Как производятся материнские платы: понимание процесса производства материнских плат

08.09.2021

Вы когда-нибудь задумывались, как делаются материнские платы? Или задумывались, как они на самом деле работают и что заставляет материнскую плату работать?

Что ж, если да, то вы в нужном месте. Все, что вам нужно знать о материнских платах, от компонентов, составляющих печатную плату (PCB), до интеграции портов ввода / вывода, слотов для карт и разъемов, вплоть до упаковки и распределения материнских плат. будут рассмотрены в этой статье.

Мы также дадим вам несколько советов, которые помогут вам определить хорошую материнскую плату, так что давайте перейдем к ней.

ВИДЕО: Как делаются материнские платы?

Что такое материнская плата?

Эта статья на самом деле не о том, что делают материнские платы, поэтому мы будем простыми. Материнская плата соединяет и передает сигналы периферийным устройствам, таким как клавиатура, мышь и монитор. То же самое можно сказать и о ваших компонентах, таких как ваш процессор, графический процессор, оперативная память и другие.

Материнская плата представляет собой большую печатную плату, а различные линии, которые вы видите, представляют собой встроенные медные дорожки. Эти медные дорожки отвечают за соединение ваших различных частей и позволяют общаться между ними.

Думайте о материнской плате как о оркестровом дирижере, соединяющем различные части в идеальной гармонии. На материнской плате вы можете ожидать увидеть стандартные компоненты, такие как конденсаторы, резисторы и VRM, которые управляют электрическим током.

Если вы все еще не понимаете этого, не волнуйтесь, мы собираемся более подробно остановиться на терминологии.

Из чего сделана материнская плата?

Материнская плата в основном состоит из двух материалов:

  • Слои стекловолокна для утепления
  • Медь для образования проводящих путей

Если вам интересно, почему материнские платы делаются послойно, ответ довольно прост: для экономии места.

Укладка 4-8 слоев печатной платы из стекловолокна с медью делает материнские платы значительно меньше. Это также увеличивает скорость обработки данных, поскольку электроны должны перемещаться на меньшее расстояние.

Если вы точно не знаете, что делаете, никогда не просверливайте материнскую плату! Материнская плата состоит из слоев, в которые вставлена ​​медь между стекловолокном. Если бы вы просверлили одну из медных дорожек, это был бы конец вашей материнской платы. Может показаться странным, что об этом вообще упоминается, но были случаи, когда люди пробовали сверлить, чтобы установить новый кулер для вторичного рынка.

Конечно, это не означает, что печатную плату никогда не просверливают; Печатная плата предварительно просверливается еще до того, как она поступит на завод. Просверливание предназначено для монтажных отверстий и сквозных отверстий для крепления и пайки компонентов. Вертикальный доступ к межсоединениям (VIAS) также будет припаян к материнской плате и в основном представляет собой электрические соединения между слоями меди.

Создание основания материнской платы

Все начинается с печатной платы или печатной платы. Слои очень сложных кусочков стекловолокна укладываются / склеиваются вместе со смолой, образуя один сплошной слой.

Затем этот новый единственный слой стекловолокна будет покрыт слоем меди как с верхней, так и с нижней стороны. Затем поверх медного слоя наносится химическое вещество, называемое фоторезистом, светочувствительным материалом, который при воздействии света образует на печатной плате протравленный медью след.

После покрытия меди фоторезистом поверх нее наносится узор, покрывающий определенные части слоя, а затем вся пластина подвергается воздействию ультрафиолетового излучения. Затем плату промывают, чтобы удалить непокрытые части слоя меди, обнажая почти всю материнскую плату.

Когда все будет завершено, начинается собственно процесс производства материнской платы.

Материнские платы производственного процесса

Процесс производства материнской платы по сути разбит на четыре части:

  • Технология поверхностного монтажа (SMT)
  • DIP (двухрядный корпус)
  • Тестирование
  • Упаковка

1. Технология поверхностного монтажа (SMT)

Здесь на материнскую плату припаиваются более мелкие компоненты.

Процесс начинается с того, что печатные платы укладываются в стопку и отправляются машиной одна за другой к усовершенствованному принтеру, который затем следует предварительно размеченному макету перед пайкой компонентов на место.

Материнские платы не отправляются прямо в DIP, потому что их нужно сначала проверить вручную, а затем поместить на встроенный тестер микросхем, чтобы убедиться, что заказанная печать является точной. Если он проходит испытание, его путешествие продолжается.

2. DIP (двухрядный корпус)

Этот процесс начинается с того, что материнские платы помещаются в машину, в которой устанавливаются небольшие конденсаторы. После этого вручную монтируются более крупные компоненты, такие как 24-контактные разъемы и порты ввода / вывода.

Прежде чем материнская плата будет готова к тестированию, она должна пройти ручную проверку, чтобы убедиться, что компоненты установлены правильно.

После ручного осмотра они проходят через тепловую камеру, температура которой, как говорят, достигает 509 ° по Фаренгейту (265 ° Цельсия), чтобы укрепить недавно вставленные компоненты. После этого он будет готов к тестированию.

3. тестирование

Тестирование действительно простое для понимания и, как всегда, важно для контроля качества. Все порты ввода-вывода, линии PCI Express и т. Д. Должны пройти серию тестов, прежде чем они будут помечены как готовые к упаковке.

4. Упаковка и распространение

Процесс упаковки и распространения - это то, где упаковываются кабели SATA, руководство, экран ввода-вывода, программа установки драйверов и почти все, что вы найдете внутри недавно купленной материнской платы.

Материнская плата здесь также будет упакована в антистатический пакет. На этом материнская плата наконец-то готова к распространению.

Части материнской платы

Теперь, когда у вас есть общее представление о процессе производства материнской платы, мы рассмотрим детали, из которых состоит материнская плата в целом.

1. BIOS и CMOS

BIOS или базовая система ввода-вывода - это место, где хранится вся информация и настройки материнской платы. Доступ к нему, его обновление и изменение можно получить в режиме BIOS.

Батарея CMOS (Complementary Metal Oxide Semi-Conductor) отвечает за сохранение всей информации в неприкосновенности при выключении всей системы.

Батарею CMOS можно извлечь для сброса BIOS после неудачного обновления или если вы разогнали свою оперативную память за пределами ее возможностей.

2. Порты ввода / вывода

Также для краткости обычно называют портами ввода-вывода. Эти порты расположены на задней панели компьютера и часто имеют цветовую маркировку.

Ниже представлены порты ввода-вывода и цвета, которые они представляют.

    - Порт разъемаP ink 3,5 мми наушники / гарнитуры /вкладыши - Жирный зеленый порт разъема 3,5 мм - Старые материнские платы оснащены сплошным синим портом VGA на задней панели, но новые материнские платы используют HDMI и черный или белый порт DVI в стандартной комплектации
  • Сетевой кабель Ethernet - бесцветный порт и мышь - порт PS / 2 (клавиатура - фиолетовый; мышь - зеленый)
  • USB-устройства - бесцветный порт USB 2.0; Порт USB 3.0 / 3.1, сплошной синий (да, порты VGA аналогичного цвета, но это только показывает, насколько устарел VGA)
  • Некоторые современные материнские платы имеют разъемы USB C типа

3. Разъем IDE и SATA (разъемы для устройств хранения данных)

К разъемам внутренних устройств хранения данных вы будете подключать устройства хранения, такие как механические жесткие диски и твердотельные накопители. Эти устройства хранения должны быть подключены к материнской плате для отправки и извлечения данных.

Не забывайте: хотя жесткие диски и твердотельные накопители делают одно и то же (хранят данные), существует большая разница между тем, как жесткие диски и твердотельные накопители это делают.

IDE, или Integrated Drive Electronics, используется для подключения дисководов, гибких дисков и жестких дисков. Это 40-контактный штекер для подключения жесткого диска.

По мере развития технологий разъемы IDE устарели. Теперь разъем SATA (Serial Advanced Technology Attachment) является стандартным разъемом с 7-контактным интерфейсом. Несмотря на то, что у него на 33 контакта меньше, это быстрее, чем у разъемов IDE.

4. Разъемы питания

Разъем ATX (Advanced Technology eXtended) (используется в более поздних материнских платах) имеет 20- или 24-контактные гнездовые разъемы. Это самый большой разъем на материнской плате, так как он потребляет необходимое питание непосредственно от блока питания.

Затем SMPS (импульсный источник питания) использует эту мощность для поддержания работы материнской платы.

5. Передние разъемы ввода-вывода.

Здесь вы подключаете переключатель питания, светодиодный индикатор питания, переключатель сброса и светодиодные кабели жесткого диска. Сюда же подключаются передний аудиопорт и передний USB. Эти разъемы обычно расположены в нижней части материнской платы.

6. Разъем ЦП

Разъем ЦП - это место, где установлен ЦП (процессор). Здесь происходит обработка и передача данных. Ваш ЦП - одна из самых важных частей вашего компьютера, поэтому вы часто выбираете материнскую плату на основе совместимости с ЦП, который собираетесь использовать. Для работы ЦП должен быть на 100% совместим с разъемом материнской платы.

7. Слоты для карт расширения.

Слоты для карт расширения предназначены для добавления дополнительных компонентов, таких как видеокарта, сетевая карта, звуковая карта или твердотельный накопитель PCIe. Слоты расположены в нижней половине материнской платы под сокетом ЦП.

Слот для видеокарты

Слот для видеокарты позволяет установить выделенный графический процессор и повысить графическую производительность вашего компьютера больше, чем это сделали бы AMD APU или Intel CPU. Это относится к слотам с высоким объемом данных, таким как слот PCIe или слот AGP. Порты включают, но не ограничиваются (в зависимости от карты):

  • HDMI
  • DVI
  • DisplayPort
  • USB-C

Слот для сетевой карты

Слот для сетевой карты - это то место, куда вы вставляете карту сетевого интерфейса (NIC). Это позволяет подключаться к другим компьютерным сетям через локальную сеть или Интернет. Он имеет порт RJ-45 сзади.

Слот для карты модема

Здесь вы подключаете сетевую карту, чтобы можно было подключиться к Интернету через телефонную линию. Очевидно, это более старая технология, чем вышеупомянутая сетевая карта. Обычно он имеет 2 разъема RJ-11 для подключения к телефону.

Слот для звуковой карты

Вот где подходят звуковые карты. Они преобразуют электрические сигналы в звуковые сигналы или звук, которые мы можем слышать. В зависимости от типа звука сзади могут быть разные типы портов. Но обычно у него есть несколько портов 3,5 мм, используемых для следующего:

8. Слоты RAM (памяти)

Слоты ОЗУ или оперативной памяти - одна из самых важных частей материнской платы.

Слоты RAM, что неудивительно, находятся там, где вы размещаете модули RAM. Есть слот SIMM (одинарный модуль памяти), который поддерживает только 32-битную шину, и есть слот DIMM (двойной встроенный модуль памяти), который может одновременно работать с 64-битной шиной.

DDR3 (двойная скорость передачи данных 3-го поколения) когда-то была стандартом оперативной памяти, но постепенно была заменена на DDR4 (двойная скорость передачи данных 4-го поколения). Хотя DDR3 по-прежнему удивительно эффективен, DDR4 - это новый стандарт.

Когда дело доходит до игр, до сих пор ведутся активные споры о том, нужно ли вам 8 ГБ или 16 ГБ DDR4.

Здесь вы подключаете свой твердотельный накопитель M.2. Слот M.2 считается заменой стандарта mSATA и ранее был известен как форм-фактор следующего поколения (NGFF).

Когда устройства M.2 используют шину PCI вместо шины SATA, они могут передавать данные в шесть раз быстрее, чем стандартный SSD.

Твердотельные накопители M.2 были разработаны для обеспечения высокопроизводительного хранения на компактных устройствах, таких как ноутбуки и планшеты. Устройства M.2 широко считаются лучшими типами хранилищ, поскольку мы видим, что они становятся стандартной функцией и в настольных ПК.

Мы рассмотрели различные разделы материнской платы, с которыми вы, вероятно, будете взаимодействовать во время сборки ПК. Конечно, над материнской платой, которая играет важную роль в работе различных компонентов, работает гораздо больше.

Другие части, такие как наборы микросхем, действуют как узел связи или центр управления трафиком и управляют потоком данных между процессором, памятью и периферийными устройствами. По сути, это основа ПК.

Поскольку эта статья предназначена для обучения сборщиков ПК / геймеров, новых или опытных, давайте взглянем на эти части и их функции:

Чип северного и южного мостов

9. Слот M.2

Чип северного моста подключается непосредственно к ЦП и обеспечивает быструю связь между ЦП и такими чувствительными к производительности компонентами, как видеокарта и системная память.

Он также подключен к микросхеме южного моста, которая также действует как коммуникационный узел. Однако южный мост взаимодействует с менее чувствительными к производительности компонентами, такими как USB-порты, устройства хранения данных, бортовые сети и аудиочипы.

В настоящее время современные процессоры имеют внутри северный мост, поэтому на современных материнских платах северный мост не найти. Это более быстрая и отзывчивая система с меньшей задержкой по сравнению со старым бортовым северным мостом.

Чип южного моста, однако, находится на физической материнской плате, но обычно покрыт радиатором, на котором выгравирован логотип бренда материнской платы.

Другие части материнской платы и их функции

С момента появления серии Intel 5 Intel называет южный мост Platform Controller Hub или PCH, в то время как AMD по-прежнему называет его южным мостом.

ROM чип

ПЗУ или постоянное запоминающее устройство - это место, где хранится важная информация, необходимая для запуска компьютера. Очень сложно (если не невозможно) изменить содержимое ПЗУ.

В отличие от RAM, где информация теряется при отключении питания, ROM сохраняет содержимое, даже когда компьютер выключен. Вот почему ОЗУ считается «энергозависимым», а ПЗУ - «энергонезависимым».

VRM (модуль регулятора напряжения)

VRM, также называемый модулем питания процессора (PPM), представляет собой компонент, который действует очень похоже на блок питания компьютера (PSU). Он снижает напряжение - процесс, который на самом деле происходит несколько раз, прежде чем электричество даже достигнет вашего дома, чтобы обеспечить ЦП точным количеством напряжения, которое ему нужно.

VRM состоит из полевых МОП-транзисторов и дросселей. Мы рассмотрим это подробнее ниже.

Что нужно, чтобы быть хорошей материнской платой?

На этом этапе вы должны иметь достаточное представление о том, как сделаны материнские платы и из каких частей они состоят. Но что нужно, чтобы считаться «хорошей» материнской платой?

VRM (модуль регулятора напряжения)

Прежде чем вы сможете обнаружить материнскую плату с хорошими VRM, вам необходимо сначала ознакомиться с несколькими компонентами, которые составляют всю VRM, а именно с MOSFET и дросселями:

  • MOSFET или полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник - это плоские прямоугольные компоненты, обычно расположенные вокруг сокета вашего процессора. Они отвечают за подачу на ЦП точного напряжения, которое ему нужно.
  • Дроссели обычно расположены рядом с полевым МОП-транзистором и отвечают за стабилизацию токов и конденсаторов в случае внезапного скачка напряжения.

Обнаружить материнскую плату с хорошим VRM сложно, но на самом деле это проще, чем вы думаете, потому что все, что вам нужно сделать, это подсчитать количество дросселей. Каждый штуцер соответствует одной фазе, а большее количество фаз означает лучшую стабильность.

Материнская плата начального уровня с как минимум четырьмя дросселями считается нормой, в то время как материнские платы среднего и более высокого качества имеют как минимум шесть дросселей. На более высоком уровне нередко можно увидеть более восьми дросселей.

Если вы планируете разгон процессора, необходимость выбора этих высококачественных VRM становится еще более важной. Стоит отметить, что многие материнские платы, допускающие разгон, по умолчанию имеют лучшие VRM; Точно так же материнские платы, которые не подходят для разгона, часто имеют худшие VRM, потому что они знают, что вы не будете их подталкивать.

Дизайн

Хорошая материнская плата должна иметь хорошо продуманную конструкцию, так как плохо размещенные компоненты могут отрицательно сказаться на работоспособности вашей системы.

Вы не думаете, что это то, чего вам следует опасаться, поскольку они сделаны профессиональными дизайнерами, но оформление может быть проблемой. Очистка ОЗУ - это то, что мы все должны учитывать при покупке кулера для вторичного рынка. Иногда ваша оперативная память и громоздкий кулер процессора могут блокировать друг друга, вызывая у вас головную боль.

В наши дни дизайн - это уже не только размещение. Теперь материнские платы освещены яркой RGB-подсветкой, броней, ЖК-экранами и ручным управлением!

Набор микросхем

Вам следует обратить пристальное внимание на набор микросхем материнской платы, потому что, как многие согласятся, вам нужны совместимые компоненты!

Наборы микросхем диктуют совместимость с различными компонентами, в первую очередь с процессором. Фактически, наборы микросхем работают только с определенным семейством процессоров. Например, новые чипы Ryzen 3000 будут совместимы только с материнскими платами x470 и x570.

Наборы микросхем диктуют совместимость

Семейство процессоров Поддерживаемые наборы микросхем
Skylake (Intel)Z170, H170, H110, B170, Q150 и Q170
Кабилаке (Intel)Z270, H270, Q270, Q250 и B250
Ryzen (AMD)X470, X570, B350 и B450

Эти наборы микросхем обладают различными функциями, такими как улучшенные возможности разгона и дополнительная фаза питания. Так что, если вы не собираетесь заниматься разгоном, вам, вероятно, удастся обойтись более дешевой материнской платой.

Если вам нужна материнская плата, поддерживающая SLI и возможности разгона, вам нужно найти подходящую материнскую плату для ваших нужд. Сосредоточьтесь на хороших VRM и надежном чипсете, но помните - дорогое не всегда означает лучшее.

Конденсатор

Никогда не покупайте материнскую плату с нетвердыми алюминиевыми электролитическими конденсаторами, потому что они часто заполнены проводящей жидкостью. Даже если они сделаны правильно, материнские платы, в которых используются дешевые конденсаторы, очень подвержены таким проблемам, как утечки или разрывы.

Вот почему всегда здорово получить материнскую плату, в которой используются твердотельные конденсаторы, потому что, в отличие от конденсаторов, содержащих проводящую жидкость, они содержат твердый органический полимер.

Твердотельные конденсаторы могут выдерживать более высокий ток пульсаций, что означает, что они делают материнскую плату более стабильной. Эти типы конденсаторов также могут справляться с большим количеством тепла, делая плату более надежной и продлевая ее срок службы.

Заключительные слова

Теперь вы не только знаете, из чего состоит материнская плата, но и узнали о процессе производства и о том, что именно делает материнская плата хорошей. Вероятно, наиболее несложно понять, как делается материнская плата, но теперь вы должны иметь лучшее представление о том, на что обращать внимание при следующей покупке.

Материнские платы - отличные инструменты, которые, как мы все знаем, необходимы, но также здорово узнать, как эти компоненты объединяют все оборудование.

Еще новости