Процесс производства материнских плат – как создают компьютеры

Россия+7 (910) 990-43-11
Обновлено: 2020-03-28

Задумывались ли вы когда-нибудь, как создаются материнские платы компьютеров? Если да, то вы находитесь в правильном месте. Всё, что вам нужно знать о материнских платах – от компонентов, составляющих печатную плату, до интеграции портов ввода-вывода, слотов для карт и разъемов, вплоть до упаковки и распределения материнских плат – будет рассмотрено в этой статье.

Мы также дадим вам несколько советов, которые помогут вам найти хорошую материнскую плату.

Что такое материнская плата?

Эта статья, на самом деле, не о том, для чего нужны материнские платы, поэтому мы будем говорить проще. Материнская плата объединяет и передает сигналы между периферийными устройствами, такими как клавиатура, мышь и монитор. То же самое можно сказать и о ваших компонентах, таких как процессор, видеокарта, оперативная память и другие.

Стандартная материнская плата компьютера

Материнская плата – это, по сути, большая печатная плата, а различные линии, которые вы видите, представляют собой встроенные медные дорожки. Эти медные дорожки отвечают за соединение различных компонентов и позволяют установить связь между ними.

Думайте о материнской плате как о дирежёре оркестра, объединяющем различные части в прекрасной гармонии. На материнской плате вы можете увидеть стандартные компоненты, такие как конденсаторы, резисторы и VRM, которые управляют электрическим током.

Из чего сделана материнская плата?

Материнская плата, в основном, состоит из двух материалов:

  • Слоя из стеклопластика для основы
  • Меди, чтобы сформировать токопроводящие пути

Если вам интересно, почему материнские платы сделаны слоями, ответ довольно прост: экономия места.

Укладка 4-8 слоев медно-встраиваемой платы из стекловолокна делает материнские платы значительно меньше. Это также увеличивает скорость обработки данных, поскольку электронам нужно преодолевать меньшее расстояние.

Вы никогда не должны сверлить свою материнскую плату! Материнская плата состоит из слоев, которые проходят между слоев стекловолокна. Если вы просверлите одну из медных линий, это будет конец вашей материнской платы. Может показаться странным, что об этом даже упоминают, но были случаи, когда люди сверлили материнские платы, чтобы получить возможность закрепить дополнительный кулер.

Конечно, это не означает, что печатная плата никогда не сверлится; основу материнской платы сверлят предварительно, до того как она прибудет на завод. Сверление предназначено для монтажных отверстий и отверстий крепления и пайки компонентов.

Создание базы материнской платы

Всё начинается с печатной платы. Слои очень сложных кусочков стекловолокна складываются / склеиваются вместе со смолой, образуя один твердый слой.

Этот новый единственный стекловолоконный слой будет затем покрыт слоем меди с верхней и нижней сторон. Химическое вещество, называемое фоторезистом, образует на плате медный след при воздействии света, затем наносится поверх слоя меди.

После нанесения меди на фоторезист, поверх него наносится рисунок, покрывающий определенные части слоя, перед тем как подвергнуть всю плату воздействию ультрафиолетового излучения. Затем плату промывают, чтобы удалить непокрытые части медного слоя, обнажая почти полную материнскую плату.

Когда всё закончено, начинается процесс производства материнской платы.

Процесс производства материнских плат

Процесс производства материнской платы по существу разбит на четыре части:

  1. Технология поверхностного монтажа (SMT)

    Включает припайку мелких компонентов на материнскую плату. Процесс начинается с того, что печатные платы укладываются и проталкиваются машиной одна за другой в усовершенствованный принтер, который, следуя указанной схеме, припаивает компоненты на места.

    Затем материнские платы проверяют вручную и помещают на встроенный чип-тестер, чтобы убедиться, что печать компнентов была выполена достаточно точно. Если испытание завершается успешно, процесс сборки продолжается.

  2. DIP

    Этот процесс начинается с установки материнских плат в машину, которая устанавливает небольшие конденсаторы. После этого устанавливаются более крупные компоненты, такие как 24-контактные разъемы и порты ввода-вывода, – это делают вручную.

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

    После ручного осмотра они отправляются в термокамеру, которая нагревает её до 265° по Цельсию, чтобы усилить недавно припаянные компоненты. После этого она будет готова к тестированию.

  3. Тестирование

    Тестирование, как легко понять, важно для контроля качества. Все порты ввода/вывода, PCI Express Lanes и т.д. должны пройти серию тестов, прежде чем они будут помечены готовыми к упаковке.

  4. Упаковка и распространение

    Процесс упаковки и распространения – это объединение в одной коробке кабелей SATA, руководства, экрана ввода/вывода, установщика драйвера и почти всего, что вы найдёте вместе с недавно приобретенной материнской платой.

    Материнская плата также будет упакована в антистатический пакет. Теперь материнская плата готова к распространению.

Части материнской платы

Теперь, когда у вас есть общее представление о процессе изготовления материнской платы, мы рассмотрим части, которые формируют материнскую плату.

Главные части материнской платы компьютера – схема

  1. BIOS и CMOS

    BIOS или Basic Input Output System – это место, где хранится вся информация и настройки для материнской платы. Он может быть доступен, обновлен и изменен в режиме BIOS.

    Батарея CMOS (дополнительный металлооксидный полупроводник) – это то, что отвечает за сохранение всей информации в целости и сохранности, когда вся система выключена. Батарея CMOS может быть удалена для сброса BIOS после неудачного обновления или если вы разгоняете свою оперативную память сверх её возможностей.

  2. Порты ввода / вывода

    Эти порты расположены на задней панели компьютера и часто имеют цветовую кодировку.

    Ниже приведены порты ввода / вывода и цвета, которыми они представлены:

    • Микрофон – розовый разъём на 3,5 мм
    • Колонки и наушники – зеленый разъём 3,5 мм
    • Монитор – старые материнские платы оснащены синим VGA-портом на задней панели, но более новые материнские платы используют HDMI, DisplayPort и черный или белый DVI-порт в качестве стандарта
    • Сетевой кабель Ethernet – безцветный порт
    • Клавиатура и мышь – порт PS/2 (клавиатура – фиолетовый; мышь – зелёный)
    • USB-устройства – бесцветный порт USB 2.0; синий порт USB 3.0/3.1 (да, порты VGA аналогичного цвета, но это показывает, насколько устарел VGA). Некоторые современные материнские платы оснащены разъемами типа USB C
  3. Разъёмы IDE и SATA (для устройств хранения)

    Внутренние разъемы запоминающих устройств – это «розетки», к которым вы будете подключать свои запоминающие устройства, такие как механические жесткие диски и твердотельные накопители. Эти устройства хранения должны быть подключены к материнской плате для передачи и извлечения данных.

    Не забывайте: хотя жесткие диски и твердотельные накопители выполняют одну и ту же функцию (хранят данные), существует большая разница между тем, как жесткие диски и твердотельные накопители выполняют это.

    IDE или Integrated Drive Electronics используется для подключения дисководов, дискет и жестких дисков HDD. Это 40-контактный разъём.

    По мере развития технологий разъёмы IDE устарели. Сегодня разъём SATA (Serial Advanced Technology Attachment) является стандартным разъемом с 7-контактным интерфейсом. Несмотря устранение 33 контактов, он намного быстрее, чем разъёмы IDE.

  4. Разъемы питания

    Разъём ATX (Advanced Technology eXtended) (встречается в более поздних материнских платах) имеет 20- или 24-контактные гнезда. Это самый большой разъем на материнской плате, поскольку он потребляет питание непосредственно от блока питания.

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

  5. Передние разъёмы ввода / вывода

    Здесь вы подключаете выключатель питания, светодиодный индикатор питания, переключатель сброса и кабели светодиодов жесткого диска. Передний аудиопорт и передний USB также подключаются здесь. Эти соединения обычно расположены в нижней части материнской платы.

  6. Разъём процессора

    Сокет CPU – это то место, куда устанавливается процессор. Здесь происходит обработка и передача данных. Центральный процессор является одной из наиболее важных частей вашего компьютера, поэтому материнскую плату часто выбирают в зависимости от совместимости с ЦП, который вы намереваетесь использовать. Процессор должен быть на 100% совместим с разъемом материнской платы.

  7. Слоты для карт расширения

    Слоты для карт расширения – это разъёмы, в которые подключаются дополнительные компоненты, такие как видеокарта, сетевая карта, звуковая карта или PCIe SSD. Слоты расположены в нижней половине материнской платы под разъёмом процессора.

  8. Слоты RAM (оперативная память)

    Слоты ОЗУ или оперативной памяти являются одной из самых важных частей на материнской плате.

    Слоты оперативной памяти, что неудивительно, это место куда подключаются модули оперативной памяти. Существует слот SIMM (модуль памяти с одним входом), который поддерживает только 32-битную шину, и слот DIMM (модуль памяти с двумя входами), который может работать с 64-битной шиной.

    DDR3 (удвоенная скорость передачи данных 3-го поколения) когда-то был стандартом ОЗУ, но его постепенно заменил DDR4 (удвоенная скорость передачи данных 4-го поколения). Не за горами распространение стандарта DDR5.

    В этом же разделе следует упомянуть о слоте M.2. Слот M.2 считается заменой стандарта mSATA и ранее назывался форм-фактором следующего поколения (NGFF). Когда устройства M.2 используют шину PCI вместо шины SATA, они могут передавать данные в шесть раз быстрее, чем стандартный SSD.

  9. Чип северного и южного мостов

    Расположение северного и южного мостов на материнской плате компьютера

    Чип северного моста будет подключен непосредственно к центральному процессору и обеспечивает быструю связь между процессором и чувствительными компонентами, такими как видеокарта и системная память.

    Он также подключен к чипу южного моста, который выступает в качестве коммуникационного узла. Но, южный мост взаимодействует с менее чувствительными к производительности компонентами, такими как порты USB, устройства хранения данных, бортовые сети и аудиочипы.

    В настоящее время современные процессоры имеют северный мост внутри, поэтому вы не найдёте северный мост на современных материнских платах. Это более быстрая и более отзывчивая система, которая имеет меньшую задержку по сравнению со старым бортовым северным мостом.

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

Мы рассмотрели различные разделы материнской платы, с которыми вы можете взаимодействовать во время сборки вашего ПК. Конечно, на материнской плате гораздо больше элементов, которые играет важную роль в работе различных компонентов.

Другие части, такие как наборы микросхем, выступают в качестве коммуникационного узла или центра управления трафиком и управляют потоком данных между процессором, памятью и периферийными устройствами.

Другие части материнской платы и их функции

ROM Chip

ROM или постоянная память – это место, где хранится важная информация, необходимая для запуска компьютера. Очень сложно (если не невозможно) изменить содержимое ПЗУ.

В отличие от ОЗУ, где информация теряется при отключении питания, ПЗУ сохраняет содержимое даже при выключении компьютера. Вот почему RAM считается «энергозависимой», а ROM «энергонезависимой».

VRM (модуль регулятора напряжения)

VRM, также называемый модулем питания процессора (PPM), представляет собой компонент, который действует очень похоже на блок питания компьютера (PSU). Он сбрасывает напряжение, прежде чем поток электронов достигает точки назначения, чтобы обеспечить процессор точным количеством напряжения, в котором он нуждается.

Что нужно хорошей материнской платой?

На этом этапе вы должны иметь достаточное понимание того, как создаются материнские платы и какие части их составляют. Но что нужно, чтобы материнская плата считалась «хорошей»?

VRM (модуль регулятора напряжения)

Прежде чем вы сможете определить материнскую плату с хорошими VRM, вам необходимо сначала ознакомиться с несколькими компонентами, составляющими весь VRM, а именно MOSFET и Chokes:

  • MOSFET или полевые транзисторы – металл-оксидные полупроводники, представляющие собой плоские прямоугольные компоненты, обычно расположенные вокруг разъема центрального процессора. Они отвечают за снабжение процессора точным объёмом напряжения, в котором он нуждается
  • Chokes обычно расположены рядом с МОП-транзисторами и отвечают за стабилизацию токов и конденсацию в случае внезапного скачка напряжения

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

Материнская плата начального уровня, которая имеет, по крайней мере, четыре chokes, считается нормальной, в то время как материнские платы среднего и высокого качества имеют от шесть chokes.

Если вы планируете разгонять процессор, необходимость выбора высококачественного VRM становится более важной. Стоит отметить, что многие из материнских плат, которые позволяют разгон, по умолчанию имеют лучшие VRM; аналогично, материнские платы, которые не предназначены для разгона, часто имеют упрощенный VRM.

Дизайн

Хорошая материнская плата должна иметь хорошо продуманный дизайн, так как плохо размещенные компоненты могут оказать негативное влияние на работоспособность вашей системы.

Расположение ОЗУ – это то, что мы все должны учитывать при покупке кулера для процессора. Иногда оперативная память и громоздкий процессорный кулер могут блокировать друг друга.

Дизайн в наши дни – это не только размещение компонентов. Современные материнские платы подсвечиваются яркой RGB-подсветкой, имеют ЖК-экраны и элементы ручного управления!

Набор микросхем

Вы должны обратить пристальное внимание на чипсет материнской платы, потому что, как многие согласятся, вам нужны совместимые компоненты!

Чипсеты определяют совместимость с различными компонентами, особенно с процессором. Фактически, чипсеты работают только в пределах определенного семейства процессоров. Например, новые чипы Ryzen 3000 будут совместимы только с материнскими платами x470 и x570.

Чипсеты обладают различными функциями, такими как лучшая разгонная способность и дополнительная фаза питания. Так что, если вы не собираетесь разгонять компьютер, вероятно, можете обойтись более дешевой материнской платой.

Если вам нужна материнская плата с поддержкой SLI и возможностями разгона, вам нужно найти подходящую материнскую плату для ваших нужд. Сосредоточьтесь на хорошем VRM и надежном чипсете, но помните – дорого не всегда значит лучше.

Конденсаторы

Никогда не приобретайте материнскую плату с нетвердыми алюминиевыми электролитическими конденсаторами, потому что они часто заправлены проводящей жидкостью. Даже если всё сделано правильно, материнские платы, которые используют дешевые конденсаторы, очень подвержены проблемам, таким как утечки или разрывы.

Вот почему всегда замечательно иметь материнскую плату, которая использует твердотельные конденсаторы, потому что, в отличие от конденсаторов, которые содержат проводящую жидкость, они содержат твердый органический полимер.

Твердотельные конденсаторы могут выдерживать более высокий пульсационный ток, что означает, что они делают материнскую плату более стабильной. Конденсаторы этих типов также могут справляться с большим количеством тепла, делая плату более надежной и продлевая срок её службы.


Теперь вы не только знаете, из чего состоит материнская плата, но и узнали о процессе производства и о том, что именно делает материнскую плату хорошей.


5.0/1