Als Plattform, die alle Ersatzteile der gesamten Maschine trägt, spielt das Motherboard eine wichtige Rolle im PC. Beim Bau einer DIY-Maschine können auf einigen High-End-Motherboards neben Parametern wie Chipsatz, unterstütztem Speichertyp und Netzwerkkartengeschwindigkeit auch Beschreibungen wie „6/8-Layer-PCB“ und „2oz“ Kupfer angezeigt werden. Obwohl jeder weiß, dass diese Zahlen umso besser sind, je größer sie sind, sind viele erfahrene Heimwerker möglicherweise nicht in der Lage, ihre spezifische Bedeutung zu erkennen. Tatsächlich sind diese beiden Indikatoren wie das Skelett und die Blutgefäße des Motherboards, die direkt die Obergrenze für Leistung und Stabilität bestimmen.

PCB: dreidimensionaler Verdrahtungsplan der Motherboard-Schaltung

Der vollständige Name von PCB ist Leiterplatte. Als Grundmaterial wird üblicherweise FR-4 verwendet. Es besteht aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Die Oberfläche ist mit Kupferfolienleitungen beschichtet, um verschiedene Komponenten anzuschließen. In elektronischen Produkten weist die einfachste einseitige Platine (1 Schicht) nur auf einer Seite Leiterbahnen auf und wird normalerweise in kleinen Geräten mit einfachen Funktionen (z. B. Fernbedienungen, elektronisches Spielzeug usw.) verwendet. Auf beiden Seiten der doppelseitigen Platte (2 Schichten) befinden sich Leitungen, mit denen eine grundlegende Querverkabelung realisiert werden kann. Es wird normalerweise in Haushaltsgeräten, High-End-Netzteilen und anderen Geräten verwendet.


Aber für PC-Motherboards (hier speziell Desktop-Motherboards) sind 2-Lagen-Boards nicht einmal für Einsteigerprodukte geeignet. Dies liegt nicht nur daran, dass die Größe der Schaltung nicht ausreicht, sondern auch daran, dass es keine unabhängige Leistungsschicht und Erdungsschicht gibt und sich Hochfrequenzsignale leicht gegenseitig stören können. Zu diesem Zeitpunkt begann PCB mit der Einführung des Konzepts der Schichtanzahl. Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich dabei um die Anzahl der Lagen leitfähiger Kupferfolie auf der Leiterplatte. Jede Schicht ist durch FR-4-Isoliermaterial getrennt und die obere und untere Schicht sind durch Metalldurchgangslöcher verbunden. Unterschiedliche Schichtzahlen entsprechen völlig unterschiedlichen Schaltungskomplexitäten.



Heutzutage sind Mainstream-Motherboards mehrschichtige Platinen (4 Schichten und mehr), normalerweise mit einer Struktur aus „Signalschicht – Erdungsschicht – Leistungsschicht – Signalschicht“ (man kann sich einen Durian-Schichtkuchen vorstellen). Die unabhängige Signalschicht ist wie eine Abschirmung zur Isolierung von Störungen.


Mittel- bis High-End-Motherboards verwenden üblicherweise eine 6-lagige Platinenstruktur. Die zusätzliche Signalschicht kann mehr Komponentenanschlüsse aufnehmen. Die symmetrische Laminierungsstruktur „3+1+3“ vermeidet Verformungen und erhöht zudem die mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit des Motherboards. Server oder High-End-PC-Motherboards verwenden ebenfalls ein 8-Lagen-Board-Design, wobei jede Lage eine klare Arbeitsteilung aufweist, um komplexe Schaltkreise organisiert zu halten.



Kupfer: das „tragende Lineal“ der Stromübertragung

Kupfer bezieht sich natürlich auf die Kupferfolienschaltungen auf allen Leiterplattenebenen, aber die Einheit „OZ (Ounce)“ kann leicht als Gewicht missverstanden werden. Tatsächlich ist es der Industriestandard für die Dicke von Kupferfolie: 1OZ bezieht sich auf die Dicke von 1 Unze reinem Kupfer, die 1 Quadratfuß Fläche bedeckt. Nach der Umrechnung beträgt sie etwa 35 Mikrometer, was fast der Dicke von drei Haaren entspricht.


1OZ Kupfer ist häufig die Standardkonfiguration gewöhnlicher PC-Motherboards (einschließlich Notebook-Motherboards). Gemäß der Stromführungsformel kann eine 2 mm breite Leiterbahn aus 1 Unzen Kupfer stabil einen Strom von 2,1 A führen und erfüllt damit vollständig die Anforderungen der herkömmlichen Signalübertragung. Einige ultradünne Platinen oder Motherboards verwenden 0,5 Unzen Kupfer (ca. 17,5 Mikrometer) in der Innenschicht, was Platz sparen und Kosten kontrollieren kann. Solange das Design angemessen ist, wird die Leistung dadurch nicht beeinträchtigt.


Dickkupfer von 2OZ und mehr ist ein „verstärktes Blutgefäß“, das für Hochleistungsgeräte vorbereitet ist. Die Stromtragfähigkeit von 2OZ Kupfer (70 Mikrometer) ist doppelt so hoch wie die von 1OZ, und auch die Wärmeableitungseffizienz wird erheblich verbessert. Daher wird dieses Design häufig in High-End-PC-/Server-Motherboards verwendet, um den stabilen Stromversorgungsbedarf von Top-CPUs zu decken. Allerdings hat Dickkupfer auch Nachteile. Beispielsweise ist es schwieriger und kostspieliger, Schaltkreise zu ätzen, und es schränkt auch das feine Schaltkreisdesign ein.

Die Anzahl der Schichten und die Kupferdicke des Motherboards werden jedoch nie isoliert konzipiert, sondern werden genau auf die Positionierung des Geräts abgestimmt. Beispielsweise bestehen gewöhnliche Desktop-Motherboards in der Regel aus 4–6 Schichten mit 1OZ Kupfer, was nicht nur den täglichen Büro- und Gaming-Anforderungen gerecht wird, sondern auch kontrollierbare Kosten verursacht. High-End-Motherboards verwenden eine Kombination aus 6-Lagen-Platine + 2OZ Kupfer oder sogar 8-Lagen-Platine + 2OZ Kupfer, was nicht nur eine stabile Übertragung von Hochfrequenzsignalen gewährleisten kann, sondern auch dem hohen Strom- und Wärmeableitungsdruck beim Übertakten standhält.