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工程师教你挑主板

时间：2009-07-21 08:50:26 Tag： 过孔电镀系统 点击： 22

树脂变主板全揭密！工程师教你挑主板

发布日期：2006年01月06日作者：工作狂人编辑：钟杨

编者注：由于一块主板的生产较为复杂，涉及的知识点比较多，所以请大家耐心仔细阅读，我们也将在文中参插选购主板方面的知识，不管是菜鸟还是高手，无论你是否参观过主板工厂，此次阅读将带给你全新的感受，本文是参观日记也是学习资料，希望你阅读完文章后从文中受益，我们也希望在认真阅读后能看到你中肯的回复，做好主板难，做不被消费者骂的主板更难。

随着主板的种类越来越多，对于不太熟悉电脑，或者是刚跨入电脑的门槛的朋友来说，去购买一块主板的确是一件挺烦心的事儿，当一位商人拿一块主板跟你说“你看，这是某某芯片组采用某某高档电容，看着走线，可绝对是一线大厂”，听到这话，可就完了，说听不懂肯定会被耻笑为菜鸟，说懂心里还可真悬。

别怕，本文将带领你杀入主板工厂，通过一系列详细的主板制造流程，边看边学，这一次，小编目的就是想把你打造成硬件高手，下一次，没有谁再敢忽悠你！高手们，你也别走开，其中还有很多你不知道的秘密，本次也让你一次吃透。过去我们有看过从钢板变宝马汽车的过程，今天我们去了解树脂如何变主板。

阅读本文你将获得以下两点的增长：

1、深入了解主板制造过程（好奇，主板是如何诞生的）

2、学会如何在市场挑选一块出色的主板（好主板与好生产分不开）

3、了解品牌与杂牌主板产品价格和性能差异（设计用料、制造工艺、检测手段带来差异）

下面我们先对主板制造有一个大致的了解，这样更为方便后面的阅读。

Intel、AMD处理器共存！PF88极致双子星主板－技术创新奖

■主板生产概述

一块主板是如何诞生的？

主板生产大致需要5个大步骤，生产组装流程如下：
PCB和元器件的检验——SMT贴片生产线——DIP插件生产线——在线成品检测——包装和抽检

一句话表达：一块光秃秃的PCB电路板上用SMT（Surface Mounted Technology表面贴装）工艺的机器将芯片全都“贴”上去，再用手把电容、CPU内存插槽通通给我安上，最后通过波峰/回流焊接工艺将每一个件牢牢固定在电路板上，于是一块主板诞生了。

是不是很简单啊？带着轻松的心情一边看一边学习吧，咱们上路！

本次目标，精英主板工厂。

目的地：深圳，精英主板工厂

可能很多人特别是玩家对精英主板有偏见，希望本次参观大家抱着平常的心态去看，最后看到很多也学到很多。2001年9月13日就参观过精英主板工厂，精英也又当初2001年的1500万片/年，而现在已经年突破2600万片，改变是巨大的，所以本次参观一定会让我们看到诸多的改变，过去有参观过工厂的朋友也可别走开哦。

精英ECSM（ECSMANUFACTURING）主板现在有三家大型工厂，它们分别是加工加工接插件及机箱的隆腾厂（Connector/Cable），还有制造PCB板的鑫华宝讯（PCBFactory），主板的鑫茂厂（M/BFactory），而本次参观的是后两个工厂，PCB与主板的制造。

工厂地图

作为全球主要的IT配件供应商之一，只有自行生产零配件，才能有效的控制成本，这就是所谓的“垂直整合”优势。节约成本无论从，工厂的成本无处鑫茂距罗湖仅40分钟路程，踞龙华仅50分钟路程，距深圳国际机场仅75分钟路程，这里的主板一般通过海运及空运销往世界各地，旺季多用空运。

一开始我们想做一个整体的介绍。

为什么精英主板可以卖得如此便宜？透过主板生产看成本控制

在介绍完主板的生产以后，你以后不会再说便宜就是质量差，还有更多的原因，厂商的实力雄厚，能有效控制生产成本，这是本次参观，希望大家能够看到的。好的主板就是在“好”的基础上，价格便宜。

精英主板，为什么他们的产品总能够卖出很低的价格，但品质却相当不错。除了在营销、原料采购等方面具有很大的优势外，积极整合上游资源绝对算最重要的策略。

由于保税区内的精英工厂基本上要负责全球产品的供货，因此当初选址必须利于生产，而且要具备空港码头，便于货运。

精英实施垂直整合式的采购和生产，生产主板、笔记本电脑所需的PCB板、接插件、线缆、模具皆由精英旗下的工厂或者关系企业提供，不但有利于控制成本和质量，而且效率也高，比如为精英生产PCB板的宝讯、生产模具和接插件、线缆的隆腾等均在左近，甚至只需一个小时就可以将材料备妥。鑫茂的位置也很方便运输，从楼顶望去发现港口原来近在咫尺，码头上的大量集装箱清晰可见。

众所周知，主板制造需要规模化生产，同时由于所涉及的配件品种繁多，因此单独一个精英组装生产线转移到大陆是没有意义的，据ECS方面介绍，目前精英在深圳、东莞等地陆续设立了主板厂、接插件厂以及PCB板厂，与主板制造相关的配件产品一小时内便可完成配送，全力保障板卡产品的生产。

由于有了大规模的生产，加之精英整个产业链都设置在了深圳，主板的制造成本也得到了很好控制。综合上述两点优势，我们也就在市场里看到了物美价廉的精英主板。

工厂简要介绍

精英电脑成立于1987年，并于1994年在台湾上市，1988年至1996年间逐渐建立了全球销售通路，2000年达到月产能1，000，000片主板，2002年达到月产能2，200，000片主机板，成长为全球最大的主机板设计制造兼销售供应商，目前精英产品包括各种主板、移动PC、笔记本电脑、准系统、显卡、LCD一体机和信息化家电产品等，而为了增强产品竞争力，除研发部门仍然留在台湾外，精英已将鑫茂主板厂全部转移到内地来，实现了所有主板100%国产。

精英主板在市场里的铺货量相当大，而且由于性价比出众，占据了绝大多数的低端市场，在本次参观工厂之前，ECS工厂的相关人士已经就精英的产能进行了介绍，目前精英位于沙头角保税区内的鑫茂生产基地有67条SMT线、18条手插线、18条测试包装线和两条试产线，厂房面积11.4万平方米，约7200名员工，正品板卡月产能220万、附加卡和小板的月产能150万。

为什么要了解PCB的制造呢？

了解PCB板的制造，第一我们可以在购买主板的时候学会比较，如果购买到一块相同效能而售价更便宜的主板，花好每一分钱。第二，我们也可以在购买主板的时候比较各品牌厂商间的能力，PCB的做工不能忽略哦。

花园工厂

下面我们来走入精英鑫华宝讯PCB制造工厂，它也是迄今为止国内最大的PCB板制造基地之一，在进行参观介绍之前，我们先介绍一下一家典型的PCB工厂其生产流程，如下所示：
下料→内层制作→压合→钻孔→镀铜→外层制作→防焊漆印刷→文字印刷→表面处理→外形加工。

简单来说，PCB的制造过程由玻璃环氧树脂(Glass Epoxy)或类似材质制成的PCB“基板”开始。制作的第一步是光绘出零件间联机的布线，其方法是采用负片转印(Subtractive transfer)的方式将设计好的PCB线路板的线路底片“印刷”在金属导体上。

宽敞的厂区

主板的PCB大都是4层的。制造的时候是先将中间两层各自碾压、裁剪、蚀刻、氧化电镀后，这4层分别是元器件面、电源层、地层和焊锡压层。再将这4层放在一起碾压成一块主板的PCB。

宝讯CEO办公室内悬挂的座右铭，成功含义

开放式的办公环境，团队沟通显得很重要

宝讯工厂的效率标准

工厂内标示的PCB制造流程

接着打孔、做过孔。洗净之后，将外面两层的线路印上、敷铜、蚀刻、测试、阻焊层、丝印。最后将整版PCB（含许多块主板）冲压成一块块主板的PCB，再通过测试后进行真空包装。

小常识：PCB（印刷电路板）的原料是什么呢？

大家知道有种东西叫"玻璃纤维"，这种材料我们在日常生活中出处可见，比如防火布、防火毡的核心就是玻璃纤维，玻璃纤维很容易和树脂相结合，我们把结构紧密、强度高的玻纤布浸入树脂中，硬化就得到了隔热绝缘、不易弯曲的PCB基板了--如果把PCB板折断，边缘是发白分层，足以证明材质为树脂玻纤。然后呢？光是绝缘板我们可不能传递电信号，于是需要在表面覆铜。所以我们把PCB板也称之为覆铜基板。在工厂里，常见覆铜基板的代号是FR-4，这个在各家板卡厂商里面一般没有区别，所以我们可以认为大家都处于同一起跑线上，当然，如果是高频板卡，最好用成本较高的覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。

这一部分主要通过对电路板的设计，可以帮助你在选购主板中。

因为没有得到参观，所以主要以文字来进行讲解。印制线路板、单面印制线路板、双面印制线路板、多层印制线路板、挠性印制线路板。

双面印制线路板/double side printed wiring board

指两面都有导电图形印制板。通常使用的基材是环氧玻璃布板、环氧酚醛玻璃布板和环氧纸板。这些基材适用于电性能要求较高的通信机、电子计算机和仪器仪表。由于双面布线，且一般两面的导电图形借助金属化孔进行连接，所以有布线密度较高，使用方便的特点。根据不同的要求，其制作方法可采用丝印法或光化法。

电路板设计

   一般而言，印制电路板设计最基本的完整过程大体可分为以下三个步骤：
    1、原理图的设计：
    原理图的设计主要是利用protel 99的原理图设计系统（Advanced Schematic）绘制一张电路原理图。设计者应充分利用protel 99所提供的强大而完善的原理图绘图工具、测试工具、模拟仿真工具和各种编辑功能，来实现其目的，最终获得一张正确、精美的电路原理图，以便为接下来的工作做好准备。
   2、产生网络表
   网络表是电路原理图设计（sch）与印制电路板设计（PCB）之间的桥梁和纽带，它是印制电路板设计中自动布线的基础和灵魂。网络表可以由电路原理图生成，也可以从已有的钱制电路板文件中提取。
   3、钱制电路板的设计
   印制电路板的设计主要是针对protel 99的另外一个强大的设计系统---钱制电路板设计系统PCB而言的，设计者可以充分利用protel 99所提供的无可比拟的强大的PCB功能来实现印制电路板的设计工作。
   简而言之，电路板的设计过程首先是绘制电路原理图，然后由电路原理图文件生成网络表，最后在PCB设计系统中根据网络表完成自动布线工作。也可以根据电路原理图直接进行手工布线而不必生成网络表。完成布线工作后，可以利用打印机或绘图仪进行输出打印。除此之外，用户在设计过程中可能还要完成其他一些工作，例如创建自已的元件库、编辑新元件、生成各种报表等。
   了解了电路板设计的基本步骤之后，是不是觉得设计一块自已的电路板并不是一件难事了。事实上要真正设计出一块满足技术要求、功能完善、布局合理且可靠、实用、美观的电路板绝不是一朝一夕能做到的。

板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。

■ 从设计谈主板选购

PCB走线时严格遵循了时钟线等长的概念

主板设计时不但尽量缩短北桥芯片与CPU、内存插槽及AGP插槽之间的走线长度，而且保证时钟线等长。由于高速运行的信号，对线路的长度十分敏感,不等长的时钟线路会引起信号的不同步，继而造成系统不稳定。

◎ 主板选购秘笈

主板多采用蛇行走线调节长度。同时采用蛇行线的走线方式可以减少电磁辐射(EMI)对主板其余部件和人体的影响，避免高速而单调的数字信号干扰主板中各种零件的正常工作，尽可能多的消化吸收主板的辐射。

主板中的蛇行线

在使用蛇行线的同时，我们还充分注意调节主板上各部分线路密度差别，注意主板布线的均匀整齐，走线转弯角度不小于135度，确保主板不会因过多过密走线造成布局的疏密不均，避免因此带来质量影响。有两种线大家需要注意：

主板布线的均匀整齐，走线转弯角度大于135度

1、首先最重要的Clock（时钟）线。从时钟芯片引出来的Clock线必须保持同步工作，因些要保证引到各部分的Clock线是等长的。你会在主板上看到有些线七绕八绕的，那就是Clock线。同时Clock线比普通的数据线、地址线宽些，这是因为Clock线传输的信号较强，并且长度较大，为了减省信号的衰减，Clock线必须做宽（导线截面积越大，电阻越小）。

2、其次是数据线。目前数据线都有64条，要保持从D0到D63各线的长度差不大于某个值，必然引起问题。

主板走线认识误区

虽然采用蛇行线有上面这些好处，也并不是说在设计主板走线时使用的蛇行线越多越好。因为过多过密的主板走线会造成主板布局的疏密不均，会对主板的质量有一定的影响。好的走线应使主板上各部分线路密度差别不大，并且要尽可能均匀分布，否则很容易造成主板的不稳定。

主板实际拍摄：主板蛇形线的利用

在一块主板上采用蛇行线的原因有两个：

1、保证走线线路的等长。因为像CPU到北桥芯片的时钟线，它不同于普通家电的电路板线路，在这些线路上以100MHz左右的频率高速运行的信号，对线路的长度十分敏感。不等长的时钟线路会引起信号的不同步，继而造成系统不稳定。故此，某些线路必须以弯曲的方式走线来调节长度。

2、减少电磁辐射(EMI)对主板其余部件和人体的影响。因为高速而单调的数字信号会干扰主板中各种零件的正常工作。通常，主板厂商抑制EMI的一种简便方法就是设计蛇形线，尽可能多地消化吸收辐射。

不好的主板设计不会导致的问题

布线不合理会引起电磁干扰（EMI），介面产生死机现象。走线不能太直太长。太直会引起电容效应（尤其是高频时），使得运行速度或频率受到限制，频率高了就会引起程序中断或死机；布线不合理可导致元件位置摆放不合理，使得卡不到位，也容易引起故障。

好的工程师可以光看主机板设计，就知道设计品质的好坏。您也许自认没那么强，不过下次您拿到主机板或是显示卡时，不妨先鉴赏一下PCB设计之美吧。

大家看到PCB，肯定想先问问PCB板那么多层是如何粘合的。深层次的不说，我们还是想用简单的原理说清楚。

一句话描述：一块典型的四层板（按照顺序分1～4层，其中1/4是外层，信号层，2/3是内层，接地和电源层），先呢分别做好1/2和3/4（同一块基板），然后把两块基板粘到一块。不过这里的粘结剂不是普通的胶水，而是软化状态下的树脂材料，它首先是绝缘的，其次很薄，与基板粘合性良好。我们称之为PP材料，它的规格是厚度与含胶（树脂）量。

宝讯主板打孔加工车间

PCB(印刷电路板)。它是基板，通常由主板厂商根据当前流行的主板芯片组、CPU以及不断更新的技术进行设计，主板的型号和性能的差别也是在这个时候确定的。在完全的线路板设计出来以后，交给专业的生产厂家进行PCB生产。如果一个主板厂商拥有自己的PCB设计及制造工厂，那么这一环节就能节约成本，为控制成本做好准备。

目前国内的知名品牌主板生产工厂通常都是台湾母公司提供的PCB板进行生产制造，同时另有一些不知名的品牌则是购买其他公司设计的PCB板，通过一些代工生产专业工厂制造。所以在某种程度上，制造过程实际也是一种专业的组装过程。

一般的PCB线路板分有四层，最上和最下的两层是信号层，中间两层是接地层和电源层，将接地和电源层放在中间，这样便可容易地对信号线作出修正。而一些要求较高的主板的线路板可达到6-8层或更多。

现在多数的PCB都采用四层板设计，由于PCB的设计技术性较强，这里就不再详述。但需要注意的是一些使用廉价PCB生产的主板，由于其设计上的缺陷，往往存在着电磁泄漏和电磁感应，进而影响显示器正常显示甚至影响其他家电产品使用，这也是品牌主板和杂牌低价位主板的区别之一。

已经经过打孔处理完成的PCB电路板

制作多层板，按照上述步骤制作只是单面板，即使两面加工也是双面板而已，但是我们常常可以发现自己手中的板卡是四层板或者六层板（甚至有8层板），这究竟是怎么制造出来的呢？

■ 如何分辨PCB层数？

厂商介绍，板卡的厚度都有一定规范，需要保证插进各种卡槽中，所以基本上四层板和六层板均会采用一样的厚度，只是六层板的基板会做得更薄些，所以一般四层板和六层板我们是无法分辨，下面介绍的是较为常规的方法，参考使用。

多层板的电路连接是通过埋孔和盲孔技术，主板和显示卡大多使用4层的PCB板，也有些是采用6、8层，甚至10层的PCB板。要想看出是PCB有多少层，通过观察导孔就可以辩识，因为在主板和显示卡上使用的4层板是第1、第4层走线，其他几层另有用途（地线和电源）。

精英主板中采用的多层板

所以，同双层板一样，导孔会打穿PCB板。如果有的导孔在PCB板正面出现，却在反面找不到，那么就一定是6/8层板了。如果PCB板的正反面都能找到相同的导孔，自然就是4层板了。
小技巧：将主板或显示卡对着光源，如果导孔的位置能透光，就说明是6/8层板；反之就是4层板。

现在PP是绝缘材料，主板有那么多层，我们如何实现层与层之间的互联？

我们在粘结多层板之前还需要钻孔！钻了孔可以将电路板上下位置相应铜线对起来，然后让孔壁带铜，那么不是相当于导线将电路串联起来了吗？这种孔我们称之为导通孔（Plating hole，简称PT孔）

车间的温度必须严格控制在15度以下。这样做并不是为了创造什么舒适的工作环境，而是因为钻头的转速非常高，好像是每分钟几万转的样子。这样高的速度，发热量很大，除了机器上安装了很多的水冷设备外，环境温度必须保证足够低。

三维座标精确到小数点后三位（单位mm），数控机床精度非常高，工人采用了人工装夹的方法，自然有一定误差，但机床完全数控，误差取决于机器本身的精度，在设计时PCB布线需要考虑到这一点。

板子上孔的大小是依照零件接脚的直径来决定。如果板子上有不同类型接脚的零件，那么因为机器不能使用同一个钻头钻所有的洞，相对的比较耗时间，也代表制造成本相对提升。

数百孔的主板要加工足一个小时！

说到这里，读者又会产生疑问，那个多层板之间信号不是要导通吗？

这些孔需要钻孔机钻出来，现代钻孔机能钻出很小很小的孔和很浅的孔，一块主板上有成百上千个大小迥异深浅不一的孔，我们用高速钻孔机起码要钻一个多小时才能钻完。钻完孔后，我们再进行孔电镀（该技术称之为镀通孔技术，Plated-Through-Hole technology，PTH），让孔导通。

多钻头精密数控钻床，一排排整齐列兵演出非常有气势。平面精度高达±3mil左右，这个东东国内售价单台就价值百万人民币！

钻头使用不久就需检测（是几次我需要再做进一步了解），因为磨损的钻头严重影响其寿命和钻孔精度，使用程度都用不同颜色表示。很科学合理。

看PCB厂有没有实力主要就看有多少台钻床了，一般称得上大厂的起码有百台以上。这个“小小”车间就拥挤着46台，但这只是宝讯的一小部分而已！

在每摞待加工的PCB板上面，都覆盖了一块金属板，它的作用是保护PCB板，在加工时，帮助PCB板和钻头散热。

如果制作的是多层PCB板，并且里头包含埋孔或是盲孔的话，每一层板子在黏合前必须要先钻孔与电镀。如果不经过这个步骤，那么就没办法互相连接了。
在根据钻孔需求由机器设备钻孔之后，孔璧里头必须经过电镀（镀通孔技术，Plated-Through-Hole technology，PTH）。在孔璧内部作金属处理后，可以让内部的各层线路能够彼此连接。在开始电镀之前，必须先清掉孔内的杂物。这是因为树脂环氧物在加热后会产生一些化学变化，而它会覆盖住内部PCB层，所以要先清掉。清除与电镀动作都会在化学制程中完成。