Como se fabrica un motherboard (placa madre)

Como se fabrica una placa madre

aclaracion
La placa base, placa madre, tarjeta madre o board (en inglés motherboard, mainboard) es una tarjeta de circuito impreso a la que se conectan las demás partes de la computadora. Tiene instalados una serie de integrados, entre los que se encuentra el Chipset que sirve como centro de conexión entre el procesador, la memoria RAM, los buses de expansión y otros dispositivos.
Va instalada dentro de un gabinete que por lo general esta hecho delamina y tiene un panel para conectar dispositivos externos y muchosconectores internos y zócalos para instalar componentes dentro delgabinete.

Antes de mostrarles como se fabrica una placa madre, debemos aclarar algunos conceptos para que entiendan las explicaciones posteriores.

SMT (Surface Mount Technology):
La tecnología de montaje de superficie (SMT) se refiere al método de adherencia de un SMD a un PCB. Los SMD no cruzan el PCB, sino que van montados en la superficie mediante un pegamento trasero y la soldadura de sus conecciones. El pegamento trasero cumple la función de mantener el SMD en su lugar hasta que este sea soldado.

SMD (Surface Mount Device):

SMD es cualquier componente electrónico que puede ser soldado a una placa madre sin necesidad de atravesarla. Hay varios tipos de SMD, siendo los más famosos los de tipo en línea y los de arreglos de grillas. Los primeros traen pines en sus bordes y los de tipo “grid array” los traen en la parte inferior. Ejemplos de SMD pueden ser: mosfets, chips controladores, algunos tipos de resistencias, chips de memoria RAM y un largo etc… ¿Qué no es un SMD? Un condensador de los tradicionales, del tipo cilíndrico, en los cuales sus conectores positivos y negativos cruzan el PCB.

PCB (Printed Circuit Board):

El PCB es la base de todo sistema electrónico. Son básicamente placas de sustratos no conductores con diversas capas en las cuales van rutas para conectar distintos componentes electrónicos.

RoHS (Restriction of Hazardous Substances Directive):

La directiva de restricción de sustancias dañinas (RoHS) fue adoptada en febrero del 2003 por la Unión Europea. Una directiva en la UE es un acto legal el cual los países miembros de la UE deben acatar pero este a diferencia de una regulación, no dicta la forma en la cual deben lograrlo. Esta directiva en particular trata respecto al uso de sustancias peligrosas en artículos electrónicos. Las sustancias que no serán permitidas en la Unión Europea son: Plomo, Mercurio, Cadmio, Chromium VI, PBB y PBDE, los primeros tres son metales, Chromium es un compuesto químico utilizado para cromar piezas y los últimos dos son retardantes de fuego. Todos son altamente tóxicos y al menos la mitad están declarados cancerígenos.

Fabricando un PCB

Como les comentaba con anterioridad, la vértebra de toda placa madre es el PCB. ECS no sólo fabrica placas madres sino que además fabrica sus propios PCBs. De este modo logra un crecimiento horizontal que trae consigo una baja en costos de transporte, almacenamiento y los protege de los dolores de cabeza a causa de los fastidiosos proveedores.

La fabricación de PCBs es un proceso industrial bastante tosco. Consiste en pocas palabras en varias capas de metales que son unidos como un sandwich, bañados en cobre, taladrados y luego inspeccionados. Sin embargo entre estos pasos hay un sinfín de enjuagados y de procesos químicos.

Perforar

La primera etapa consiste en perforar laminas de aluminio. Estas luego serán el centro del PCB. Las perforaciones son para posteriormente montar zócalos, sockets, condensadores, disipadores y otras hierbas que puedes encontrar en la placa madre de tu computador. Como ustedes ya sabrán, estos agujeros varían en diámetro en la misma placa madre, ahora imagínense como varían a lo largo de todos los modelos de placas madres de una empresa. Es por esto que se necesita de un buen taladro, un taladro que cambie de brocas rápidamente y que además sea un trabajador limpio y veloz. Para esto ECS utiliza una maquina perforadora Hitachi ND-6L210E TOKU, capaz de hacer las 15.000 perforaciones necesarias en cada unidad en 3 minutos (para ser precisos perfora 10 placas madres a la vez en media hora).

El Dremel que siempre quisiste tener

TOKU en acción, esta maquina funciona mediante un taladro neumático con rieles de posición, mas abajo pueden ver las distintas brocas. De esa lamina de aluminio saldrán dos o cuatro placas madres dependiendo si estas son ATX o microATX.

Luego del taladrado las laminas son llevadas al cuarto de laminado. Acá son presionadas a altas temperaturas junto a laminas de cobre. Luego de este paso los PCBs que viene en pares o de a cuatro son cortados para ya transformarse en unidades independientes.

La materia prima

Cargándola a la cinta transportadora

Automatizado

Palabra Clave: Velocidad

Cepillado y mas hoyos

Luego de que TOKU hiciera su trabajo y de ser aplastadas por una enorme prensa, los PCBs serán perforados una vez mas. Esta vez se harán los agujeros que usaras para montarla a tu placa madre. Luego de ser nuevamente perforada, es cepillada, raspada, pulida, sus bordes son redondeados y finalmente son lavados.

Así da gusto lavar

Bañado de Cobre

En la próxima etapa el PCB es limpiado químicamente, anodizado en cobre, enjuagado, frotado y enjuagado nuevamente. Para esto se cuelgan los PCB y luego entran en una misteriosa y gigante maquina.

Umpa Lumpas preparando la receta sorpresa de químicos para limpieza

La maquina del misterio

Los PCBs listos para entrar

Una vez terminado el proceso de laminado las placas entran mediante cintas automáticas a una sala libre de polvo. Es aquí donde son inspeccionadas mediante fotografías para ver que las rutas y conexiones estén correctas. Este proceso es hecho a mano y todos los PCBs son verificados.

Verificando las rutas

Luego de completada la inspección los PCBs son pintados del color final. La pintura no es solo un acabado estético, sino que es un tratamiento de superficie para cubrir las rutas que están debajo de estas. El color del PCB es dado mediante pigmentos y posteriormente recibe un barnizado. Luego del barnizado se pasa a la fase final de producción, donde se le dan terminaciones a los agujeros de montaje y se imprimen caracteres con su marca, modelo y revisión. Sin embargo esto no es el final de su estadía del PCB en Golden Elite, aun queda un ultimo control de calidad.

Inspección Manual

Como pueden ver el proceso de fabricar un PCB esta lejos de ser simple. Tal como les dije en un principio es básicamente un trabajo de fierros, mucho lavado e interminables controles de calidad. Los controles de calidad seguidos son importantes ya que de este modo se puede detener una unidad defectuosa y sacarla del proceso de producción, es así como se ahorran costos y tiempo al no procesar unidades ya defectuosas. A diferencia del caso de las placas madres, una unidad defectuosa identificada en la mitad de la línea de producción no puede ser reprocesada, solo es en la revisión final en la cual solo pequeños defectos pueden ser reparados.

 

Fabricando una placa madre

El proceso de fabricación de una placa madre consta de dos partes, una automática y otra manual. En la parte automática se utilizan rapidísimas maquinas SMT que prácticamente disparan componentes SMD a la placa base. En la parte manual obreros montan condensadores y piezas plásticas tal como si fuera un Lego. Entre estas partes hay innumerables controles de calidad, un equipo de mantención de maquinaria detrás y un equipo encargado de que los materiales estén listos para su utilización.
El método de fabricación no dista mucho de la producción en serie inventada por Henry Ford a principios del siglo pasado. Las placas madres van sobre rieles y cintas automáticas avanzando por cada uno de los procesos, tanto automáticos como manuales. Una línea de producción tiene la capacidad de fabricar hasta 70 placas madres por hora, ECS tiene cientos de líneas RoHS para hacer este trabajo distribuidas entre sus diversas fabricas.
Una de las partes mas importantes de la fabricación de placas madres es la soldadura. La pasta de soldar es guardada en condiciones refrigeradas (0-10ºC), es por esto que antes de ser utilizada debe ser puesta a temperatura ambiente por 3 a 4 horas en recipientes sellados. Luego de adecuarse a la temperatura ambiental, se mezcla en una maquina especializada y luego se toma una muestra donde se monitorea su densidad.
Otro punto crucial es la porción SMT del proceso. ECS tiene maquinas Sony SI-F130 para los SMD mas chicos (0.137s por integrado) y SI-F209 para los SMD de mayor tamaño como chips BGA y sockets (0.49s por integrado). Las maquinas SMT son alimentadas mediante rollos con agujeros para tracción, cada uno con cientos de integrados dentro.

Entrando a una SI-F130

SMDs listos para ser disparados

Luego de que el PCB es atacado por los componentes, estos aun no están conectados. Los componentes SMD como les dije anteriormente, traen un pequeño pegamento en su parte inferior, es esto lo que los mantiene adjuntos al PCB hasta que sean soldados. El soldado lo hace un horno de reflujo, la temperatura es aumentada constantemente para que al enfriar la placa madre no tenga fisuras internas por variaciones térmicas agresivas.

Horno de Reflujo

Enfriado

Luego de pasar el PCB por las maquinas de SMT, una para la cara superior de la placa madre y otra para la cara inferior, además de pasar por el horno de soldado, viene la primera fase de control de calidad. Mediante una matriz con la posición de cada integrado en su lugar, se puede detectar si todos los componentes están en su lugar.

Verificando posiciones

Inspección visual

Una vez que todos la parte automatizada esta lista, la placa madre, aun en su cinta sin fin, comienza su travesía por cada uno de los puntos de ensamblado de componentes. Es en esta parte en que decenas de obreros se encargan de insertar slots de memoria RAM, puertos IDE, puertos de diskettera, disipadores, slots PCI, conectores traseros y condensadores.

Luego de este ensamblado manual, las placas madres entran a una maquina de soldado por ondas para que aquellas partes que van soldadas a la placa madre efectivamente lo hagan.

Una vez terminada la segunda fase de soldado y posterior enfriado del producto, se cortan los sobrantes de soldadura y se les aplica un barniz para proteger los puntos de soldado.

Es así como termina la fase de ensamblado “operativo”. Sin embargo falta un detalle muy importante y es lo que definirá que esta placa ande o bien muera en llamas. Los disipadores son insertados manualmente y vienen con cinta de doble contacto térmica preaplicada.

Es ahora cuando tenemos un producto terminado. Sin embargo nada nos asegura que este se encuentre operativo. Todas las placas madres fabricadas en ECS son verificadas para que enciendan y luego son probadas en DOS mediante un software que checkea que todo este en orden (Firewire, LAN, BIOS, SATA, IDE, FDD, etc..) y reproducción de video en WindowsXP. Según la gente de ECS la única razón por la cual una placa madre de su empresa podría no encender, si la compras nueva y sellada, es que esta haya tenido un pésimo manejo durante su transporte y bodegaje.

Trabajadores esperando pacientemente placas madres para incluir los accesorios

Ultima inspección, códigos de barra y pegatinas varias

Lista para ser guardada

Control de Calidad

A pesar de que todas las placas madres son probadas antes de salir de la fabrica, una muestra de ellas son sometidas a las mas terribles torturas. El 1_ de cada modelo en producción debe pasar por un loop de 3DMark01 y CCWinstone 2003. Ustedes no lo encontraran suficiente tortura, sin embargo una de cada 500 placas madres es castigada fuertemente, obligada a correr 3DMar01 en ambientes de 30 a 55ºC o 72 horas.
Complementariamente ECS Elitegroup tiene un laboratorio donde verifican compatibilidad de sus placas madres con diversos componentes del mercado. Además de esto tienen cámaras de humedad donde prueban los limites de la operabilidad con temperaturas de -40ºC hasta 150ºC y 90_ de humedad. En pocas palabras, ese es el infierno de las placas madres, pero la tortura no termina ahí, las placas madres son dejadas caer en caída libre.

Conclusiones

Fabricar placas madres no es tarea fácil. Con todas las variables a controlar, lograr productos con una tasa de fallos tan baja es imposible sin un adecuado control de calidad. Por lo que pudimos ver, ECS se preocupa principalmente de este factor, con puntos de control prácticamente luego de cada proceso en su línea de producción.

fuente:

http://www.taringa.net/posts/info/3926635/Como-se-fabrica-una-placa-madre.html

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