Технологический переход от традиционного монтажа через отверстия к межсоединениям высокой плотности в сочетании со взрывным ростом искусственного интеллекта кардинально меняет технологическую траекторию, структуру продукции и распределение стоимости в индустрии печатных плат.
Технологические требования Модернизация вычислительного оборудования ИИ для печатных плат
Спрос на межсоединения с большим количеством уровней и высокой плотностью
Традиционные материнские платы для серверов обычно имеют 12-16 слоев, в то время как современные серверы для обучения ИИ (например, серия NVIDIA DGX H100) требуют 20-30 слоев печатной платы. В частности, для подложек GPU необходима плотность межсоединений, превышающая 5 000 точек пайки BGA, при этом ширина/расстояние между трассами уменьшается с обычных 4/4 mil до 2/2 mil или даже 1,5/1,5 mil. Такие требования к конструкции напрямую определяют внедрение mSAP (модифицированного полуаддитивного процесса), поскольку традиционные субтрактивные процессы уже не могут удовлетворить требования к точности.
Проблемы и решения, связанные с целостностью сигнала
При скорости передачи PAM4 112 Гбит/с вносимые потери должны контролироваться в пределах -0,6 дБ/дюйм. Проведя анализ моделирования, мы обнаружили, что коэффициент рассеивания (Df) необходимо снизить с 0,02 для обычного FR-4 до менее 0,005. В настоящее время ведущее промышленное решение заключается в использовании композитной системы углеводородная смола/керамический наполнитель (например, Rogers RO4835™), которая поддерживает стабильное значение Dk на уровне 3,5±0,05 и демонстрирует хорошие диэлектрические свойства даже на частоте 77 ГГц.
Инновации в технологии терморегулирования
Если взять в качестве примера NVIDIA H100, то пиковое энергопотребление одного чипа достигает 700 Вт, что делает традиционные решения по тепловому дизайну совершенно неадекватными. Разработанная нами технология встроенного медного блока + массива тепловых проходов позволяет снизить тепловое сопротивление до 0,8°C/Вт. Что касается выбора материала подложки, то высокая Tg (≥170°C) и высокая теплопроводность (≥0,8 Вт/м-К) стали основными требованиями, а в некоторых высокотехнологичных приложениях уже используются гибридные структуры из металлических подложек и органических материалов.
Технологические прорывы и прогресс в локализации ключевых материалов
Серия S7439 компании Shengyi Technology была сертифицирована крупнейшими OEM-производителями, достигнув значения Df 0,0058 на частоте 10 ГГц, что приближается к ведущим международным стандартам. Разработка компанией Sinoma Science & Technology электронной стеклоткани с низким Dk (Dk=4,2) разрушает технологическую монополию компании Nittobo, а массовое производство ожидается к 2025 году.
Специальные химические материалы
В чернилах для паяльных резистов серия SR-7200G компании Taiyo Ink поддерживает прямую лазерную визуализацию с разрешением до 20 мкм. Что касается добавок для нанесения покрытия, то серия Circuposit 8800 компании MacDermid Enthone обеспечивает равномерное нанесение покрытия с соотношением сторон 1:1, решая проблему равномерного нанесения медного покрытия в сквозных отверстиях для печатных плат с большим количеством слоев.
Технические узкие места и прорывы в производственных процессах
Технология лазерного сверления
Для обработки микровибраций размером менее 0,1 мм CO2-лазеры приближаются к физическим пределам. Мы представили системы обработки ультрафиолетовыми лазерами в сочетании с технологией формирования луча для повышения точности обработки до 35 мкм. Ультрафиолетовые лазерные сверлильные станки Han's Laser, использующие длину волны 355 нм, позволяют получить минимальный диаметр отверстия 50 мкм с точностью позиционирования ±15 мкм.
Инновации в процессах ламинирования
Для сверхвысокослойных плат, превышающих 30 слоев, мы разработали процесс ламинирования, включающий сегментированный нагрев и применение давления. Благодаря точному управлению потоком смолы скорость межслойного заполнения увеличивается до более чем 95%, а точность совмещения слоев поддерживается в пределах ±25 мкм.
Модернизация технологий инспекции
Комплексное решение, сочетающее в себе Автоматизированный оптический контроль (AOI) и электрических испытаний. Программное обеспечение PathWave ADS компании Keysight поддерживает трехмерное моделирование электромагнитного поля, что позволяет выявить проблемы целостности сигнала на ранней стадии. Для внутрисхемного тестирования архитектура TestStation компании Teradyne поддерживает тестирование коэффициента битовых ошибок для интерфейсов 112 Гбит/с.
Реструктуризация промышленной цепочки и трансформация бизнес-модели
Перестройка отношений в цепочке поставок
Цепочка поставок печатных плат для серверов ИИ разделена на три уровня: Наборы плат GPU возглавляют производители чипов (например, цепочка поставок NVIDIA); материнские платы CPU следуют традиционной цепочке поставок серверов; а производители модулей самостоятельно закупают комплектующие. Такая дифференциация требует от производителей печатных плат наличия дифференцированных возможностей по привлечению клиентов.
Повышенная концентрация из-за более высоких технических барьеров
Капитальные вложения в 18-слойные и более печатные платы в 3-5 раз больше, чем в традиционные изделия, а циклы НИОКР увеличиваются до 12-18 месяцев. Это привело к концентрации доли рынка среди ведущих компаний, и в 2024 году на долю трех ведущих производителей будет приходиться более 60% внутреннего рынка печатных плат для AI-серверов.
Изменения в стоимости Распределение
В стоимости материалов (BOM) серверов ИИ доля печатных плат увеличилась с 2-3% в традиционных серверах до 6-8%. В частности, для подложек GPU, ввиду их высокой технической сложности, валовая прибыль может достигать 35-40%, что значительно выше, чем 15-20% для традиционных продуктов.
Будущие тенденции технологического развития
Интеграция передовой упаковки и печатных плат
Архитектура Chiplet требует, чтобы печатные платы брали на себя некоторые функции интерпозеров, что стимулирует технологию Substrate-Like PCB (SLP) к ширине/расстоянию между трассами 10/10 мкм. Разработанная Shennan Circuits технология eSLP достигла технологического уровня 8/8 мкм и в настоящее время проходит проверку на образцах у крупных производителей микросхем.
Технология совместной упаковки кремниевой фотоники
Для оптических модулей мощностью более 1,6 Тл неизбежным выбором становится совместная упаковка оптики (CPO). Это требует от печатных плат интеграции фотонных волноводов, и мы разрабатываем технологию гибридных подложек на основе волноводов из диоксида кремния, которая, как ожидается, найдет инженерное применение к 2026 году.
Требования к устойчивости
Директива ЕС CE-RED предъявляет новые экологические требования к печатным платам, в том числе к материалам без галогенов и бессвинцовым технологиям. Разработанная нами система эпоксидных смол на биооснове снижает углеродный след на 40% и получила сертификат UL.
Рекомендации для технических команд
Трансформация структуры талантов
Необходим переход от традиционных инженеров-технологов к композитным талантам "материал-процесс-система". В нашей команде доля инженеров с материаловедческим образованием выросла с 10% десять лет назад до 35% сегодня.
Направление инвестиций в НИОКР
Рекомендуется направить 60% ресурсов НИОКР на высокоуровневые HDI, 30% - на передовую упаковку и 10% - на технологии устойчивого развития. Особое внимание следует уделить раннему сотрудничеству с производителями микросхем и участию в проектировании передней панели.
Стратегия патентного макета
Сосредоточьтесь на патентах по трем направлениям: высокоскоростные материалы, теплорассеивающие структуры и межсоединения высокой плотности. Среди наших основных патентов, поданных в последние годы, патенты, связанные со специальными структурами теплового рассеивания, составляют 40%, которые в будущем станут технологическим барьером
Искусственный интеллект превращает печатные платы из вспомогательных компонентов в основные части вычислительных систем. Это изменение статуса требует от нас пересмотреть процессы разработки продукции с учетом системного уровня мышления, превратившись из поставщиков чисто производственных услуг в поставщиков технических решений. Будущая конкуренция в отрасли будет представлять собой комплексное соревнование систем материалов, технологических возможностей и мастерства проектирования систем.