Привет, Хабр! Меня зовут Лиза. Я работаю в OpenYard и занимаюсь всеми видами и формами контента: от простых постов в социальных сетях до продуктовых презентаций и съёмок на производстве. По долгу службы и просто потому, что всегда было интересно заглянуть по ту сторону Луны в мир производства, я попала на наш завод серверного оборудования в Рязани. Мои коллеги Антон, Александр и Андрей провели для меня крутую экскурсию. По ее итогам возникла идея статьи, в которой захотелось показать и рассказать, почему выбрали Рязанскую область, из каких процессов состоит производство, а также почему методология тестирования — это важно. Об этом и не только читайте под катом.
Как появился завод?
Прежде чем мы вместе с вами пройдемся по заводу, я предлагаю устроить небольшой исторический экскурс и сказать, с чего же все вообще началось.
Первоначальная идея была простой — начать производить качественное «железо» для высоконагруженных сервисов и бизнес-критичных систем. И вот в 2022 году был построен производственный комплекс OpenYard в Рязани, запущен в 2023 году, а уже через год вышел на заявленную проектную мощность — 60000 серверного оборудования в год.
Собственный производственный комплекс или, простыми словами, завод был, есть и будет одной из ключевых задач в развитии OpenYard. Контрактное производство ― не панацея, мы стремились к тому, чтобы производить оборудование самостоятельно. Однако локализовать такое производство в России — задача не из простых. Требуются и знания, и экспертиза, и дорогостоящее оборудование, а главное — огромный человеческий потенциал и удачное территориальное расположение.
Выбор сначала пал на регионы, в которых есть специальные учебные учреждения, профилирующиеся на радио- и микроэлектронике в этой области. Среди таких регионов и оказалась Рязань.
Площадка для строительства на территории технопарка «Рязанский» удобна и для сотрудников, и для заказчиков. Логистика здесь комфортная — завод находится всего в 10 километрах от столицы региона. Раньше здесь были сельскохозяйственные угодья — росла клубника и яблони. А теперь на территории бывших посевных полей производится высокотехнологичное оборудование, которое становится аппаратной основой ИТ-инфраструктур крупных компаний.
Что производят на заводе OpenYard?
Производственный комплекс OpenYard — это завод полного цикла производства радиоэлектронной продукции: здесь происходит пайка печатных плат всех видов и сборка серверного оборудования с тестированием и отгрузкой заказчику.
В портфеле OpenYard две продуктовых линейки: классические стоечные 19”-серверы, которые можно встретить в большинстве дата-центров мира, а также серверы в философии OCP (Open Compute Project, опенсорс в мире железа) — 21”-платформы для ИТ-инфраструктур гиперскейлеров. Об OCP можно говорить долго — фактуры хватит на отдельный материал. Кстати, пишите в комментариях, нужна ли отдельная статья по этой теме. Скажем лишь, что обе линейки производятся на заводе в Рязани: от сборки (пайки) печатных плат до готовых серверных платформ.
Цех радиоэлектронных аппаратур и приборов (РЭАиП)
Наконец, мы подобрались к самому интересному ― рассказываем и показываем закулисье производства.
Основной процесс на заводе — это сборка печатных плат. Все технологические операции по их изготовлению (а делается на заводе всё: от материнских печатных плат до бэкплейнов) производятся в цехе радиоэлектронных аппаратур и приборов.
Офисные помещения и производственные цеха, разделяют раздевалки коридорного типа. Несмотря на то что производство относится к 8-му классу чистоты, к внешнему виду сотрудников предъявляются определенные требования.
В раздевалки сотрудники надевают антистатические (ESD) халаты и обувь. Все поверхности в цехе находятся в ESD-контуре, поэтому отведение статических зарядов, которые могут повредить выпускаемую продукцию, происходит непрерывно. При прямом контакте с поверхностью платы сотрудники цеха также надевают антистатические браслеты или перчатки. Это необходимо для создания безопасных условий.
Операция «входной контроль» и оперативное складирование
Первый этап проверки качества происходит на входе — все поступающие в производственный комплекс компоненты (резисторы, конденсаторы, транзисторы, микросхемы, разъемы, печатные платы и т.п.) проходят входной контроль в обязательном порядке. У пассивных компонентов проверяются электрофизические параметры, для активных компонентов более простого уровня (транзисторы, диоды) проводятся измерения перехода, для активных компонентов более высокого уровня (микросхемы) ― контроль маркировки, а у особо ответственных (микросхем) ― рентген-контроль на наличие кристалла. По итогам делается запись в журнал. В случае если обнаруживаются отклонения, компонент не допускается к следующим этапам производства.
Может показаться, что доскональная проверка избыточна, но на самом деле именно от входного контроля зависит финальный результат. Чем раньше специалист выявит некачественный компонент, тем эффективнее будет работать производство.
После успешного прохождения входного контроля компонент попадает на оперативный склад — небольшое помещение, которое совмещает различные форматы хранения: ячейки для бобин (катушек), адресно-блочные ячейки и шкафы сухого хранения для влагочувствительных компонентов. За каждым компонентом закреплена определенная ячейка.
Перед выдачей компонента или, например, бобины на производство, информация о нем заносится ERP- и WMS-системы. Они хранят данные о том, когда, откуда и как прибыл компонент на завод.
SMT-линия или линия поверхностного монтажа печатных плат
После прохождения всех этапов входного контроля компоненты передаются на производственную SMT-линию. Она состоит из нескольких компонентов: загрузчика печатных плат, лазерного маркировщика, принтера для нанесения паяльной пасты, рабочего места автоматической оптической инспекции нанесения паяльной пасты, установщика SMD-компонентов, рабочего места визуального контроля, печи оплавления печатной платы и рабочего места автоматической оптической инспекции.
Загрузчик печатных плат в автоматическом режиме выдает текстолит, который в будущем станет платой, на линию. Затем при помощи систем лазерной маркировки на плату наносится уникальный номер — он облегчит сервисное обслуживание в случае неисправностей отдельных деталей или всей платы и поможет определить происхождение компонентов. Лазерная маркировка — обязательный этап для каждого изделия, он упрощает контроль производственного процесса.
После нанесения маркировки печатная плата передается в принтер, который наносит припойную пасту на печатную плату. В OpenYard используются как свинцовые, так и бессвинцовые пасты. Под каждый вид на этапе планирования производства подбираются подходящие характеристики пасты, которые обеспечат наилучшее качество пайки. К таким параметрам можно отнести размер частиц порошка припоя, примеси других металлов, температура плавления и состав самого флюса.
Компоненты устанавливаются на паяльную пасту не сразу — перед этим плата и места нанесения флюса инспектируются системой компьютерного зрения. В результате такой проверки она выдает заключение о корректности нанесения припоя. Если фиксируется ошибка, плату снимут с линии, смоют припой, и процесс начнется заново.
Если паяльная паста нанесена верно, плата поступает в установщики (чип-шутеры или прецизионные установщики) SMD-компонентов, который в автоматическом режиме наносит компоненты: от самых мелких чипов до крупных микросхем. SMT-линия OpenYard работает по стандарту IPC-9850: в час установщик наносит до 15 000 компонентов (чипы) и 1 200 компонентов (для микросхем). У линии постоянно дежурит оператор, в задачи которого входит замена бобин (катушек) и контроль работы SMT.
После контроля нанесения компонентов плата попадает в печь для оплавления припоя. До этого паяльная паста находится в жидком состоянии. После оплавления компоненты зафиксируются, и снять их без прогрева припоя будет практически невозможно.
Первая зона печи — предпрепрогрев печатной платы. Далее зоны активации флюса. Затем плата попадет в зону пайки: в азотной среде при высокой температуре SMD-компоненты зафиксируются на плате. Азотная среда выбрана не случайно — в печи нет кислорода, поскольку окисление платы привело бы к паразитным явлениям, поломкам и выходу из строя. Бессвинцовые паяльные пасты оплавляются при температуре около 300°C, а свинцовые — при 240-250°C.
По завершении пайки плата проходит финальную автоматическую оптическую инспекцию: проверяется наличие всех компонентов на посадочных местах, их полярность и качество самой пайки. Кроме того, контролируется объем нанесенного припоя между компонентом и контактной площадкой на плате. Оптика считывает уникальный номер (помните про лазерный маркировщик?) и записывает логи — все данные сохранятся в паспорте изделия.
Далее плата попадает в конвейер разгрузчик: большая попадет в накопительный стеллаж автоматически, маленькую снимут вручную. А затем плата отправится на линию выводного монтажа.
Выводной монтаж и волновая пайка
На этом этапе производства на плату устанавливаются выводные компоненты через отверстия, а припоем обрабатываться они будут уже в процессе пайки.
Почему бы не автоматизировать этот этап? Сразу оговоримся: автоматизация возможна. Но так как мы ориентируемся на максимально широкий спектр форм-факторов печатных плат, автоматизация будет дольше, дороже и усложнит этап запуска производства.
После ручной установки переходных компонентов плата устанавливается в специальную оснастку, благодаря которому припой действует локально и только на выводные элементы. Внутри установки волновой пайки плата проходит через бункер с расплавленным припоем, который проливается на всю высоту печатной платы (через оснастку) и оплавляет выводы, надежно их фиксируя. Из установки плата выезжает с зафиксированными компонентами и попадает в устройство оптического контроля качества: плата просматривается сверху и снизу для проверки качества пайки. После операции все выводные компоненты зафиксированы на плате.
Контроль качества и подготовка плат к сборке
На самом деле на волновой пайке жизнь платы на производстве OpenYard только начинается. Печатные платы поступают на разделение: заготовку отделяют от технологических полей, которые предусмотрены специально для производственных операций (установки на линию и так далее).
Необязательный на большинстве мировых производств, но важный процесс — отмывка флюса и побочных продуктов пайки. В производственном комплексе OpenYard каждая печатная плата в обязательном порядке промывается на конвейерной установке. Изделия обрабатываются промывочной жидкостью с двух сторон под напором. Далее омываются деминерализованной водой с сопротивлением не менее 18 мОм. После всех акваопераций плата подвергается сушке, и конвейер возвращает чистые и сухие изделия, которые передаются на тестирование.
Этап тестирования печатных плат необходим, чтобы подтвердить, что изделие соответствует к требованиям. Разумеется, здесь, как и на других этапах производства, работает автоматизированная система, которая проверяет все сигналы, линии, подключения и выдает заключение о качестве и работоспособности печатной платы. Если все работает штатно, плата готова стать основой сервера OpenYard.
Сборка и тестирование серверного оборудования
Плата передается в сборочный цех через специальные технологические «окошки». Здесь печатные платы собираются в корпуса, проходят первичное тестирование, а затем — тестирование целостности линии (коммутация). Инженеры актуализируют прошивки всех внутренних систем и набивают сервер конфигурацией заказчика.
Тестирование готовых серверов также происходит здесь: для того, чтобы оно проходило комплексно и качественно, в производственном комплексе оборудованы тестировочные комнаты с необходимыми условиями. При таких параметрах инженеры могут имитировать работу сервера в реальном дата-центре, этот этап называется нагрузочным тестированием в тестовой среде для проверки функциональных элементов: в нормальных климатических условиях и при повышенных температурах. Кроме того, на заводе работает ячейка фрикулингового (free-cooling) дата-центра, в которую при помощи балансировочных клапанов в зимний период подмешивается воздух с улицы.
Завершается производство серверов OpenYard упаковкой и отгрузкой заказчику: к организации этих этапов мы подходим не менее серьезно, но это будет темой для отдельной большой статьи.
Заключение
Естественно, невозможно уместить в одной статье весь спектр работ, который ежедневно происходит на заводе, но я постаралась кратко и емко рассказать вам обо всех этапах производства серверов. Пишите в комментариях, что вас больше всего заинтересовало. Быть может, это станет идеей для новой статьи.
Сейчас команда производственного комплекса занимается не только производством оборудования для заказчиков, но и контрактным выпуском комплектующих для компании «Гравитон». Используя её спецификации и материалы, мы производим печатные платы для клиентских устройств. Совсем скоро в наших продуктовых линейках появятся новые решения ― и они тоже будут спаяны и собраны в Рязани.
P.S. Большое спасибо за помощь в написании статьи моим коллегам из Рязани ― Антону, Александру и Андрею.
