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PCB之MSI深圳工廠采訪（內部資料）

我們于7月24日從北京出發抵達深圳，休息一夜后，第二天早上到達了MSI在深圳的工廠。MSI在大陸一共有兩家工廠：深圳工廠與昆山工廠。其中深圳工廠主要負責微星板卡、準系統、消費類電子產品的生產，而昆山工廠則主要負責微星筆記本產品的生產。

MSI深圳工廠M1大樓

MSI深圳工廠共有2棟大樓M1與M2用于微星產品的生產。其中M1樓占地59800平方米，M2樓占地61000平方米。兩棟大樓合計共有27條民用主板生產線、5條服務期主板生產線、7條顯卡生產線、10條準系統生產線和3條消費類電子生產線，并留有一定的擴充余量，用于進一步添加設備、提高產能。MSI深圳工廠每月可生產210萬片民用主板、110萬片顯卡、30萬片服務器板卡設備，150萬臺消費類電子設備和60萬部準系統。今天我們要參觀的，就是位于M1樓的民用級主板生產線，以及微星即將祭出的秘密武器。究竟是什么大殺器，這里先賣個關子，請隨我來。

? ?? ? 未進入車間之前，我們看到了掛在墻上的這樣一幅掛圖。MSI所生產的板卡，都是通過RoHS的，以防止對人體產生傷害。MSI表示，由于RoHS不能含有鉛等原料，因此PCB、焊料、元器件成本都會較高。僅僅就PCB而言，不含鉛的PCB大約會比含鉛的PCB高出5個美金，約合人民幣30多元。加上其他材料，一片不含鉛的板卡會比含鉛的造價高很多。但是與這些錢相比，用戶的健康更為重要吧。

? ?? ? 由于人體上通常會帶有靜電，因此很容易對主板上的元件造成毀滅性傷害。要參觀MSI的生產線，首先需要做好防靜電措施，穿好防靜電服并戴上防靜電的踝帶。靜電檢測是MSI的員工和外來參觀人士要進入生產車間所必需的例行步驟。

每位員工在進入生產車間前，必須站在靜電檢測記錄平臺上進行測量，并刷入自己的員工號碼。通過檢查后才能進入車間進行生產。筆者順利通過了檢查。

? ?? ? 我們參觀的是M1大樓二層的生產車間，這條車間有十條主板流水線。下圖即為生產車間一角。工人們正在繁忙有序地工作。順便說一下，由于MSI本身并不生產PCB，因此生產主板所使用的PCB都是由MSI設計部門設計電路圖，再交給其他PCB生產廠生產。MSI則直接使用PCB生產主板。下圖中紅框區域內是裝滿生產主板所使用PCB的架子。

? ?? ? PCB生產廠商生產的PCB只是裸板，上面并不帶有任何的元件，甚至沒有焊錫。生產主板要經過回流焊和波峰焊兩步核心流程。回流焊是將膏狀軟釬焊料分配到印制板焊盤上，實現表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機械與電氣連接的軟釬焊。波峰焊則是將熔化的軟釬焊料（鉛錫合金），經電動泵或電磁泵噴流成設計要求的焊料波峰（或向焊料池注入氮氣形成焊料波峰），使預先裝有元器件的印制板通過焊料波峰，從而實現元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機械與電氣連接的軟釬焊。簡單點說，回流焊是先涂錫膏再上元件最后進行焊接，用于焊接表面貼裝元件；波峰焊則是先安裝接插件再用波浪滾動的焊錫焊接，用于焊接接插件。
MSI的生產線拿到PCB板后，首先需要對PCB板上膏狀焊料。下圖中前面的DEK Infinity 2000就是用來對主板絲印焊膏的機器，后面則是植入貼片元件的機器。

? ?? ? 主板上焊料的過程有點類似于CPU的掩模。只是原料從化學制劑變成了軟性焊膏，硅片變成了PCB板。PCB板在最下方，上面罩有一層帶有和主板焊盤位置相同的有機模版。無鉛的含錫焊料從模版上方注入，由于模版只有與焊盤位置相同的地方有孔，主板的焊盤自然而言的就上好了焊料。絲印焊料的過程是回流焊流程中的核心。印刷的焊料的配方、焊料的多少直接決定了后續焊接的品質。如果焊料過多，那么很容易在焊接過程中由于熱漲冷縮效應導致元件虛焊，甚至表貼的元件直接豎立起來完全脫焊；如果焊料過少，則會直接導致焊接不良。

沒有實際操作過SMT機器的人可能很難理解焊接的難點。筆者從網上搜了一些資料，大家可以從這些資料中看出，其實焊接還是蠻復雜的一件事情：

我們在離絲印設備不遠處發現了這樣一臺不起眼的小儀器。這是一臺激光測厚儀，可以直接測定焊錫的厚度。工程師對焊錫厚度進行精確把握，把結果反饋到生產線上從而進一步調整設備的參數，可以達到更高品質的焊接效果。

PCB板上好焊料后，就可以植入貼片元件了。下面這臺機器就是FUJI NXT M35 SMD貼片機機組。貼片元件通過這組設備被表貼到PCB板上對應的位置，后續可以進行回流焊焊接。

近距離來看一下SMD貼片機。下圖是單個的貼片機。貼片機下方有很多的白色元件盤，電容、電阻、芯片等SMD元件嵌入在白色的帶子上，通過供料器輸入到貼片機內部。白色的元件盤上方是一排指示燈。當元件盤上的元件快要用完時，指示燈會自動變為橙色，并通知工程師換料。再上方的顯示屏顯示的是貼片機運行時的參數和運行情況。由于參數的設置是每個廠商絕密的資料，因此在拍照時關閉了貼片機的顯示功能。

? ?? ? 與一般主板生產廠商不同的是，微星的生產線有一個完善的追蹤系統。這個追蹤系統會記錄每個元件的編號，以及這個元件被放置到主板上的哪個位置。信息被存放到微星內部的數據庫中。這樣當主板出現問題時，可以通過這個追蹤系統很快的追蹤到出現故障的元件屬于哪個批次，同批的元件是否故障率較高；出現故障的主板是在哪一個工程師監管下生產的等等。很顯然，使用這種追蹤系統可以更快更好的定位問題產生的原因，并進一步把握主板的品質。據MSI人士透露，這個追蹤系統屬于MSI獨有，是其他任何廠商目前都沒有做到的。

不僅僅是細小的貼片電容電阻等元器件，像南北橋這樣的芯片也是通過這樣的貼片機表貼到PCB板上的。

標貼完SMD元件的PCB板。此時的元件僅僅是靠焊料的粘性被粘貼在PCB板表面，仍然是可以活動的，所以要通過密閉的傳送帶傳往回流焊機進行焊接，以防因人為原因造成元件移位。

主板被傳入Heller 1900的回流焊焊接機進行焊接。回流焊是靠熱氣流對焊點的作用, 半固態的焊劑(錫膏)在一定的高溫氣流下進行物理反應達到SMD的焊接。因為是通過氣體在焊機內循環流動產生高溫達到焊接目的，因此被稱為回流焊。回流焊的難點在于對各種焊接參數的把握，例如焊接的溫度，焊接時間等等，因此顯示屏上顯示的參數也是不在拍照的允許范圍之內。

由于焊接時是使用熱氣流作用，因此焊接完畢的PCB板會帶有靜電。這時要經過可以吹出電離氣體的離子風機，對PCB板消除靜電。

? ?? ? 回流焊完成后，需要人工對PCB板進行人工檢測。首先是人工補錫。使用肉眼檢查對每一片主板進行檢查，確認是否有沒有焊接好的焊點，或者引腳間是否有粘連。如果有問題則馬上進行修正。

? ?? ? 補焊完成后則使用光學放大鏡進行進一步檢查，察看外觀上是否有肉眼難以發現的地方有問題。

? ?? ? 完成回流焊和人工光學檢查的PCB板。此時還有很多接插件沒有插好，因此板子還是顯得光禿禿的。

接下來就是往PCB板上人工插入各種接插件。在人工接插件的流水線上，我們發現了微星流水線的一些細節做的很好。例如下圖中總檢面前放置有一個小鏡子，工人可以通過鏡子看到主板后方的一些細節，從而提高了檢查的質量。再例如內存槽上方壓有兩個重物，可以防止在后續進行波峰焊時，由于內存槽焊點很多熱漲冷縮嚴重導致虛焊。而在筆者所了解的其他一些工廠，在這些細節上并沒有做得很好。

? ?? ? 生產數量監控。今天這條流水線上計劃生產1577片。到拍照時為止應生產900片，實際生產了878片，落后于進度22片。

接插件插好以后的主板被送入波峰焊設備進行焊接。

正在進行波峰焊的主板。中間直立的金屬物體是不含鉛等有害物質的錫條。通過向焊料池中注入氮氣產生兩個波峰：湍流波和平滑(或層流)波。在雙波峰系統中，湍流波部分給焊點上留下不平整和過剩的焊料，用于防止漏焊；平滑波則將焊點焊好。

? ?? ? 接下來一個步驟是100%電氣特性檢測。電氣特性檢測是對每一片主板連入其他各種電子元件，例如cpu、內存、硬盤等等，上電檢查主板是否能正常工作。很遺憾的是，這部分仍然屬于核心機密，因此我們不能對相關工臺進行拍照。這里只能跟大家簡單講一下：電氣特性的檢測大部分廠商都是很相像的，有點類似于我們平時所做的裸機測試。只是為了提高工作效率，廠商對很多地方做了改進。例如在MSI工廠，CPU的安裝拆卸用一個夾子完成；而內存條上也帶上了平整的馬甲以利于拆裝。其他很多部分都是使用一個標準的電路板。只要扳動一下開關，電路板即直接的連接到主板上進行測試。不要小看這些細節。例如拆裝內存，試想一位工人每天拆裝幾百次，手指會是很疼的，時間長了很容易對身體造成傷害。但是在內存外面簡單加一個外殼，就會方便很多。但是在另外一些筆者了解的工廠里面，并非如此。
? ?? ? 如果主板發現有任何故障，即送到檢修的工程師手中進行故障的進一步檢查與修復。未檢測到故障的主板則從流水線上被送入下一道工序。

? ?? ? 主板通過檢測后即被打包。

? ?? ? 最后質檢人員對主板進行抽檢。抽檢的過程與前面電氣特性的檢測類似，但是更嚴格。如果抽檢的主板未出現問題即合格可以出貨，如果發現問題則同一批次的主板均須經過重新檢查。

? ?? ? 千萬別以為人工質檢完畢就完事了。因為接下來還要通過進一步的壓力測試抽檢。以下這臺設備就是為壓力測試準備的。每天每條生產線上會5片產品被送到這里，進行為期一周的壓力測試。測試區的溫度是可調節的，可以產生零上120攝氏度的高溫與零下40度的低溫，以確保產品工作的可靠性。

我們來看一下壓力測試儀的內部。主板、顯卡等產品被放置到這里進行測試。

? ?? ? 旁邊是另外一臺用于壓力測試的設備。這臺設備也可以產生高溫與低溫，但與前面那臺設備不同的是，這臺設備的溫度變化非常快，可以在幾秒鐘內從零上100多度降低到零下幾十度。這臺設備用于測試產品在溫度變化急劇的惡劣環境中品質是否發生變化。

上面那臺設備的對面是單臂降落實驗儀。包裝好的產品被掛到這臺設備上，從3米高處自由落下，用于檢查產品的抗摔能力。

? ?? ? 我們今天參觀的是MSI的民用級主板的生產線。像這樣一條生產線，其造價在300萬美金以上。而對于要求更高的服務器主板生產線，其造價更高達800萬美金。很遺憾今天沒有能夠進入到服務器主板的生產線上。不過據我們了解，服務器主板的生產過程與民用級主板大同小異，多出一個關鍵的設備是X光掃描儀，用于對每個焊點的內部結構進行掃描，確保每一個焊點是飽滿均勻的，不會出現空焊等現象。

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