www.microprocek.prv.pl

Wprowadzenie

 

Wszystkie podzespoły komputera nadziane są najnowszą elektroniką. Poszczególne części elektroniczne nie są produkowane przez samego producenta danego podzespołu. Jego rola sprowadza się praktycznie do projektu oraz połączenia wszystkich elementów w jedną całość. Podobnie sprawa wygląda w przypadku płyt głównych. Poszczególne elementy, jak chipsety czy układy z BIOS'em produkowane są przez markowych producentów. Dla przykładu, producent zajmujący się wytwarzaniem płyt głównych instaluje w nich chipsety pochodzące od Intela czy VIA. Dzieje się tak dlatego, że chipsety te przypisane są dominującym dziś na rynku procesorom.

Zatem, tak naprawdę, elementy płyty np. marki ASUS czy ABIT powstają w kilku różnych fabrykach, zanim zostaną zmontowane w jedną całość. Większość podzespołów, w tym również i płyty główne, produkowane są na Tajwanie. Z tego powodu, kraj ten bardzo się rozwinął w zakresie nowych technologii. Do produkcji wykorzystywane są najnowsze urządzenia - roboty, które wykonują cały proces montażu płyty głównej. Aby uzyskać najwyższy poziom produkcji, pomieszczenia, w których produkuje się poszczególne komponenty komputera muszą być sterylne. Pracownicy ubrani są zatem w specjalne fartuchy. Również przed wejsciem do hali produkcyjnej muszą zabezpieczyć się przed niebezpieczeństwem wyładowań elektrycznych. W tym celu zakładają specjalne kapcie. Wszystko po to, aby zachować wysoką jakość wytwarzanych podzespołów. Wykorzystanie maszyn pozwala wyprodukować do kilkuset tysięcy egzemplarzy płyt głównych miesięcznie. Musimy tutaj podkreślić fakt, że bez nich człowiek praktycznie nic by nie zrobił. W nowoczesnych fabrykach płyt głównych cały proces jest zautomatyzowany. Rola człowieka sprowadza się jedynie do uzupełniania podajników poszczególnymi częściami oraz płytami drukowanymi - PCB (Printed Circuit Board). PCB powstają zazwyczaj w tej samej fabryce, gdzie montowane są płyty główne, ale są wyjątki. Rola PCB jest bardzo ważna, gdyż to właśnie na niej będą instalowane wszystkie komponenty, na czele z chipsetem. Patrząc na PCB widzimy wiele tysięcy ścieżek. Ale to nie wszystkie! Wytwarzane dziś PCB są złożone z kilku warstw. Na każdej z takich warstw znajdują się podobne ścieżki. Zatem w środku znajduje się cała masa takich nitek, czego nie widać z zewnątrz. Podkreśla to zaawansowaną budowę płyty głównej. O tym jak powstają te podzespoły, począwszy od projektu, a skończywszy na sprzedaży, dowiecie się w dalszej części tego artykułu.

Płyty główne nie powstają od tak sobie. Konieczne jest wykonanie skomplikowanego projektu, na którym dokładnie opisane są wszystkie jej komponenty oraz wyrysowane są ścieżki. Co więcej, tworzy się osobno schemat połączeń. Wszystko zaczyna się wtedy, gdy zapada decyzja o produkcji nowych płyt głównych. Rozpoczynają wtedy pracę kilkunastoosobowe sztaby inżynierów i technologów. Ich zadaniem jest wykonanie projektu płyty, która cechowałaby się możliwościami określonymi w założeniach. Cała ich praca opiera się na tzw. referencyjnych projektach płyt głównych, które są udostępniane przez producentów chipsetów. Jednak, każdy producent płyty głównej chce wprowadzić do swojego produktu własne korekty tak, aby usprawnić jego pracę. I stąd wynikają wszystkie różnice pomiędzy produktami różnych producentów. Kiedy powstanie już takowy projekt i schemat, w fabryce tworzy się kilka egzemplarzy testowych, tzw. engineering samples. Trafiają one razem z projektem do drugiej grupy inżynierów i technologów, którzy weryfikują poprawność nowego produktu, wprowadzają poprawki, a następnie zatwierdzają go do masowej produkcji. Nigdy nie da się za pierwszym razem stworzyć produktu doskonałego, więc projekty wraz ze wzorami wędrują kilka razy od jednych fachowców do drugich. Czasem takie uzgodnienia trwają nawet kilka miesięcy. Kiedy płyta jest już wolna od dostrzeżonych błędów, projekt trafia do hali produkcyjnej, gdzie powstają PCB.


Są one odpowiednio naświetlane i poddawane działaniu różnym związkom chemicznym, w wyniku czego uzyskuje się płytkę ze ścieżkami w kolorze miedzi. W kolejnym etapie wytwarzania PCB styki, czyli miejsca, w które instaluje się poszczególne komponenty pokrywane są bardzo cienką warstwą pasty lutowniczej (w kolorze srebrnym).


Następnie, zabezpiecza się ścieżki na pozostałej powierzchni płyty przed utlenieniem. W tym celu zakłada się na nią soldermaskę. Jest to warstwa, która nadaje finalny kolor płycie głównej (np. zielona, czerwona czy też niebieska). Soldermaska jest substancją płynną, która "przyczepia się" do płyty głównej i miedzianych ścieżek. Jej specyfika chemiczna sprawia, że omija miejsca pokryte pastą lutowniczą. W dalszej kolejności wiercone są w odpowiednich miejscach otwory, dzięki którym możliwa będzie instalacja elementów przeznaczonych do montażu przewlekanego. W końcowym etapie produkcji płyty PCB nadrukowywane są na nią liczne oznaczenia, tabelki (np. konfiguracje napięcia, mnożnika czy częstotliwości magistrali FSB). Tak przygotowywane płyty PCB składowane są po kilkaset sztuk, a następnie trafiają do bardziej sterylnej hali produkcyjnej, w której instalowane są poszczególne elementy.

Montaż

 

Montaż płyty głównej przebiega w kilku etapach. W pierwszym z nich odbywa się tzw. montaż powierzchniowy, natomiast w kolejnym - montaż przewlekany. Jako pierwsze do płyty instalowane są elementy przeznaczone do montażu powierzchniowego.


Są to wszelkie rezystory, tranzystory, drobne kości układów, chipsety itp. Instalacja zaczyna się od najmniejszych elementów, a kończy się na największych. Cały proces rozpoczyna się, kiedy specjalny podajnik zostanie zapełniony czystymi płytami PCB. Urządzenie pobiera taką płytę i poprzez specjalne sito nanosi na styki pastę lutowniczą, która topi się w odpowiednio wysokiej temperaturze. W dalszej kolejności, specjalną taśmą produkcyjną płyta PCB przesunięta zostaje dalej. Tam specjalne głowice pobierają z podajników drobne komponenty i przykładają je w odpowiednie miejsca na płycie głównej. W kolejnym etapie instalowane będą układy scalone i części chipsetu, które stanowią już nieco większe elementy. Kolejne głowice pobierają z tac układy scalone i umieszczają je w odpowiednim miejscu.


Jednak, niektóre instalowane komponenty mogą posiadać wady produkcyjne, więc przed montażem należy je sprawdzić. Wszystko odbywa się automatycznie, przy wykorzystaniu specjalnego czujnika. Kiedy, na przykład układ znajdujący się na tacy umieszczony jest "do góry nogami", wysięgnik odwróci go. Ostatnim etapem montażu powierzchniowego jest stałe połączenie drobnych komponentów z płytą. W tym celu całość trafia do specjalnego pieca, który jednak tylko z nazwy przypomnia tradycyjny piec. Tam pod wpływem wysokiej temperatury następuje trwałe przylutowanie poszczególnych elementów. Wszystko odbywa się sprawnie i szybko, a cały proces nadzorują komputery. Płyty zostają schłodzone do temperatury panującej w hali produkcyjnej. Wtedy rozpoczyna się kolejny etap produkcji. Tym razem będzie to montaż przewlekany. W trakcie tego procesu, specjalne ramiona maszyny nanoszą na płytę większe elementy przeznaczone do montarzu przewlekanego, jak np. kondensatory, sloty rozszerzeń, liczne gniazda i złącza.


Instalowane są one do wywierconych otworów na PCB. Kiedy już wszystko trafi na swoje miejsce, płyta "podróżując" dalej na taśmie produkcyjnej trafia do kolejnego pieca, w którym znowu jest podgrzewana, a wszystkie komponenty trwale się lutują. Po ponownym schłodzeniu instalowane są elementy, które nie są odporne na wysoką temeraturę, jak np. kość z BIOS'em, radiatory, wentylatory czy zworki. Tak zmontowana płyta główna powinna być gotowa do użycia. Ale czy na pewno tak jest? O tym piszemy szerzej na następnej stronie.

Testowanie

 

Świeżo upieczona płyta główna przed trafieniem na ogólnodostępny rynek, musi otrzymać certyfikat przydatności do użytku. Jednak, aby stwierdzić, czy dana płyta nadaje się do wykorzystania w naszych pecetach, musi zostać poddana testom. Choć każdy element przed montażem był odpowiednio testowany, zawsze może wkraść się jakiś błąd, nawet maszynom. Dlatego większość producentów zatrudnia tanią siłę roboczą, która ręcznie testuje poszczególne egzemplarze. Jednak, część producentów testuje swe wyroby jedynie wyrywkowo. Cała operacja odbywa się na specjalnych stanowiskach wyposażonych zwykle w procesor, pamięć, dysk twardy, kartę graficzną AGP i monitor. Niektórzy producenci, do złącza ISA wpinają specjalną kartę, która pomaga sprawdzić prawidłowość pracy płyty głównej. Jeżeli z jakichś powodów płyta nie pracuje poprawnie, zazwyczaj nie naprawia się jej. Złożona konstrukcja fizyczna i elektroniczna oraz rozmiary poszczególnych elementów płyty głównej, w zasadzie uniemożliwiają zlokalizowanie miejsca usterki. Taki egzemplarz wówczas zostaje skazany na stratę. Kiedy płyta pracuje prawidłowo, zostaje opatrzona specjalną naklejką, która świadczy o dopuszczeniu urządzenia do użytku. Takie płyty składowane są w magazynach lub przewożone do innych fabryk (czasem nawet do innych krajów), gdzie wraz z dodatkowym wyposażeniem w postaci taśm IDE, płyt CD z oprogramowaniem, instrukcji obsługi i instalacji czy innych elementów pakuje się je do pudełek. Gotowe produkty składowane są w magazynach, a następnie sprzedawane i eksportowane do innych krajów. Cena takiej płyty znacznie przewyższa koszty produkcji, które w przypadku masowego wytwarzania nie są tak wysokie. Jednak, w chwili obecnej żaden producent nie zdradzi publicznie, ile w rzeczywistości wynosi cena komponentów składających się na płytę główną. Jest to ich słodka tajemnica. Zatem, jak widać, proces produkcji płyt głównych jest operacją zautomatyzowaną. Rola człowieka sprowadza się jedynie do odpowiedniego ustawienia maszyn, zaprogramowania ich, napełniania podajników częściami oraz przyglądaniu się całemu procesowi produkcyjnemu.