PCB板卡上的元器件逐个数(1)

对新手用户来说，他们对板卡上的元器件知之甚少，不清楚这些元器件对板卡的稳定性究竟起到怎样的作用，更别提如何来识别和辨别这些元器件的优劣。因此，从本期开始，我们将帮助新手来认识和辨别板卡上的各种元器件，让大家在购买板卡时做到心中有数。

在多数情况下，PCB本身被普通用户所忽视，而厂商却在不停地宣传如多层PCB、两倍铜PCB等新技术。那么，PCB的层数对板卡又有什么影响？如何分辨PCB的层数？两倍铜等技术会带来怎样的好处？别急，看完本文，你将会得到完整的答案。

怎么方便怎么来—PCB的诞生

相信不少玩家肯定还记得物理电学课程上的情景：在电学课程上，学生需要手动将各种各样的线路连接起来直到完成工程。在稍微复杂一些的电子实验课上，一个实验甚至需要连接上百条线路。这些线路都采用普通的铜导线，外皮是绝缘塑料。很显然，实验的结果暂且不说，光是连接这些线路就令人头疼。如果没有PCB，Core i7 860处理器的1156个针脚都使用铜线连接的话，那将是多么恐怖的一个数字！

技术总是向着更方便和更简洁的方向发展。早在上个世纪的1925年，美国人Charles Ducas首次成功在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式建立导体作为连接线，第一次诞生了印刷电路板的概念。数年后的1936年，奥地利科学家保罗·爱斯勒(Paul Eisler)在英国首次展示了他的箔膜技术，这成为现代PCB的里程碑事件。时至今日，PCB已经进化到难以想象的地步，但无论终产品如何改变，Charles Ducas首次使用的“加成法”和Paul Eisler发明的“减成法”，依旧是PCB生产的重要方法。

从英文单词的原意来说，PCB(Printed circuit board)或PWB(Printed wire board)，都可翻译为印刷线路板。通过印刷，生产者能通过大规模生产，迅速制造出复杂的线路。和原始的线路插接相比，一次PCB的模具制造就可以生产成千上万个完全相同、几乎不会有任何错误的产品。相比之下，手工接插件无论是效率还是良品率，都差得太远了。

像夹心饼干一样简单—PCB层叠式结构

PCB和夹心饼的结构类似，面饼类似PCB的铜箔，在PCB的制造过程中，铜箔在腐蚀完成后和其它材料一起压合使用。饼干的夹心馅料可被认为是PCB的绝缘层——绝缘层材料一般是包裹在玻璃纤维中的树脂。绝缘层在PCB制造过程中通过高温融化、高压压制后和铜层紧紧贴合在一起，终成为我们看到的PCB。

目前的高端显卡普遍使用8层和10层PCB，图为Radeon HD 4890公版显卡，PCB为10层

PCB中的“孔家军”

在多层PCB的导通孔中，除了上面讲的贯通整个PCB的过孔，还有盲孔和埋孔。比如6层PCB的PCB的第一层和第六层需要连接会使用过孔，过孔贯穿整个PCB；如果第三层和第六层(表层)需要连接，则打一个盲孔，盲孔只从PCB第六层打孔到第三层，其它的层都不通；如果第二层和第四层需要连接(全部非表层)，那么只打穿二、三、四这三层，第一层和第五、第六层是不通的，这种孔叫做埋孔。

像夹心饼干一样的PCB，图中所示为4层PCB的结构

决定夹心饼干层数的是面饼的数量，决定PCB层数的是铜箔的层数。PCB的层数，是指PCB拥有可以独立布线的铜箔(或其它导电材料，本文仅使用常见的铜做说明)的数量。原始的PCB只有1层，也就是铜箔只出现在基板的一面。这种类似“意大利馅饼”的原始的PCB走线是不能交叉的，如果遇到两条线路“抢道”的情况，除了绕行外，只有采用额外连接的绝缘线(俗称“飞线”)的方法才能完成设计，劣势非常明显。

图示为PCB中的各种孔

很快双层PCB开始出现，这种PCB在绝缘层的两端都粘贴了铜箔。但如果PCB正面的线路想利用PCB背面的铜层来导通，应该如何设计呢？其实仔细观察下烤饼的结构就可以发现，为了释放烤饼内部的压力和气体，烤饼上会被扎出许多小洞，于是导通孔开始被设计在PCB上。导通孔是PCB上一些填充或者包裹了可导电材料的小洞。这些孔可以连接多层PCB之间的铜层，让电流顺利通过。由于导通孔的存在，PCB的线路可以被设计得更加复杂，进一步拓宽了PCB的实用性。

公版Radeon HD 5770虽然使用128-bit位宽，但为确保在极高频率运行下的稳定性还是使用了8层PCB

如果说双层饼干只能夹一种馅料，那么三层饼干就可以夹两种，四层饼干就可以夹三种馅料，一定程度增加馅料无疑会让饼干味道更独特。PCB也是如此，在双层PCB发明后，人们就想到了3层PCB——只要在双层PCB的任意一层上再覆盖绝缘层，外端再贴上铜箔就可以了。再加一层就是4层PCB，继续往上加还能做出5层、6层等PCB结构。从目前的工业能力来说，已经能设计出100层PCB。只不过这种PCB用处不大——谁喜欢吃20层馅料的饼干？一般使用10层、12层PCB的板卡产品已经非常高端了。

不过PCB和饼干也有不一样的地方，夹心饼干多为奇数层，而PCB则多为偶数层，比如4层、6层、8层等。奇数层PCB罕见是有原因的：在PCB完成粘合制造后冷却时，由于金属层和绝缘层(多为树脂材料)收缩系数不同，因此会产生不同的张力。在奇数层的PCB中，这种张力是不平衡的，会导致PCB弯曲甚至拉断线路并终降低成品率。

那么PCB层数是不是越多越好呢？一般来说，多层PCB通过合理布线，能降低干扰、提高频率，产品稳定性更强，多使用在需要高频率、高稳定性的顶级产品上，比如GeForce GTX 295显卡就使用了14层PCB来确保产品的稳定。但PCB层数也不是越高越好， PCB是整款产品物料成本支出的较大部分，6层PCB的成本接近4层PCB的两倍。面对重视性价比的用户，在确保产品稳定性的前提下适当降低PCB层数，提升产品性价比也是不错的选择。

安能辨我是几层—教你识别PCB的层数

目前板卡PCB多为四层和六层，八层PCB的产品的价格大多在千元以上。但在中低端显卡中，四层PCB的产品和六层PCB的产品价格区间重叠范围较大，不少玩家会倾向于选择六层PCB的产品，这时如何鉴别PCB的层数就很有意义了。

下面是市场上大部分板卡的PCB使用情况。主板由于PCB面积大、芯片连接的复杂程度比较低，因此普遍使用4层PCB来制造。只有高端、面向专业超频玩家的主板可能使用6层PCB甚至8层PCB来制造。不过目前主板芯片组功能被越来越弱化，没有必要使用更多层数的PCB，因此判断主板PCB层数的意义不是很大，下文不再详细介绍。

显卡的PCB面积小，走线多、PCB设计困难，因此在PCB层数方面比主板要多一些。常见的依旧是4层PCB，中端显卡会使用6层，而高端产品则使用8层甚至更多层数。一般显存位宽为128-bit的显卡多使用4层PCB，走线分别在第一层和第四层，中间为电源层和地线层。不过一些官方超频或高频率的公版显卡(比如使用了高频的GDDR5显存)，即使使用128-bit显存位宽，也同样会使用6层甚至8层PCB以确保稳定。

256-bit显存位宽的显卡由于位宽变大，需要布线的内容也更多，使用4层PCB布置比较困难，因此常使用6层PCB。但同一型号的256-bit显卡，可能会在后期的超性价比版本上，使用4层PCB。这类产品往往运行在公版频率或者更低的频率上，超频性能和电气性能表现比6层PCB的产品要差不少。显存位宽在256-bit以上的显卡，比如384-bit或者448-bit，需要使用6层甚至8层PCB。比如GeForce GTX 260+，后期的P897公版就使用了8层PCB。

PCB层数辨别经验谈

1.通孔法

上文介绍了PCB中的几种导通孔，通过观察导通孔，也能一定程度识别出显卡是否采用了6层以上的PCB。对采用4层PCB的显卡来说，中间两层是接地层和电源层，上下两表层则是信号层。表层信号需要沟通肯定会打穿PCB使得整个孔透光(过孔)。对采用6层以上PCB的显卡来说，除去中间的接地层和电源层，上下各有两层信号层，信号层之间的信息沟通不一定需要打穿整个PCB(埋孔或盲孔)。因此，在判断PCB层数时可以查看PCB上的通孔情况。如果PCB正面的每一个孔都能在背面找到相应的孔，或这些孔都透亮，那么此PCB肯定是4层。反之，PCB正面只有一部分孔能在PCB背面找到相应的孔，那么该PCB有可能采用了6层甚至8层。这种方法判断成功率尚可，但部分PCB在设计过程中会留下一些特殊的“孔位”(并非用于打穿PCB)，因此该方法不适用于这种情况。

通过观察显卡PCB的布局，也可以确定PCB的层数。
但这种方法需要更多的经验，能够把握走线和基本的PCB设计。

2.布局法

一块显卡上基础的部分是供电部分、显存、GPU、输出接口，这几个部分之间必须要有线路连接。由于4层PCB只有上下表面两层为信号层，因此在4层PCB的显卡上，芯片到供电、芯片到输出接口、显存到GPU等所有线路全部位于正反两面PCB。但如果显卡上有一部分线路“离奇失踪”，在表层没有找到，那可以肯定该显卡至少采用了6层PCB。这类“离奇失踪”的线路常见于GPU到输出部分的走线和显存到GPU的走线。特别是显存到GPU的走线极为密集，如果不出现在表层，则可以确定这款显卡至少采用6层PCB。另外，一些刀卡由于PCB面积狭小，只能使用6层甚至8层PCB来保证合理走线。而一些看起来很长、很有“卖相”的显卡，却由于PCB面积足够大，走线空间宽裕而使用4层PCB。总体而言，使用布局法分析显卡PCB层数也有局限，这种方法要求用户有一定的线路知识，因此布局法仅供参考之用。

下期预告：下期我们将介绍PCB的颜色、制造过程和两倍铜技术等知识。

本期看点

1.PCB的结构和常见的夹心饼干很像，铜箔和绝缘层一层一层叠起来。
2.PCB的层数会在一定程度上影响终产品的表现，用户应该综合市场、产品定位、价格等方面的问题来考虑是否购买以多层PCB为卖点的产品。
3.在不少情况下，4层PCB和6层PCB产品的价格区别不大，消费者应该重点考虑6层PCB的产品。
4.用于辨识PCB层数的通孔法和布局法都有一定局限性，用户在确定PCB层数时还要考虑其它方面的问题。