De technologische verschuiving van traditionele montage met doorlopende gaten naar interconnecties met hoge dichtheid, in combinatie met de explosieve groei van kunstmatige intelligentie, verandert het technologische traject, de productstructuur en de waardeverdeling van de PCB-industrie fundamenteel.
Technologische vereisten Upgrade van AI-computerhardware voor PCB's
Vraag naar interconnecties met een hoog aantal lagen en een hoge dichtheid
Traditionele server moederborden hebben meestal 12-16 lagen, terwijl de huidige mainstream AI training servers (zoals de NVIDIA DGX H100 serie) PCB lagen van 20-30 lagen vereisen. Vooral voor GPU-substraten zijn interconnectiedichtheden van meer dan 5.000 BGA-soldeerpunten nodig, waarbij de spoorbreedte/afstand wordt teruggebracht van de conventionele 4/4 mil tot 2/2 mil of zelfs 1,5/1,5 mil. Deze ontwerpbehoefte is de directe aanleiding voor het gebruik van mSAP (Modified Semi-Additive Process), aangezien traditionele subtractieve processen niet langer kunnen voldoen aan de precisievereisten.
Uitdagingen en oplossingen voor signaalintegriteit
Bij 112 Gbps PAM4 transmissiesnelheden moet het insertieverlies binnen -0,6 dB/inch worden gehouden. Door simulatieanalyse hebben we ontdekt dat de dissipatiefactor (Df) verlaagd moet worden van 0,02 voor conventioneel FR-4 tot minder dan 0,005. De huidige toonaangevende industriële oplossing bestaat uit het gebruik van een koolwaterstofhars/keramisch vulstofcomposietsysteem (zoals Rogers RO4835™), dat een stabiele Dk-waarde van 3,5±0,05 behoudt en goede diëlektrische eigenschappen vertoont, zelfs bij 77 GHz.
Innovaties in warmtebeheertechnologie
Als we de NVIDIA H100 als voorbeeld nemen, bereikt het piekverbruik van de chip 700 W, waardoor traditionele thermische ontwerpoplossingen volledig ontoereikend zijn. Onze ontwikkelde embedded copper block + thermal via array technologie kan de thermische weerstand terugbrengen tot 0,8°C/W. Wat betreft de keuze van het substraatmateriaal zijn een hoge Tg (≥170°C) en een hoge thermische geleidbaarheid (≥0,8 W/m-K) basisvereisten geworden, waarbij sommige high-end toepassingen al gebruikmaken van hybride structuren van metalen substraten en organische materialen.
Technologische doorbraken en vooruitgang bij de lokalisatie van belangrijke materialen
De S7439-serie van Shengyi Technology is gecertificeerd door grote OEM's en bereikt een Df-waarde van 0,0058 bij 10 GHz, waarmee de internationaal toonaangevende normen worden benaderd. Sinoma Science & Technology's ontwikkeling van elektronisch glasweefsel met een laag Dk-gehalte (Dk=4,2) doorbreekt het technologische monopolie van Nittobo, met een verwachte massaproductie in 2025.
Speciale chemische materialen
Voor soldeerstopinkten ondersteunt de SR-7200G serie van Taiyo Ink laser direct imaging met resoluties tot 20 μm. Voor plateringsadditieven maakt de Circuposit 8800-serie van MacDermid Enthone uniform plating mogelijk met aspectratio's van 1:1, waarmee het probleem van uniform koperplating in doorvoeropeningen voor PCB's met een hoog aantal lagen wordt aangepakt.
Technische knelpunten en doorbraken in productieprocessen
Laserboortechnologie
Voor microvia verwerking onder 0,1 mm naderen CO2 lasers de fysieke grenzen. We hebben UV-laserbewerkingssystemen geïntroduceerd in combinatie met straalvormingstechnologie om de bewerkingsprecisie te verhogen tot 35 μm. De UV-laserboormachines van Han's Laser, die een golflengte van 355 nm gebruiken, bereiken een minimale gatdiameter van 50 μm met een positienauwkeurigheid van ±15 μm.
Innovaties in lamineerprocessen
Voor ultrahoge printplaten met meer dan 30 lagen hebben we een lamineerproces met gesegmenteerde verwarming en druk ontwikkeld. Door de harsstroom nauwkeurig te regelen, wordt de vulsnelheid tussen de lagen verhoogd tot meer dan 95%, terwijl de uitlijningsnauwkeurigheid tussen de lagen binnen ±25 μm blijft.
Upgrades in inspectietechnologie
Een allesomvattende oplossing die het volgende combineert Geautomatiseerde optische inspectie (AOI) en elektrisch testen wordt toegepast. PathWave ADS software van Keysight ondersteunt 3D elektromagnetische veldsimulatie, waardoor problemen met signaalintegriteit vroegtijdig kunnen worden geïdentificeerd. Voor in-circuit testen ondersteunt de Teradyne TestStation architectuur bit error rate testen voor 112 Gbps interfaces.
Herstructurering industriële keten en transformatie bedrijfsmodel
Hervorming van de relaties binnen de toeleveringsketen
De toeleveringsketen voor AI-serverprintplaten is verdeeld in drie niveaus: GPU-boardsets worden geleid door chipfabrikanten (bijv. de aangewezen toeleveringsketen van NVIDIA); CPU-moederborden volgen de traditionele toeleveringsketen voor servers; en modulefabrikanten kopen onafhankelijk accessoiremodules in. Deze differentiatie vereist dat printplaatfabrikanten over gedifferentieerde mogelijkheden beschikken om klanten aan te spreken.
Verhoogde concentratie door hogere technische barrières
De kapitaalinvestering voor 18-laagse of meer PCB's is 3-5 keer hoger dan die van traditionele producten, met R&D-cycli die 12-18 maanden duren. Dit heeft geleid tot een concentratie van marktaandelen onder toonaangevende bedrijven, waarbij de top drie fabrikanten goed zijn voor meer dan 60% van de binnenlandse AI-server PCB-markt in 2024.
Veranderingen in waardeverdeling
In de Bill of Materials (BOM) kosten van AI-servers is het aandeel van PCB's gestegen van 2-3% in traditionele servers naar 6-8%. Met name voor GPU-substraten kunnen de brutomarges vanwege hun hoge technische complexiteit oplopen tot 35-40%, aanzienlijk hoger dan de 15-20% voor traditionele producten.
Toekomstige technologische ontwikkelingstrends
Integratie van geavanceerde verpakking en PCB's
De Chiplet-architectuur vereist dat PCB's een aantal interposer-functies vervullen, waardoor de Substrate-Like PCB (SLP)-technologie een spoorbreedte/afstand van 10/10 μm krijgt. De door Shennan Circuits ontwikkelde eSLP-technologie heeft een procesbreedte van 8/8 μm bereikt en wordt momenteel gevalideerd door grote chipfabrikanten.
Co-verpakkingstechnologie voor silicium fotonica
Voor optische modules van meer dan 1,6 ton is Co-Packaged Optics (CPO) een onvermijdelijke keuze geworden. Hiervoor zijn PCB's nodig die fotonische golfgeleiders integreren, en we ontwikkelen een hybride substraattechnologie op basis van siliciumdioxidegolfgeleiders, die naar verwachting in 2026 technische toepassingen zal bereiken.
Duurzaamheidseisen
De CE-RED-richtlijn van de EU stelt nieuwe milieueisen aan printplaten, waaronder halogeenvrije materialen en loodvrije processen. Ons ontwikkelde biogebaseerde epoxyharssysteem verlaagt de koolstofvoetafdruk met 40% en heeft de UL-certificering verkregen.
Aanbevelingen voor technische teams
Transformatie van talentstructuur
Er is een verschuiving nodig van traditionele procesingenieurs naar "materiaal-processysteem" compositietalenten. In ons team is het aandeel ingenieurs met een materiaalwetenschappelijke achtergrond gestegen van 10% tien jaar geleden naar 35% nu.
Focus van R&D-investeringen
Aanbevolen wordt om 60% aan O&O-middelen toe te wijzen aan HDI met een hoge laagdikte, 30% aan geavanceerde verpakking en 10% aan technologieën voor duurzame ontwikkeling. Bijzondere nadruk moet worden gelegd op vroegtijdige samenwerking met chipfabrikanten en deelname aan front-endontwerp.
Octrooi lay-out strategie
Focus op patent lay-outs in drie richtingen: high-speed materialen, structuren voor thermische dissipatie en interconnecties met hoge dichtheid. 40% van onze belangrijkste patenten die de afgelopen jaren zijn aangevraagd, heeft betrekking op speciale structuren voor warmtedissipatie, wat een toekomstige technologische barrière zal worden.
Kunstmatige intelligentie verheft PCB's van hulpcomponenten tot kernonderdelen van computersystemen. Deze verandering in status vereist dat we productontwikkelingsprocessen herdefiniëren met een systeemgerichte denkwijze, waarbij we overgaan van pure leveranciers van productiediensten naar leveranciers van technische oplossingen. De toekomstige concurrentie in de industrie zal een uitgebreide wedstrijd zijn tussen materiaalsystemen, procesmogelijkheden en systeemontwerpvaardigheden.