باعتبارها المنصة التي تحمل جميع قطع الغيار للجهاز بأكمله، تلعب اللوحة الأم دورًا مهمًا في جهاز الكمبيوتر. عند إنشاء جهاز DIY، بالإضافة إلى المعلمات مثل مجموعة الشرائح ونوع الذاكرة المدعومة وسرعة بطاقة الشبكة، يمكن لبعض اللوحات الأم المتطورة أيضًا رؤية أوصاف مثل "6/8 طبقة PCB" و"2 أونصة" نحاس. على الرغم من أن الجميع يعلم أنه كلما كانت هذه الأرقام أكبر، كلما كان ذلك أفضل، لكن العديد من لاعبي DIY المخضرمين قد لا يتمكنون من معرفة معانيها المحددة. في الواقع، هذين المؤشرين يشبهان الهيكل العظمي والأوعية الدموية للوحة الأم، وهما اللذان يحددان بشكل مباشر الحد الأعلى للأداء والاستقرار.
PCB: مخطط الأسلاك ثلاثي الأبعاد لدائرة اللوحة الأم
الاسم الكامل لثنائي الفينيل متعدد الكلور هو لوحة الدوائر المطبوعة. وعادة ما يستخدم FR-4 كمادة أساسية. وهي تتألف من راتنجات الايبوكسي وقماش الألياف الزجاجية. السطح مطلي بخطوط رقائق النحاس للاتصال بالمكونات المختلفة. في المنتجات الإلكترونية، تحتوي أبسط لوحة أحادية الجانب (طبقة واحدة) على خطوط موصلة على جانب واحد فقط، وعادةً ما تستخدم في الأجهزة الصغيرة ذات الوظائف البسيطة (مثل أجهزة التحكم عن بعد والألعاب الإلكترونية وما إلى ذلك). توجد خطوط على جانبي اللوحة ذات الوجهين (طبقتين)، والتي يمكنها تحقيق الأسلاك المتقاطعة الأساسية. يتم استخدامه عادةً في الأجهزة المنزلية وإمدادات الطاقة المتطورة وغيرها من المعدات.
ولكن بالنسبة للوحات الأم للكمبيوتر الشخصي (على وجه التحديد اللوحات الأم لسطح المكتب هنا)، فإن اللوحات ذات الطبقتين ليست مؤهلة حتى للمنتجات ذات المستوى المبدئي. وهذا ليس فقط لأن حجم الدائرة ليس كافيا، ولكن أيضا لأنه لا توجد طبقة طاقة مستقلة وطبقة أرضية، ويمكن أن تتداخل الإشارات عالية التردد بسهولة مع بعضها البعض. في هذا الوقت، بدأ ثنائي الفينيل متعدد الكلور في تقديم مفهوم رقم الطبقة. ببساطة، هو عدد طبقات رقائق النحاس الموصلة في لوحة الدائرة. يتم فصل كل طبقة بمادة عازلة FR-4، ويتم توصيل الطبقات العلوية والسفلية من خلال المعدن من خلال الثقوب. تتوافق أرقام الطبقات المختلفة مع تعقيدات الدوائر المختلفة تمامًا.
في الوقت الحاضر، اللوحات الأم السائدة هي لوحات متعددة الطبقات (4 طبقات وما فوق)، عادةً مع هيكل "طبقة الإشارة - الطبقة الأرضية - طبقة الطاقة - طبقة الإشارة" (يمكنك التفكير في كعكة طبقة الدوريان). تشبه طبقة الإشارة المستقلة الدرع لعزل التداخل.
عادةً ما تستخدم اللوحات الأم المتوسطة إلى المتطورة هيكل لوحة مكون من 6 طبقات. يمكن لطبقة الإشارة الإضافية استيعاب المزيد من اتصالات المكونات. يتجنب هيكل التصفيح المتماثل "3+1+3" الاعوجاج ويزيد أيضًا من القوة الميكانيكية ومقاومة الحرارة للوحة الأم. ستستخدم الخوادم أو اللوحات الأم للكمبيوتر الشخصي المتطورة أيضًا تصميمًا للوحة مكونة من 8 طبقات، حيث تحتوي كل طبقة على تقسيم واضح للعمل للحفاظ على تنظيم الدوائر المعقدة.
النحاس: "مسطرة الحمل" لنقل التيار
يشير النحاس بطبيعة الحال إلى دوائر رقائق النحاس الموجودة على جميع مستويات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ولكن يمكن بسهولة إساءة فهم الوحدة "OZ (Ounce)" على أنها وزن. في الواقع، هذا هو المعيار الصناعي لسمك رقائق النحاس: 1 أونصة تشير إلى سمك 1 أونصة من النحاس النقي الذي يغطي مساحة 1 قدم مربع. وبعد التحويل، يبلغ حجمه حوالي 35 ميكرون، وهو ما يعادل سمك ثلاثة شعيرات تقريبًا.
غالبًا ما يكون النحاس 1OZ هو التكوين القياسي للوحات الأم العادية للكمبيوتر الشخصي (بما في ذلك اللوحات الأم للكمبيوتر المحمول). وفقًا لصيغة الحمل الحالية، يمكن لأثر بعرض 2 مم مصنوع من النحاس 1 أوقية أن يحمل بثبات تيار 2.1 أمبير، مما يلبي احتياجات نقل الإشارات التقليدية بشكل كامل. تستخدم بعض اللوحات أو اللوحات الأم فائقة الرفع 0.5 أونصة من النحاس (حوالي 17.5 ميكرون) في الطبقة الداخلية، مما يوفر المساحة ويتحكم في التكاليف. طالما أن التصميم معقول، فلن يؤثر على الأداء.
النحاس السميك الذي يبلغ 2 أونصة وما فوق هو "وعاء دموي معزز" مُجهز للمعدات عالية الطاقة. القدرة الاستيعابية الحالية للنحاس 2OZ (70 ميكرون) هي ضعف قدرة 1OZ، كما تم تحسين كفاءة تبديد الحرارة بشكل كبير. لذلك، يتم استخدام هذا التصميم بشكل شائع في اللوحات الأم للكمبيوتر الشخصي/الخادم المتطورة لتلبية احتياجات مصدر الطاقة المستقر لوحدات المعالجة المركزية العليا. ومع ذلك، النحاس السميك له أيضا عيوب. على سبيل المثال، يعد حفر الدوائر أكثر صعوبة وتكلفة، كما أنه يحد من تصميم الدوائر الدقيقة.
ومع ذلك، فإن عدد الطبقات وسمك النحاس في اللوحة الأم لم يتم تصميمهما بشكل منفصل أبدًا، ولكن يتم مطابقتهما بدقة وفقًا لموضع الجهاز. على سبيل المثال، عادةً ما تتكون اللوحات الأم العادية لسطح المكتب من 4 إلى 6 طبقات من النحاس بوزن 1 أونصة، وهو ما لا يلبي احتياجات المكتب والألعاب اليومية فحسب، بل يتميز أيضًا بتكلفة يمكن التحكم فيها. ستستخدم اللوحات الأم المتطورة مزيجًا من اللوحة المكونة من 6 طبقات + 2 أونصة من النحاس أو حتى لوحة من 8 طبقات + 2 أونصة من النحاس، والتي لا تضمن فقط النقل المستقر للإشارات عالية التردد، ولكنها أيضًا تتعامل مع الضغط العالي للتيار وتبديد الحرارة أثناء رفع تردد التشغيل.