этап — это сборочная линия, на которой на печатную плату устанавливаются все необходимые электронные детали и разъемы.
Создание текстолита
Процесс создания материнской платы стартует с производства печатных плат. Производственные процессы этого этапа доверены автоматам, но следят за их параметрами и помогают им в работе люди. Рождение платы начинается с создания ее основы — текстолита. Для современных материнских плат используется многослойный текстолит.
Чтобы получить один слой текстолита, тонкие листы стекловолокна пропитывают эпоксидной смолой и отправляют под пресс. После этого на получившуюся заготовку наносят слой меди, а поверх нее слой светочувствительного материала — фоторезиста. Специальная машина засвечивает поверхность заготовки по загруженному в нее фотошаблону, и в засвеченных областях образуются протравленные медью следы. Затем остальная медь с незасвеченным фоторезистом последовательно смывается в нескольких ваннах с химикатами. После всех этих процедур слой нашей будущей платы готов. По своим свойствам он похож на плотную бумагу.
Такие процедуры проходят все слои платы. Затем несколько готовых слоев накладываются друг на друга, чередуясь с препрегами — пропитанными смолой слоями стеклотекстолита без меди, используемых для изоляции и склеивания рабочих слоев друг с другом. Потом такой «бутерброд» отправляется под горячий пресс, где слои склеиваются между собой и в итоге образуют твердую заготовку текстолита для платы.
Обработка текстолита
После выхода из пресса заготовка отправляется в сверлильный станок, который делает отверстия для сквозных соединений между слоями платы.
После окончания его работы плата отправляется на «мойку» в специальный аппарат-ванну, который очищает её поверхность. Следующий шаг – обработка заготовки специальными катализаторами ещё в одном аппарате-ванне, чтобы медь могла осесть в просверленных отверстиях. После неё в других ваннах с помощью растворов электролитов и технологии гальванической металлизации в отверстиях наращивают слои меди.
Далее будущая плата попадает на тестирование в специальный аппарат. Он проверяет соединения внутри платы с помощью специальных щупов — это похоже на прозвон проводки мультиметром, только автомат делает это в несколько раз быстрее человека. Если все в порядке, заготовка платы попадает на следующий шаг — нанесение паяльной маски. Это то самое внешнее покрытие, которое изолирует и защищает токопроводящие дорожки от внешних воздействий. Как правило, у современных плат оно может быть практически любого цвета — от классического зеленого до практически черного или ослепительного белого.
После нанесения маска обрабатывается в нужных местах ультрафиолетовым излучением и отправляется на сушку. Когда она высыхает, заготовка вновь отправляется на очередную мойку, где маска смывается в необработанных ультрафиолетом местах, чтобы обнажить контактные пятачки для будущих элементов на плате. С помощью другой маски в ходе таких же процессов создаются и надписи на текстолите. В качестве последнего шага специальный аппарат наносит на пятачки тонкий слой припоя — и текстолит будущей платы готов к поездке в сборочный цех материнских плат.
Автоматический этап сборочной линии
Если на производстве печатных плат должно быть чисто, то на автоматическом этапе сборочной линии так вообще обязательна практическая стерильность. Именно поэтому такие помещения изолированы, а сотрудники сборочного цеха должны надевать халаты, перчатки, бахилы и маски — прямо как врачи на операциях в больнице. Проход в цех от внешнего мира отделяет воздушный душ. Именно он позволяет «сдуть» всю пыль с одежды, чтобы она не попала в воздух сборочного цеха.
Текстолиты, приехавшие из цеха изготовления печатных плат, загружаются в автоматическую сборочную линию. Первоначально в нужных местах автомат наносит паяльную пасту. Затем заготовка едет по конвейеру дальше, где другие автоматы монтируют на нее различные электронные элементы: конденсаторы, транзисторы, чипы.
Для того, чтобы автоматизированное оборудование могло быстро получать доступ к нужным элементам, компании-производители отправляют их на сборочную линию в специальных лентах.
Когда все элементы на своих местах, наступает время для первой визуальной проверки корректности их нанесения. Но производит ее не человек, как можно было бы подумать, а тоже специальный автомат.
После автоматической линии текстолиты отправляются в печь. Там они разогреваются, и паяльная паста начинает плавиться. Таким образом все нанесенные электронные элементы припаиваются к поверхности заготовки материнской платы.
Ручной этап сборочной линии
Когда платы остывают, на отсутствие дефектов их проверяет человек. Сотрудники цеха сначала визуально осматривают платы с помощью увеличительных стекол, а затем помещают их в еще одну разновидность специальных автоматов, которые тестируют их на правильность расположения элементов и работоспособность.
После всех проверок работники цеха присоединяют к плате коннекторы и одевают заглушки. Следующий шаг тоже без человеческих рук не обходится. Это шлифование нижней части платы, чтобы не было торчащих снизу ножек от установленных электронных элементов.
Затем вручную одеваются радиаторы охлаждения, и плата отправляется на последнюю визуальную проверку — снова человеческую. Если все в порядке, к новенькой плате добавляют комплектные кабели, инструкцию по эксплуатации и упаковывают в коробку. На этом путь производства завершен. Платы едут на склад производителя, оттуда — на склад продавца, а потом попадают в магазины. И, наконец, в финале пути — желанная плата попадает в руки купившего ее потребителя.
НЕМНОГО ФОТО С РЕАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
После размещения всех элементов на поверхности печатной платы она поступает в специальную печь, где припойная паста плавится, образуется электрический контакт самого элемента и металлической контактной площадки.
После этого каждая будущая материнская плата проходит стресс-тест, когда её встряхивают, чтобы убедиться, что все элементы надёжно пристали. Вы не думайте, тут не трясут платы в руках и не бегают с ними по цеху, этим всем занимается другой робот.
После этого печатные платы идут в другую более крупную печь, где температура варьируется от 130 до 250 градусов по Цельсию.
Затем приходит очередь более габаритных компонентов: интегральных микросхем, конденсаторов, слотов и разъемов. Все эти элементы будущей материнской платы размещаются вручную. Каждая из операционисток ответственная за 2-6 деталей, в зависимости от того, насколько сложно их устанавливать.
На запястьях у девушек надеты специальные браслеты, чтобы исключить возникновение статического электричества.
После того, как все элементы установлены, время визуальной проверки, чтобы благодаря шаблону убедиться, что ничего не пропущено.
После установки последнего элемента и успешной проверки печатная плата идёт на тестированию. Примечательно, что тестируют все материнские платы. На этом этапе проверяется работоспособность материнской платы и её функциональность. Также платы подвергаются проверке работы в условиях отрицательных и высоких температур и повышенной влажности.
Последним этапом изготовления материнской платы является её упаковка. В этом цеху работа идёт споро и атмосфера более весёлая, девушки общаются между собой. Материнские платы укомплектовываются необходимыми кабелями, разъёмами и программным обеспечением. После этого продукция полностью готова к продаже.
