Le passage technologique du montage traditionnel à travers le trou aux interconnexions à haute densité, associé à la croissance explosive de l'intelligence artificielle, remodèle fondamentalement la trajectoire technologique, la structure des produits et la répartition de la valeur de l'industrie des circuits imprimés.
Exigences technologiques Mise à niveau du matériel informatique d'IA pour les PCB
Demande d'interconnexions à nombre de couches élevé et à haute densité
Les cartes mères de serveurs traditionnelles utilisent généralement 12 à 16 couches, alors que les serveurs d'entraînement à l'IA actuels (tels que la série NVIDIA DGX H100) nécessitent un nombre de couches de PCB de 20 à 30 couches. En particulier pour les substrats GPU, des densités d'interconnexion supérieures à 5 000 points de soudure BGA sont nécessaires, avec une largeur/espacement de trace comprimé du 4/4 mil conventionnel à 2/2 mil ou même 1,5/1,5 mil. Cette demande de conception conduit directement à l'adoption du mSAP (Modified Semi-Additive Process), car les procédés soustractifs traditionnels ne peuvent plus répondre aux exigences de précision.
Défis et solutions en matière d'intégrité du signal
Aux taux de transmission PAM4 de 112 Gbps, la perte d'insertion doit être contrôlée à -0,6 dB/pouce. Grâce à une analyse de simulation, nous avons constaté que le facteur de dissipation (Df) doit être réduit de 0,02 pour le FR-4 conventionnel à moins de 0,005. La solution actuellement privilégiée par l'industrie consiste à utiliser un système composite de résine d'hydrocarbure et de charge céramique (tel que le Rogers RO4835™), qui maintient une valeur Dk stable de 3,5±0,05 et présente de bonnes propriétés diélectriques, même à 77 GHz.
Innovations en matière de gestion thermique
Si l'on prend l'exemple du NVIDIA H100, la consommation maximale d'énergie d'une seule puce atteint 700 W, ce qui rend les solutions traditionnelles de conception thermique totalement inadéquates. Notre technologie de bloc de cuivre intégré + réseau de via thermiques peut réduire la résistance thermique à 0,8°C/W. En ce qui concerne le choix du matériau du substrat, une Tg élevée (≥170°C) et une conductivité thermique élevée (≥0,8 W/m-K) sont devenues des exigences fondamentales, certaines applications haut de gamme adoptant déjà des structures hybrides composées de substrats métalliques et de matériaux organiques.
Percées technologiques et progrès en matière de localisation des matériaux clés
La série S7439 de Shengyi Technology a été certifiée par les principaux équipementiers, atteignant une valeur Df de 0,0058 à 10 GHz, se rapprochant ainsi des normes internationales de pointe. La mise au point par Sinoma Science & Technology d'un tissu de verre électronique à faible Dk (Dk=4,2) brise le monopole technologique de Nittobo, la production de masse étant prévue pour 2025.
Matériaux chimiques de spécialité
En ce qui concerne les encres de résistance de soudure, la série SR-7200G de Taiyo Ink prend en charge l'imagerie directe par laser avec des résolutions allant jusqu'à 20 μm. Pour les additifs de métallisation, la série Circuposit 8800 de MacDermid Enthone permet une métallisation uniforme avec des rapports d'aspect 1:1, ce qui permet de résoudre le problème de l'uniformisation de la métallisation du cuivre dans les trous de passage des circuits imprimés à nombre de couches élevé.
Goulets d'étranglement techniques et percées dans les processus de fabrication
Technologie de perçage au laser
Pour le traitement des microvia inférieures à 0,1 mm, les lasers CO2 approchent des limites physiques. Nous avons introduit des systèmes de traitement par laser UV combinés à une technologie de mise en forme du faisceau pour améliorer la précision du traitement jusqu'à 35 μm. Les perceuses laser UV de Han's Laser, qui utilisent une longueur d'onde de 355 nm, atteignent un diamètre de trou minimal de 50 μm avec une précision de positionnement de ±15 μm.
Innovations dans les procédés de pelliculage
Pour les cartes à très hautes couches dépassant 30 couches, nous avons mis au point un processus de laminage impliquant un chauffage segmenté et l'application d'une pression. En contrôlant précisément le flux de résine, le taux de remplissage entre les couches est porté à plus de 95%, tandis que la précision de l'alignement entre les couches est maintenue à ±25 μm.
Modernisation des techniques d'inspection
Une solution complète combinant Inspection optique automatisée (AOI) et les tests électriques sont adoptés. Le logiciel PathWave ADS de Keysight prend en charge la simulation du champ électromagnétique en 3D, ce qui permet d'identifier rapidement les problèmes d'intégrité du signal. Pour les essais en circuit, l'architecture TestStation de Teradyne prend en charge les essais de taux d'erreur binaire pour les interfaces à 112 Gbps.
Restructuration de la chaîne industrielle et transformation du modèle d'entreprise
Remodelage des relations de la chaîne d'approvisionnement
La chaîne d'approvisionnement des cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA est divisée en trois niveaux : Les jeux de cartes GPU sont dirigés par les fabricants de puces (par exemple, la chaîne d'approvisionnement désignée de NVIDIA) ; les cartes mères CPU suivent la chaîne d'approvisionnement traditionnelle des serveurs ; et les fabricants de modules se procurent indépendamment les modules accessoires. Cette différenciation exige des fabricants de cartes de circuits imprimés qu'ils possèdent des capacités d'engagement différenciées auprès des clients.
Concentration accrue en raison d'obstacles techniques plus importants
L'investissement en capital pour les PCB à 18 couches ou plus est 3 à 5 fois supérieur à celui des produits traditionnels, et les cycles de R&D s'étendent sur 12 à 18 mois. Cela a conduit à une concentration des parts de marché entre les principales entreprises, les trois premiers fabricants représentant plus de 60% du marché national des PCB pour serveurs d'IA en 2024.
Changements de valeur Distribution
Dans le coût de la nomenclature des serveurs IA, la proportion de PCB est passée de 2-3% dans les serveurs traditionnels à 6-8%. En raison de leur grande complexité technique, les substrats pour GPU, en particulier, peuvent dégager des marges brutes de 35 à 40%, soit nettement plus que les 15 à 20% des produits traditionnels.
Tendances futures du développement technologique
Intégration de l'emballage avancé et des circuits imprimés
L'architecture Chiplet exige que les circuits imprimés assument certaines fonctions d'interposeur, ce qui pousse la technologie Substrate-Like PCB (SLP) vers une largeur/espacement de trace de 10/10 μm. La technologie eSLP développée par Shennan Circuits a atteint une capacité de traitement de 8/8 μm et fait l'objet d'une validation d'échantillon avec les principaux fabricants de puces.
Technologie de co-emballage pour la photonique au silicium
Pour les modules optiques de plus de 1,6T, l'optique copackagée (CPO) est devenue un choix inévitable. Pour ce faire, les circuits imprimés doivent intégrer des guides d'ondes photoniques, et nous développons une technologie de substrat hybride basée sur des guides d'ondes en dioxyde de silicium, qui devrait trouver des applications techniques d'ici à 2026.
Exigences en matière de développement durable
La directive CE-RED de l'UE impose de nouvelles exigences environnementales pour les circuits imprimés, notamment des matériaux sans halogène et des processus sans plomb. Notre système de résine époxy biosourcée réduit l'empreinte carbone de 40% et a obtenu la certification UL.
Recommandations pour les équipes techniques
Transformation de la structure des talents
Il est nécessaire de passer des ingénieurs de procédés traditionnels à des talents composites "matériaux-processus-système". Dans notre équipe, la proportion d'ingénieurs ayant une formation en sciences des matériaux est passée de 10% il y a dix ans à 35% aujourd'hui.
L'investissement dans la R&D
Il est recommandé d'allouer 60% des ressources de R&D à l'IDH à nombre de couches élevé, 30% à l'emballage avancé et 10% aux technologies de développement durable. Une attention particulière devrait être accordée à la collaboration précoce avec les fabricants de puces et à la participation à la conception de l'avant-plan.
Stratégie de mise en page des brevets
Se concentrer sur les brevets dans trois directions : matériaux à haute vitesse, structures de dissipation thermique et interconnexions à haute densité. Parmi nos principaux brevets déposés ces dernières années, ceux qui concernent des structures spéciales de dissipation thermique représentent 40%, qui deviendront une future barrière technologique.
L'intelligence artificielle fait passer les circuits imprimés du statut de composants auxiliaires à celui de pièces maîtresses des systèmes informatiques. Ce changement de statut nous oblige à redéfinir les processus de développement de produits en adoptant un état d'esprit au niveau du système, en passant du statut de simple fournisseur de services de fabrication à celui de fournisseur de solutions techniques. À l'avenir, la concurrence industrielle sera un concours complet de systèmes de matériaux, de capacités de traitement et de prouesses en matière de conception de systèmes.