데스크탑, 그래픽카드, 메인보드는 어떻게 만들어지는가. MSI 공장 견학기

2018.10.23. 13:49:48

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MSI는 10월 15일에 중국 선전(심천)에 위치한 자사 공장에서 신제품 발표회를 열고, 인텔 9세대 코어 프로세서와 지포스 RTX 20 시리즈 그래픽카드를 탑재한 하이엔드 게이밍 데스크탑인 트라이던트 X, 게이밍 앱을 지원하는 게이밍 모니터인 MAG321CQR, MSI 게이밍 모니터 최초로 NVIDIA G-SYNC를 지원하는 NXG251R를 공개했습니다. https://gigglehd.com/gg/3691692

그걸로 끝이었다면 굳이 중국 공장까지 숱한 사람들을 불러올 필요가 없었겠지요. 신제품 발표 후에는 MSI의 생산과 테스트 시설을 공개, 게이밍 데스크탑, 그래픽카드, 메인보드가 어떤 환경에서 어떤 과정을 거쳐 제조되는지를 직접 볼 수 있었습니다. 어떤 회사건 제품을 생산하는 공장은 있겠지만, 그 시설의 규모와 수준에 자신을 갖고 이런 이벤트를 열 수 있는 회사는 많지 않을 겁니다. 그리고 MSI는 그런 회사 중 하나이지요.

MSI 선전 공장 정문. MSI가 소유한 MSI만의 시설임을 알 수 있습니다. 공장을 송유하고, 이를 직접 운용하는 건 보통 큰 일이 아니지요.

공장 건물 정면. 중국어로 MSI 전자라고 써졌네요. 굳이 읽으면 '언스마이' 정도. 제가 중국어는 대충 저렴하게 알아도, 중국인이 생각하는 영어 발음은 그 구조를 도통 알지 못하겠습니다.

입구에서 사람들을 맞이하는 초 거대 용용이. 지금까지 많은 용용이를 봤지만, 그 중에서 가장 예쁘게 생겼습니다.

MSI의 공장은 두 곳이 있습니다. 이번에는 그래픽카드, 메인보드, 데스크탑을 제조하는 중국 선전의 공장을 방문했으며, 중국 쿤산에 위차한 다른 공장은 노트북을 만듭니다. 이제 보니 전에 노트북 공장을 방문할 기회를 놓쳤던게 너무 아깝네요.

공장 모형. ㄷ자 모양의 큰 건물 2개가 생산과 테스트를 진행하는 구역입니다. 뒤의 작은 건물들은 기숙사입니다. 모형으로 보면 감이 잘 안오지만, 무려 20만 제곱m, 6만 500평의 부지 위를 가득 채운 거대 시설입니다. 기숙사에 거주중인 직원들만 해도 수 천명.

선전 공장의 규모. 메인보드는 13개의 생산 라인에서 한 달 160만 장, 그래픽카드는 4개의 생산 라인에서 한 달에 100만 장을 만듭니다. 물론 이건 평균값입니다. 실제 생산 규모는 어떤 제품을 만드느냐에 따라 달라지지요. https://gigglehd.com/gg/3639026

게이밍 데스크탑인 SPB 조립도 긴 라인은 4곳, 셀 라인은 5개가 있고 그 외에 로봇 생산 라인과 서버 메인보드 생산 라인도 따로 있습니다. 물론 생산 외에 테스트와 측정, RMA를 맡은 시설도 빼놓을 수 없지요.

MSI의 생산과 테스트 라인은 모두 국제 표준과 인증을 받았습니다. 쇼룸 한켠에는 이들 인증서를 전시해 둔 공간도 있었지요.

생산 시설을 보기 전에, 우선 어떤 과정을 거쳐서 생산되는지를 간단히 짚고 넘어갑시다. 사실 어떤 회사건 전체적인 생산 과정은 전부 같다고 봐도 무방합니다. 공정 최적화나 문제가 생겼을 때의 대처 방법, 테스트 단계 등에서 차이가 날 뿐이죠.

MSI의 경우 그간 경험을 토대로 생산 설비를 바꾸고 제조 공정을 많이 수정했습니다. 다른 공장에서 흔히 볼 수 있는 기계가 아니라, 오직 MSI를 위해 주문한 기계를 사용하는데 그 설계에만 2년이 걸렸다고 하네요.

사진은 찍지 못했지만 4개의 체임버에 듀얼 레이어 구조를 도입한 시설이라던가, 진공으로 공기 방울을 빨아내 불량을 줄인다던가, 한번에 많은 수의 기판을 운반하는 장비라던가, 인텔이나 IBM 수준의 리플로우 장비까지 갖췄습니다.

SMT, 표면 실장 기술 생산 과정입니다. 작고 얇은 표면 실장형 부품을 기판에 부착하고 납땜해서 제품을 생산하는 것을 가리킵니다. 이 과정은 전부 자동으로 진행되며 사람의 손이 닿을 일이 거의 없습니다. 모든 과정이 기계 안에서 진행되니까 사진을 찍을 것도 별로 없지만요.

우선 회로 프린터가 기판 아래에 회로를 그리면 그 위에 Fuji NXT가 표면 실장형 부품을 올려두고 Rem VXC 834N에서 땜납을 녹여 부품을 기판에 완전히 고정합니다.

그 다음에는 기판 윗면입니다. 회로를 그리고 표면 실장형 부품을 올려 리플로우에서 땜납을 녹이는 건 마찬가지지만, 회로를 그린 후에 SPI에서 납의 도포 상태를 검사하고, 리플로우 후에는 혹시나 회로 이상은 없는지를 검사하는 AOI가 추가됩니다.

다음은 DIP. SMT가 기계로 부품을 꽂는다면 DIP는 사람이 직접 꽂는다는 차이점이 있습니다. 작은 칩이나 부품은 기계가 하는 쪽이 낫지만, 파워 커넥터나 입출력 단자처럼 큰 부품은 사람의 손을 빌리는 쪽이 더 효율적이기도 합니다.

사람이 들어갔다 뿐이지 큰 틀에서 보면 생산 과정 자체는 SMT와 비슷합니다. 우선 부품을 하나하나 손으로 꽂고, 솔더링을 거쳐 부품을 납땜한 후, 기판을 청소하고 광학 검사와 회로 테스트, 전압 테스트, 기능 테스트를 거칩니다.

여기에선 메인보드를 예시로 들었는데, 이 경우엔 CPU 소켓 테스트가 들어가죠(매우 중요). 이후에는 포장과 액세서리를 넣고 출고됩니다. 가끔 운 나쁜 녀석들(?)은 포장이 끝난 걸 다시 꺼내와서 테스트하지요.

그래픽카드나 메인보드에 비하면 게이밍 데스크탑이나 일체형 PC의 조립 과정은 그나마 덜 복잡해 보입니다. 이쪽은 한 대의 컴퓨터를 조립하면 끝나는 일이니까요. 조립 자체는 여러분들도 해보셨겠지요.

물론 다른 점은 있습니다. 가조립 후 조립을 하고, 기능 테스트와 운영체제 실행까지 마친 후 액세서리와 박스 포장을 마칩니다. 이런 제품 중 랜덤으로 뽑아서 테스트를 진행하는 건 메인보드/그래픽카드와 같지요.

공부가 끝났으니 이제 진짜 생산 라인을 들어가 봅시다. 그 전에 옷은 제대로 입어야겠지요. 신발에 커버도 씌우구요.

주의사항을 듣는 중. 실제로 제품이 생산되는 곳이기에 지켜야 할 규칙이 많습니다.

게이밍 데스크탑으로 시작합시다. 앞에 나와있는 케이스를 보면 아시겠지만 트라이던트 X를 한참 만들고 있네요. 트라이던트 X가 어떻게 생겼는지 잊어버리셨다면 이 글을 다시 봐주세요. https://gigglehd.com/gg/3691692

케이스에 시리얼 넘버를 새기는 중.

이제 본격적으로 조립을 시작합니다. 메인보드는 케이스에 넣었고, 그 위에 M.2 SSD와 CPU를 장착합니다. 사진 중앙에 있는 부품들이 CPU와 M.2 SSD입니다.

메인보드는 박스 안에 이렇게 넣어서 가져옵니다. 여기서 메인보드는 '제품'이 아니라 '부품'이니 포장이 화려할 필요가 없겠죠.

라이저 카드입니다. 트라이던트 X는 콘솔 게임기 크기의 케이스에 듀얼 슬롯 그래픽카드를 넣고 분리된 쿨링 공간을 확보하기 위해, 라이저 카드를 이용해 그래픽카드를 수직 장착합니다.

각각의 생산 공정 위에는 생산 부품의 조립 순서를 코팅해서 붙여놨습니다. 숙련된 직원들의 손길이 거침 없어 설명서가 굳이 필요해 보이진 않았지만요.

FSP의 SFX 폼펙터 파워를 넣습니다. 파워에는 이미 고정용 브라켓이 조립된 상태. 크기는 작아도 파워 용량은 650W, +12V 싱글레일 54A에 달하는 물건이었습니다. 9세대 코어 프로세서와 지포스 RTX 20을 감당하려면 이 정도는 넣어 줘야죠.

이제 우리가 생각하는 게이밍 데스크탑과 가까워지고 있습니다.

SATA 케이블.

CPU 쿨러 장착.

지포스 RTX 2070 벤투스 모델입니다.

RGB LED 기판.

조립이 거의 다 끝났네요.

조립은 끝났어도 아직 할 일이 남아 있습니다. 테스트를 해야죠. 트라이던트 X가 줄지어 서있는 광경은 참 장관이더군요.

테스트에는 최적화된 전용 프로그램을 사용합니다. 혹시라도 중요한 데이터가 알려질지 모르니 화면은 모자이크.

다른 쪽에서는 게이밍 모니터나 모니터 일체형 데스크탑 PC도 생산 중이었습니다. 화면에 상처기 나지 않도록 부드러운 재질로 깔아두고 작업하는군요.

큐비 미니 PC를 테스트하는 곳. 큐비처럼 크기가 작고 들어가는 부품이 많지 않은 제품은, 생산 라인을 나누지 않고 한 사람이 하나의 제품을 책임하고 조립하는 게 더 효율이 좋습니다.

테스트가 끝나면 포장으로 이어집니다.

사이렌 소리를 내며 지나가는 자동 카트. 바닥에 그려진 선을 따라 움직이더군요. 부품이나 조립이 끝난 제품을 운반합니다.

추가 테스트나 제품을 수리하는 공간.

MSI 공장 직원들이 사용하는 시스템은? 당연히 MSI입니다. 모니터만 올려둔건가 했는데 전부 일체형 PC였군요.

그 다음은 그래픽카드와 메인보드를 생산하는 라인입니다. 사진 한 장에 전부 들어오지 않는 방대한 규모를 자랑합니다. 여기에 여러 라인이 나뉘어져 있지요.

그래픽카드의 생산 과정입니다. 솔더 페이스트 프린터에서 기판을 뽑아 검사를 하고, 표면 실장형 부품을 기판 뒷면에 올린 후 땜납을 녹여 광학식 자동 검사를 통과하면 뒷면은 생산 끝. 이제 기판을 뒤집어서 다시 솔더 페이스트를 바르고 부품을 올린 후 녹입니다. 광학식 검사와 X 레이 검사를 마치면 SMT 공정이 끝납니다.

DIP 단계에선 기판에 부품을 끼울 자리를 넣어 부품을 손으로 삽입합니다. 땜납을 녹이기 전에 광학식 검사를 거치고 붙인 후에도 검사를 한번 더 합니다. 부족한 부분이 있다면 수작업으로 처리하고 자동 부품 검사와 테스트, 추가 조립과 사진 테스트가 끝나면 포장해서 무개를 측정해 누락된 건 없는지 확인합니다. 이 중 일부는 포장이 끝난 걸 다시 뜯어서 샘플을 테스트합니다.

그래픽카드 제조 라인 A2A부터 시작해 봅시다.

기판을 준비하고 검사합니다.

기판이 나와서 다음 공정으로 전달 중.

저기 MSI라고 써진 건 장식이 아니라, 주문 설계와 최적화를 거쳐 MSI에서만 사용하는 장비라 그렇습니다.

검사가 끝났으면 다음 단계로 넘어갑니다.

땜납이 잘 됐는지를 검사합니다.

아직까지는 그냥 그래픽카드 기판일 뿐. 이제 부품을 넣을 때가 됐습니다.

뭔가 누르면 안 될것 같은 빨간 버튼이 달린 장비에-

기판이-

들어갑니다.

작은 크기의 표면 실장형 부품들을 테이프(?)에 붙여서 돌돌 말아놨습니다.

이 테이프를 기계에 끼워두면 필요한 위치에 하나씩 올려둡니다.

그리고 아주 긴- 기계를 통과하면서 땜납을 녹여 부품을 기판 위에 붙입니다.

비어있던 기판 위에 부품들이 붙어 있지요? 자잘한 저항이나 콘덴서, 작은 칩이 보입니다.

이걸로 기판 아래 조립 끝!... 이 아니라, 제대로 붙었는지 또 일일이 검사를 합니다. 뭐 하나 조립했다 하면 무조건 검사에요. 마지막에 몰아서 검사한다던가 그런 일은 없습니다.

정상 판정을 받았다면 이제 기판을 뒤집어서, 기판 윗면에도 부품이 자리잡을 위치에 땜납을 발라줍니다.

그리고 다시 부품을 올립니다.

이번엔 좀 더 가까이에서.

다양한 부품이 감겨있는 릴.

이건 좀 큰 부품이네요. 부피가 제법 있는 캐패시터입니다.

뭔가 특별히 비범하게 생긴 기계입니다.

짜잔. GPU를 올렸군요. 특별히 크고 중요한 부품이라 그런가 움직이지 않도록 가이드도 임시로 올려뒀습니다.

아무리 봐도 저 검은색 가이드 위에는 GPU가 가득 담겨있었을 것 같네요.

정말 큰 부품들만 따로 관리하는 테이프입니다. HDMI나 디스플레이포트 단자도 다 여기에 있습니다.

이제 녹여서 붙여야죠. 이 기계는 특별히 길어서 다 찍는 걸 포기했습니다. 높은 온도로 부품을 붙여야 하는데 기계 주변은 그리 뜨겁지 않더군요. 바깥 공기가 들어가면 온도가 변할테니 지극히 당연한 조치일지도.

다음 단계로 이동 중. 아직까지는 그래픽카드보다 기판에 더 가깝네요.

더 큰 부품들을 붙여야 하니, 기판이 움직이지 않도록 전용 틀에 맞춰 고정해 줍니다. 그래야 큰 부품을 끼울 구멍을 뚫을 때 기판이 움직이지 않겠지요.

보조전원 포트.

틀에서 그래픽카드를 떼어냅니다.

기판을 채울 마지막 부품들입니다.

조립 중.

몇몇 부품들을 더 붙여야 하지만 이제 누가 봐도 그래픽카드가 됐습니다. 기판 위의 구성을 보아하니 MSI 지포스 RTX 2080 게이밍X 트리오 8GB 트라이프로져 https://gigglehd.com/gg/3533871 같네요.

또 검사중.

땜납을 녹이는 장비. 하지만 정작 납은 없습니다. lead free잖아요. 더 이상 납을 쓰지 않는데 '땜납'이라고 부르는 것도 좀 아이러니합니다.

그래픽카드의 중요 부분은 이제 조립이 끝났습니다.

이 쯤에서 한번 조립 라인을 돌아보기. 이게 한 중간 쯤 될겁니다. 얼마나 긴지 감이 오시나요?

여기서부터는 사람의 손으로 작업합니다.

브라켓을 끼우거나 쿨러 나사 위치에 와셔를 붙이고.

백플레이트와 방열판을 부착합니다.

쿨러까지 올리면 그래픽카드가 완성됩니다. 그러나 이 상태로 출고되진 않습니다.

가장 압권이었던 곳은 이 그래픽카드 테스트였습니다. 하이엔드 그래픽카드가 일제히 테스트를 진행하는 이 장면은 위압감을 넘어 경외심까지 들 정도더군요.

전부 다 다른 플랫폼에서 테스트합니다. 메인보드 위에 칩셋이 써져 있네요.

화면 내용은 이번에도 모자이크 처리.

테스트하는 모델도 제각각입니다만, 새로 나온 지포스 RTX 20 시리즈를 주로 생산/테스트 중이었습니다.

테스트 장비의 뒤쪽. 숱한 전원 케이블이 이어져 있군요.

이제 그래픽카드를 공장 밖으로 보낼 때가 됐습니다. 워런티 보이드 스티커를 붙이고 정전기 방지 비닐 봉투에 포장합니다.

확장 슬롯이나 포트의 보호 케이스와 박스.

매뉴얼과 드라이버 CD는 미리 준비해 놨습니다.

박스에 넣는 중. 액세서리 박스를 일부러 비스듬하게 끼워두고 마지막에 지지대를 끼워 넣나 봅니다.

그래픽카드 박스는 더 큰 박스에 넣어 운반합니다.

그리고 공장 밖으로.

이제 메인보드를 조립할 차례입니다. 기판 뒷면에 땜납을 인쇄하고 표면 실장형 부품을 올려 리플로우 머신에서 고정합니다. 다음에는 기판을 뒤집어 같은 작업을 수행하고 광학식 검사와 X 레이 검사를 진행하면 SMT 공정이 끝납니다. DIP도 부품을 넣을 자리를 만들어 부품을 올리고 검사를 진행합니다.

자동 기능 테스트와 액세서리 조립, 전압과 기능 테스트가 끝나면 특별히 CPU 소켓 테스트를 가장 마지막에 수행하고 전체 기판의 사진을 찍어 마지막 확인을 합니다. 이후 무게를 재서 빠진 부분은 없는지를 측정하고, 일부 샘플을 뽑아 한번 더 검사합니다.

메인보드 생산 라인. 전체적인 모습은 그래픽카드 라인과 같습니다.

시작은 땜납 자리를 준비하는 것부터.

메인보드가 나왔습니다. 생산하는 부품이 다를 뿐이지, 분위기는 그래픽카드 제조 라인과 비슷합니다.

그래픽카드 제조 라인에서 봤던 그 기계. 여기서도 솔더 페이스트를 바르고 있습니다.

다음 공정으로 넘어가는 메인보드 기판.

솔더 페이스트가 잘 발라졌는지를 검사 중. 사진을 찍어서 비교하는 방법을 씁니다.

이제 DIP 부품들을 올려야죠. 우선 작은 것부터.

다음은 큰거. 메인보드 쪽에 들어가는 부품들이 좀 더 다채롭습니다.

더 큰 부품을 넣는 기계로 보입니다. 이 기계까지 지나가면-

이렇게 굵직한 부품들이 올라가거든요. 칩셋과 메인보드 소켓 자리는 여기서 잡아놨네요.

표면 실장형 부품을 처리하는 기계. 기계 옆에는 여분의 릴을 꽂아놨습니다. 그래야 재고를 바로바로 보충하지요.

릴 테이프를 고정하는 가이드.

땜납을 녹여 올려진 부품들을 고정합니다. 이 공정의 온도 제어 기술도 많은 노하우를 쌓아 개선해 나갔다네요.

점점 메인보드에 가까워지고 있습니다. 다만 아직은 마이크로 ATX 폼펙터 메인보드라는 것 까지만 알 수 있군요.

여기서 한번 더 테스트. 공정이 바뀔 때마다 테스트는 필수입니다.

백패널의 큼직한 포트들을 채워 넣습니다.

SATA 포트와 그 주변의 캐패시터를 끼워 넣습니다. 여기서 제가 잠깐 자리에 앉아 조립을 해봤는데 참 정신이 없더군요. 끊이없이 밀려오는 물량에 맞춰 부품을 하나씩 꽂아 넣다보니 시간 감각을 잃어버려서, 옆에서 재촉하신 후에야 겨우 일어났어요. 작업 내용 자체는 간단합니다. 세 손가락에 골무를 끼우고, 극성에 맞춰 부품을 꽂으면 됩니다.