Teknologinen siirtyminen perinteisestä läpireikäasennuksesta suuritiheyksisiin liitäntöihin yhdessä tekoälyn räjähdysmäisen kasvun kanssa muuttaa perusteellisesti piirilevyteollisuuden teknologista kehitystä, tuoterakennetta ja arvon jakautumista.
Teknologiset vaatimukset Tekoälyn laskentalaitteiston päivittäminen PCB:tä varten
Suurten kerrosten lukumäärän ja tiheiden liitäntöjen kysyntä
Perinteisissä palvelinten emolevyissä on tyypillisesti 12-16 kerrosta, kun taas nykyiset valtavirran tekoälyn harjoittelupalvelimet (kuten NVIDIA DGX H100 -sarja) vaativat piirilevyjen kerroslukuja 20-30 kerrosta. Erityisesti GPU-alustoilla tarvitaan yli 5 000 BGA-juotospisteen liitäntätiheyksiä, ja jäljen leveys/väli on pakattu perinteisestä 4/4 milistä 2/2 miliin tai jopa 1,5/1,5 miliin. Tämä suunnitteluvaatimus johtaa suoraan mSAP-prosessin (Modified Semi-Additive Process) käyttöönottoon, koska perinteiset subtraktiiviset prosessit eivät enää pysty täyttämään tarkkuusvaatimuksia.
Signaalin eheyden haasteet ja ratkaisut
112 Gbps:n PAM4-siirtonopeuksilla inserttihäviön on oltava -0,6 dB/tuuma. Simulointianalyysin avulla olemme havainneet, että häviökerrointa (Df) on pienennettävä perinteisen FR-4:n 0,02:sta alle 0,005:een. Teollisuuden nykyinen johtava ratkaisu on hiilivetyhartsi-keraaminen täyteaine-komposiittijärjestelmä (kuten Rogers RO4835™), joka säilyttää vakaan Dk-arvon 3,5 ± 0,05 ja jolla on hyvät dielektriset ominaisuudet jopa 77 GHz:n taajuudella.
Lämmönhallintateknologian innovaatiot
Esimerkkinä NVIDIA H100:n yhden piirin huipputehonkulutus on jopa 700 W, mikä tekee perinteisistä lämpösuunnitteluratkaisuista täysin riittämättömiä. Kehittämämme sulautettu kuparilohko + terminen läpivientijärjestelmä -tekniikka voi alentaa lämpövastuksen 0,8 °C/W:iin. Substraattimateriaalin valinnassa korkeasta Tg:stä (≥170 °C) ja korkeasta lämmönjohtavuudesta (≥0,8 W/m-K) on tullut perusvaatimuksia, ja joissakin huippuluokan sovelluksissa on jo otettu käyttöön metallisubstraattien ja orgaanisten materiaalien hybridirakenteita.
Teknologiset läpimurrot ja keskeisten materiaalien lokalisoinnin edistyminen
Advances in Korkeataajuus ja Nopea Copper-Clad laminaatit
Shengyi Technologyn S7439-sarja on sertifioitu suurimpien OEM-valmistajien toimesta, ja sen Df-arvo on 0,0058 10 GHz:n taajuudella, mikä vastaa kansainvälisesti johtavia standardeja. Sinoma Science & Technologyn kehittämä Low Dk -elektroninen lasikangas (Dk=4,2) murtaa Nittobon teknologisen monopolin, ja sen massatuotantoa odotetaan vuoteen 2025 mennessä.
Erikoiskemikaalien materiaalit
Taiyo Ink SR-7200G-sarja tukee juotosresistiväreissä suoraa laserkuvausta jopa 20 μm:n resoluutiolla. Galvanointilisäaineiden osalta MacDermid Enthonen Circuposit 8800 -sarja mahdollistaa tasaisen galvanoinnin 1:1-kuvasuhteella, mikä ratkaisee ongelman tasaisesta kuparipinnoituksesta läpivientirei'issä piirilevyissä, joissa on paljon kerroksia.
Tekniset pullonkaulat ja läpimurrot valmistusprosesseissa
Laserporaustekniikka
Alle 0,1 mm:n mikrovian käsittelyssä CO2-laserit lähestyvät fyysisiä rajojaan. Olemme ottaneet käyttöön UV-laserin käsittelyjärjestelmiä yhdistettynä säteenmuotoilutekniikkaan, jolla voidaan parantaa käsittelytarkkuutta 35 μm:iin. Han's Laserin UV-laserporauskoneilla, joissa käytetään 355 nm:n aallonpituutta, saavutetaan 50 μm:n reiän minimihalkaisija ±15 μm:n paikannustarkkuudella.
Innovaatiot laminointiprosesseissa
Yli 30 kerrosta ylittäville erittäin korkeille levyille olemme kehittäneet laminointiprosessin, jossa käytetään segmentoitua lämmitystä ja painetta. Kun hartsin virtausta ohjataan tarkasti, kerrosten välinen täyttöaste nousee yli 95%:hen ja kerrosten välinen kohdistustarkkuus pysyy ±25 μm:n tarkkuudella.
Tarkastustekniikan päivitykset
Kattava ratkaisu, jossa yhdistyvät Automaattinen optinen tarkastus (AOI) ja sähköinen testaus. Keysightin PathWave ADS -ohjelmisto tukee 3D-sähkömagneettisen kentän simulointia, mikä mahdollistaa signaalin eheysongelmien varhaisen tunnistamisen. Piirin sisäisessä testauksessa Teradynen TestStation-arkkitehtuuri tukee 112 Gbps:n liitäntöjen bittivirheprosentin testausta.
Teollisuusketjun rakenneuudistus ja liiketoimintamallin muutos
Toimitusketjusuhteiden uudelleenmuotoilu
AI-palvelimen piirilevyjen toimitusketju on jaettu kolmeen tasoon: CPU-emolevyt noudattavat perinteistä palvelintoimitusketjua, ja moduulivalmistajat hankkivat lisämoduulit itsenäisesti. Tämä eriyttäminen edellyttää piirilevyvalmistajilta eriytettyjä asiakassuhdeominaisuuksia.
Suurempien teknisten esteiden aiheuttama keskittyminen lisääntyy.
Pääomainvestoinnit 18-kerroksisiin tai useampikerroksisiin piirilevyihin ovat 3-5 kertaa suuremmat kuin perinteisiin tuotteisiin, ja T&K-syklit ovat 12-18 kuukautta. Tämä on johtanut markkinaosuuksien keskittymiseen johtavien yritysten kesken, ja kolmen suurimman valmistajan osuus kotimaisista tekoälypalvelinten piirilevymarkkinoista on yli 60% vuonna 2024.
Muutokset arvojakaumassa
Tekoälypalvelinten materiaalikustannuksissa piirilevyjen osuus on kasvanut perinteisten palvelinten 2-3%:stä 6-8%:hen. Erityisesti GPU-alustojen bruttomarginaalit voivat niiden suuren teknisen monimutkaisuuden vuoksi nousta 35-40%:iin, mikä on huomattavasti enemmän kuin perinteisten tuotteiden 15-20%.
Tulevat teknologiset kehityssuuntaukset
Kehittyneiden pakkausten ja piirilevyjen integrointi
Chiplet-arkkitehtuuri edellyttää, että piirilevyjen on omaksuttava joitakin interposer-toimintoja, mikä johtaa Substrate-Like PCB (SLP) -tekniikan siirtymiseen kohti 10/10 μm:n raideleveyttä/-väliä. Shennan Circuitsin kehittämä eSLP-teknologia on saavuttanut 8/8 μm:n prosessikapasiteetin, ja sitä validoidaan parhaillaan suurimpien siruvalmistajien kanssa.
Piifotoniikan yhteispakkaustekniikka
Yli 1,6 T:n optisissa moduuleissa Co-Packaged Optics (CPO) on tullut väistämättömäksi valinnaksi. Tämä edellyttää, että piirilevyihin integroidaan fotonisia aaltojohtimia, ja kehitämme piidioksidiaaltojohtimiin perustuvaa hybridialustatekniikkaa, jonka odotetaan saavuttavan teknisiä sovelluksia vuoteen 2026 mennessä.
Kestävyysvaatimukset
EU:n CE-RED-direktiivi asettaa piirilevyille uusia ympäristövaatimuksia, kuten halogeenittomia materiaaleja ja lyijyttömiä prosesseja. Kehittämämme biopohjainen epoksihartsijärjestelmä vähentää hiilijalanjälkeä 40%:llä ja on saanut UL-sertifikaatin.
Suositukset teknisille ryhmille
Talenttirakenteen muutos
Perinteisistä prosessi-insinööreistä on siirryttävä "materiaali-prosessi-järjestelmä" -komposiittikykyihin. Tiimissämme materiaalitieteellisen taustan omaavien insinöörien osuus on kasvanut vuosikymmenen takaisesta 10%:stä nykyiseen 35%:hen.
T&K-investointien painopiste
T&K-resursseista suositellaan osoitettavaksi 60% suurikerroksiseen HDI:hen, 30% kehittyneeseen pakkaamiseen ja 10% kestävän kehityksen teknologioihin. Erityistä huomiota olisi kiinnitettävä varhaiseen yhteistyöhön sirujen valmistajien kanssa ja osallistumiseen etupään suunnitteluun.
Patenttien asettelustrategia
Keskitytään patenttiasetteluihin kolmessa suunnassa: nopeat materiaalit, lämpöhäviörakenteet ja tiheät liitännät. Viime vuosina haetuista ydinpatenteistamme 40% on erityisiä lämpöhäviörakenteita koskevia patentteja, joista tulee tulevaisuudessa teknologinen este.
Tekoäly nostaa piirilevyt apukomponenteista tietokonejärjestelmien keskeisiksi osiksi. Tämä aseman muutos edellyttää meiltä tuotekehitysprosessien uudelleenmäärittelyä järjestelmätason ajattelutavalla ja siirtymistä puhtaista valmistuspalvelujen tarjoajista teknisten ratkaisujen tarjoajiksi. Tulevaisuudessa alan kilpailu on materiaalijärjestelmien, prosessikyvykkyyksien ja järjestelmäsuunnittelun taitojen kokonaisvaltaista kilpailua.