El cambio tecnológico desde el montaje tradicional de orificios pasantes a las interconexiones de alta densidad, junto con el crecimiento explosivo de la inteligencia artificial, está remodelando fundamentalmente la trayectoria tecnológica, la estructura de los productos y la distribución del valor de la industria de las placas de circuito impreso.
Requisitos tecnológicos Actualización del hardware informático de IA para PCB
Demanda de interconexiones de alto número de capas y alta densidad
Las placas base de los servidores tradicionales suelen emplear entre 12 y 16 capas, mientras que los actuales servidores de entrenamiento de IA (como la serie DGX H100 de NVIDIA) requieren un número de capas de PCB de entre 20 y 30 capas. Especialmente en el caso de los sustratos para GPU, se necesitan densidades de interconexión que superen los 5.000 puntos de soldadura BGA, con un ancho/espacio de traza comprimido de los 4/4 mil convencionales a 2/2 mil o incluso 1,5/1,5 mil. Esta demanda de diseño impulsa directamente la adopción del proceso mSAP (Modified Semi-Additive Process), ya que los procesos sustractivos tradicionales ya no pueden cumplir los requisitos de precisión.
Retos y soluciones para la integridad de la señal
A velocidades de transmisión PAM4 de 112 Gbps, la pérdida de inserción debe controlarse dentro de -0,6 dB/pulgada. Mediante un análisis de simulación, hemos descubierto que el factor de disipación (Df) debe reducirse de 0,02 en el caso del FR-4 convencional a menos de 0,005. La solución actual líder en la industria implica el uso de un sistema compuesto de resina de hidrocarburo/relleno cerámico (como Rogers RO4835™), que mantiene un valor Dk estable de 3,5±0,05 y presenta buenas propiedades dieléctricas incluso a 77 GHz.
Innovaciones en tecnología de gestión térmica
Si tomamos como ejemplo la NVIDIA H100, el consumo máximo de energía de un solo chip alcanza los 700 W, lo que hace que las soluciones de diseño térmico tradicionales resulten totalmente inadecuadas. Nuestra tecnología de bloque de cobre integrado + matriz de vías térmicas puede reducir la resistencia térmica a 0,8 °C/W. En cuanto a la selección del material del sustrato, la alta Tg (≥170°C) y la alta conductividad térmica (≥0,8 W/m-K) se han convertido en requisitos básicos, y algunas aplicaciones de gama alta ya adoptan estructuras híbridas de sustratos metálicos y materiales orgánicos.
Avances tecnológicos y localización de materiales clave
La serie S7439 de Shengyi Technology ha sido certificada por los principales fabricantes de equipos originales, alcanzando un valor Df de 0,0058 a 10 GHz, acercándose a los estándares líderes internacionales. El desarrollo por parte de Sinoma Science & Technology del tejido de vidrio electrónico de bajo Dk (Dk=4,2) rompe el monopolio tecnológico de Nittobo, con una producción en masa prevista para 2025.
Materiales químicos especiales
En tintas resistentes a la soldadura, la serie SR-7200G de Taiyo Ink admite imágenes directas por láser con resoluciones de hasta 20 μm. En cuanto a aditivos de metalizado, la serie Circuposit 8800 de MacDermid Enthone permite un metalizado uniforme con relaciones de aspecto 1:1, lo que resuelve el problema del cobreado uniforme en orificios pasantes para placas de circuito impreso de gran número de capas.
Cuellos de botella técnicos y avances en los procesos de fabricación
Tecnología de perforación láser
Para el procesamiento de microvías por debajo de 0,1 mm, los láseres de CO2 se están acercando a sus límites físicos. Hemos introducido sistemas de procesamiento láser UV combinados con tecnología de conformación del haz para mejorar la precisión del procesamiento hasta 35 μm. Las máquinas de perforación láser UV de Han's Laser, que utilizan una longitud de onda de 355 nm, consiguen un diámetro de orificio mínimo de 50 μm con una precisión posicional de ±15 μm.
Innovaciones en los procesos de laminación
Hemos desarrollado un proceso de laminación con calentamiento segmentado y aplicación de presión para placas de capas ultra altas de más de 30 capas. Al controlar con precisión el flujo de resina, la tasa de relleno entre capas aumenta a más de 95%, mientras que la precisión de alineación entre capas se mantiene dentro de ±25 μm.
Modernización de la tecnología de inspección
Una solución completa que combina Inspección óptica automatizada (AOI) y se adoptan pruebas eléctricas. El software PathWave ADS de Keysight admite la simulación de campos electromagnéticos en 3D, lo que permite la identificación temprana de problemas de integridad de la señal. Para las pruebas en circuito, la arquitectura TestStation de Teradyne admite pruebas de tasa de errores de bit para interfaces de 112 Gbps.
Reestructuración de la cadena industrial y transformación del modelo empresarial
Reconfiguración de las relaciones en la cadena de suministro
La cadena de suministro de placas para servidores de IA se divide en tres niveles: Los fabricantes de chips lideran los conjuntos de placas para GPU (por ejemplo, la cadena de suministro designada por NVIDIA); las placas base para CPU siguen la cadena de suministro tradicional para servidores; y los fabricantes de módulos adquieren los módulos accesorios de forma independiente. Esta diferenciación exige que los fabricantes de placas de circuito impreso posean capacidades diferenciadas de captación de clientes.
Mayor concentración debido a las mayores barreras técnicas
La inversión de capital para PCB de 18 capas o más es de 3 a 5 veces superior a la de los productos tradicionales, y los ciclos de I+D se extienden a 12-18 meses. Esto ha llevado a la concentración de la cuota de mercado entre las empresas líderes, con los tres principales fabricantes que representan más de 60% del mercado nacional de PCB servidor AI en 2024.
Cambios en la distribución del valor
En el coste de la lista de materiales (BOM) de los servidores de IA, la proporción de placas de circuito impreso ha aumentado de 2-3% en los servidores tradicionales a 6-8%. En particular, en el caso de los sustratos para GPU, debido a su elevada complejidad técnica, los márgenes brutos pueden alcanzar los 35-40%, significativamente superiores a los 15-20% de los productos tradicionales.
Futuras tendencias de desarrollo tecnológico
Integración de envases avanzados y placas de circuito impreso
La arquitectura Chiplet exige que los PCB asuman algunas funciones de intercalación, lo que impulsa la tecnología Substrate-Like PCB (SLP) hacia una anchura/espaciado de traza de 10/10 μm. La tecnología eSLP desarrollada por Shennan Circuits ha alcanzado una capacidad de proceso de 8/8 μm y está siendo validada por los principales fabricantes de chips.
Tecnología de coenvasado de fotónica de silicio
Para los módulos ópticos de más de 1,6T, la óptica coempaquetada (CPO) se ha convertido en una opción inevitable. Para ello es necesario que las placas de circuito impreso integren guías de ondas fotónicas, y estamos desarrollando una tecnología de sustrato híbrido basada en guías de ondas de dióxido de silicio, que se espera alcance aplicaciones de ingeniería en 2026.
Requisitos de sostenibilidad
La directiva CE-RED de la UE impone nuevos requisitos medioambientales a las placas de circuito impreso, como materiales sin halógenos y procesos sin plomo. Nuestro sistema de resina epoxi de base biológica desarrollado reduce la huella de carbono en 40% y ha obtenido la certificación UL.
Recomendaciones para los equipos técnicos
Transformación de la estructura de talentos
Es necesario pasar de los ingenieros de procesos tradicionales a los talentos de compuestos "material-proceso-sistema". En nuestro equipo, la proporción de ingenieros con formación en ciencias de los materiales ha aumentado de 10% hace una década a 35% en la actualidad.
Enfoque de la inversión en I+D
Se recomienda asignar 60% de los recursos de I+D a la IDH de alta densidad de capas, 30% al envasado avanzado y 10% a las tecnologías de desarrollo sostenible. Debe hacerse especial hincapié en la colaboración temprana con los fabricantes de chips y la participación en el diseño del front-end.
Estrategia de diseño de patentes
Nos centramos en la disposición de patentes en tres direcciones: materiales de alta velocidad, estructuras de disipación térmica e interconexiones de alta densidad. Entre nuestras principales patentes solicitadas en los últimos años, las relacionadas con estructuras especiales de disipación térmica representan 40%, que se convertirán en una futura barrera tecnológica.
La inteligencia artificial está haciendo que las placas de circuito impreso pasen de ser componentes auxiliares a piezas fundamentales de los sistemas informáticos. Este cambio de estatus nos obliga a redefinir los procesos de desarrollo de productos con una mentalidad a nivel de sistema, pasando de ser meros proveedores de servicios de fabricación a proveedores de soluciones técnicas. En el futuro, la competencia en la industria será un concurso global de sistemas de materiales, capacidades de proceso y destreza en el diseño de sistemas.