Nový produkt řady routerů Turris se jmenuje MOX a je koncipován jako modulární systém. K základnímu CPU modulu MOX A bude možné připojit řadu dalších modulů, které uživateli umožní využívat pouze funkce, které potřebuje a nebude muset platit za periferie, které zatím nevyužije. A samozřejmě celý router v budoucnu rozšířit, když bude potřebovat. Moduly označené písmeny A až E se nyní nachází ve fázi prototypů, tedy oživování, testování jednotlivých funkcí, ale také ladění výroby a přípravě na tisícové výrobní série. A jak taková výroba prototypů vypadá, to se dozvíte v tomto článku.

Stejně jako druhá výrobní série routeru Turris Omnia, bude se i Turris MOX vyrábět v Lanškrouně, ve společnosti Morelli Electronics, s. r. o. Výroba elektrotechniky má na Lanškrounsku dlouholetou tradici, protože zde fungovala Tesla Lanškroun a nyní je zde několik jejích nástupců.
Do výroby jsme mohli nahlédnout ve chvíli, kdy se na lince vyráběly prototypy modulu MOX C – modul se čtyřmi metalickými gigabitovými konektory RJ 45 a gigabitovým switchem Marvell Topaz. Ještě před samotnou výrobou je nutné, na základě dat od hardwarových vývojářů, nechat vyrobit PCB – Printed Circuit Board, česky DPS – desky plošných spojů (dále desky) a nakoupit komponenty pro jejich osazení. Desky necháváme vyrábět v Číně, zejména kvůli rychlosti a ceně. Výroba a doručení do ČR trvá přibližně dva až tři týdny.

Komponenty, veškeré součástky, na prototypy pak nakupujeme na některém z on-line shopů, kde jsou okamžitě skladem. Pokud jde vše bez problémů a zásilka nezůstane na celnici, tak máme komponenty k dispozici za cca tři dny od objednání.

U sériové výroby je to však zcela něco jiného. Je rozdíl, když potřebujete stovky kondenzátorů nebo dva miliony. Ceny a především dodací lhůty jsou výrazně odlišné a v dnešní době bohužel značně nevyzpytatelné. Celý popis nákupu komponent by vydal na další článek, který zveřejníme třeba někdy příště.

Máme tedy vše potřebné k výrobě přichystané, naše prototypy jsou zařazeny do plánu výroby a můžeme vyrábět. Jako první se osazují SMD součástky, tedy součástky pro povrchovou montáž. Laicky řečeno jsou to ty malé součástky bez viditelných vývodů. Na MOXu C tedy téměř vše, kromě ethernetových konektorů.

Prvním krokem je nanesení pájecí pasty na desku. Desky se nedodávají samostatně, ale v tzv. panelech, ze kterých se až po osazení vylomí. Díky panelům lze PCB umístit na dopravníky jednotlivých strojů, přičemž každý krok je realizován na větším množství desek současně. V našem případě jsou v jednom panelu čtyři desky MOX C. Nanesení pájecí pasty se pak realizuje pomocí sítotisku. Sítotiskový stroj má navíc svoji vlastní inspekci, kterou kontroluje tloušťku, rovnoměrnost, množství a tvar nanesení pasty na jednotlivých bodech desky.

Sítotisk s připojeným vstupním podavačem

Detail vnitřku sítotisku

Desky umístěné ve vstupním podavači

Po vyjetí ze sítotisku je na všech ploškách pro SMD součástky nanesena bezolovnatá pájitelná pasta šedé barvy.

Pohled na přepravník na výstupu sítotisku

Do takto nanesené pájecí pasty se v dalším kroku umístí komponenty. Tento krok se provádí v osazovacím automatu. Komponenty jsou dodávány v několika typech balení, většinou však v tzv. reelech – kotoučích.

Komponenty na osazení prototypu MOX C

Tyto kotouče se umístí do podavače, tzv. feederu, který se nacvakne do osazovacího automatu. Ten pak na základě programu umístí jednotlivé komponenty na správné místo. Podklady pro tvorbu tohoto programu dodávají naši hardwaroví vývojáři.

Feeder s namotaným kotoučem kondenzátorů

Pohled do vnitřku osazovacího automatu, v pravém dolním rohu několik feederů

Osazovací automat má také možnost kontrolovat jednotlivé komponenty, zda jsou vhodné k osazení – spočítá počet vývodů na součástce a porovná ji s uloženým vzorem v programu. Lze tak odhalit případnou chybu v nabití feederu, nebo chybu součástky.

Kontrola součástky – zapnuté kamery

Kontrola součástky – vypnuté kamery, je možné vidět pipetu pro uchopení součástky

Obsluha osazovacího automatu není nic jednoduchého. Trvá zhruba dva měsíce, než se operátor naučí základní obsluhu, jeden rok pak než zvládne všechny procedury a programování stroje. A dále se učí celý život.
Daní za modulárnost MOXe je použití tzv. Straddle mount konektorů, kterými se jednotlivé moduly spojují. Jejich osazování a pájení není jednoduchou záležitostí a nelze je v našich podmínkách provádět automatizovaně. V našem případě jsou nasazovány ručně pomocí speciálního přípravku, který si v Morelli vyrobili.

Balení straddle mount konektorů

Ve výrobní lince, na které se osazovaly prototypy MOX C, jsou umístěny dva osazovací automaty za sebou. V jednom se osadí část součástek, ve druhém zbytek. Díky tomu lze zároveň osazovat dva panely, místo jednoho.

Osazená deska po výjezdu z prvního osazovacího automatu

Deska po kompletním osazení SMD součástkami

Pohled na linku, zleva sítotisk a dva osazovací automaty

Osazené desky se pak posílají skrz reflow pec, kde dojde k přetavení pájecí pasty a vodivému spojení jednotlivých vývodů součástek s deskou. V Morelli mají dvě reflow pece, bohužel ta větší, do které vede přepravník v námi používané lince, byla v době naší návštěvy mimo provoz. Mohli jsme si alespoň vyfotit její vnitřní část. Tato větší pec má příkon 45 kW při zahřívání, které trvá 20 minut.

Reflow pec, použitá při výrobě prototypů MOX C, v popředí stojan na feedery pro osazovací automaty

Otevřená reflow pec, na které poběží výroba Turris MOX

Výjezd desek z reflow pece

Po osazení a zapájení všech komponent na SMT linkách přichází na řadu kontrola na AOI – Automated Optic Inspection. Zde je u všech součástek prověřeno, zda jsou správně zapájeny a zda jsou na správných pozicích. Jak AOI funguje je nejlépe vidět z následujícího videa.

Posledním krokem u našich prototypů je osazení ethernetového konektoru. V sériové výrobě půjde o tzv. pájení vlnou, u malého počtu prototypů je výhodnější konektory osadit a zapájet ručně.

Osazené moduly jsou zabaleny do ESD bublinkové folie a odeslány do CZ.NIC do rukou našich vývojářů, kteří je oživí a začnou testovat jejich funkcionalitu. To už je zcela jiný příběh.

Autor: Petr Bílek