Det tekniska skiftet från traditionell hålmontering till högdensitetsinterkonnektorer, i kombination med den explosiva tillväxten av artificiell intelligens, förändrar i grunden mönsterkortsindustrins tekniska utveckling, produktstruktur och värdefördelning.
Tekniska krav Uppgradering av hårdvara för AI-beräkningar för mönsterkort
Efterfrågan på interkonnektorer med högt antal lager och hög densitet
Traditionella moderkort till servrar har normalt 12-16 lager, medan dagens vanliga servrar för AI-utbildning (t.ex. NVIDIA DGX H100-serien) kräver mönsterkort med 20-30 lager. Särskilt för GPU-substrat krävs sammankopplingsdensiteter på över 5.000 BGA-lödpunkter, med spårbredd/avstånd som komprimerats från konventionella 4/4 mil till 2/2 mil eller till och med 1,5/1,5 mil. Detta designkrav driver direkt på användningen av mSAP (Modified Semi-Additive Process), eftersom traditionella subtraktiva processer inte längre kan uppfylla precisionskraven.
Utmaningar och lösningar för signalintegritet
Vid överföringshastigheter på 112 Gbps PAM4 måste insättningsförlusten kontrolleras inom -0,6 dB/inch. Genom simuleringsanalys har vi kommit fram till att dissipationsfaktorn (Df) måste minskas från 0,02 för konventionell FR-4 till under 0,005. Den nuvarande branschledande lösningen innebär att man använder ett kompositsystem med kolväteharts och keramiska fyllmedel (t.ex. Rogers RO4835™), som håller ett stabilt Dk-värde på 3,5±0,05 och uppvisar goda dielektriska egenskaper även vid 77 GHz.
Innovationer inom termostyrningsteknik
Om vi tar NVIDIA H100 som exempel når den maximala effektförbrukningen för ett enda chip 700 W, vilket gör att traditionella lösningar för termisk design är helt otillräckliga. Vår utvecklade teknik med inbäddade kopparblock och termiska via-array kan minska värmemotståndet till 0,8°C/W. När det gäller val av substratmaterial har hög Tg (≥170°C) och hög värmeledningsförmåga (≥0,8 W/m-K) blivit grundläggande krav, och vissa avancerade applikationer använder redan hybridstrukturer av metallsubstrat och organiska material.
Teknologiska genombrott och lokaliseringsframsteg för viktiga material
Shengyi Technologys S7439-serie har certifierats av stora OEM-företag och uppnår ett Df-värde på 0,0058 vid 10 GHz, vilket närmar sig internationellt ledande standarder. Sinoma Science & Technologys utveckling av elektroniska glasvävnader med låg Dk (Dk=4,2) bryter Nittobos tekniska monopol, och massproduktion förväntas ske 2025.
Specialkemiska material
Bland lödresistfärgerna stöder Taiyo Inks SR-7200G-serie direkt laseravbildning med upplösningar på upp till 20 μm. När det gäller pläteringstillsatser möjliggör MacDermid Enthones Circuposit 8800-serie enhetlig plätering med 1:1-aspektförhållanden, vilket löser problemet med enhetlig kopparplätering i genomgående hål för kretskort med högt antal lager.
Tekniska flaskhalsar och genombrott i tillverkningsprocesser
Laserborrningsteknik
För mikrovia-bearbetning under 0,1 mm närmar sig CO2-lasern de fysiska gränserna. Vi har introducerat UV-laserbearbetningssystem i kombination med strålformningsteknik för att förbättra bearbetningsprecisionen till 35 μm. Han's Lasers UV-laserborrmaskiner, som använder en våglängd på 355 nm, uppnår en minsta håldiameter på 50 μm med en positionsnoggrannhet på ±15 μm.
Innovationer inom lamineringsprocesser
För ultrahögskiktskort med mer än 30 skikt har vi utvecklat en lamineringsprocess som omfattar segmenterad uppvärmning och tryckapplicering. Genom att exakt styra hartsflödet kan fyllnadsgraden mellan lagren ökas till över 95%, samtidigt som noggrannheten mellan lagren bibehålls inom ±25 μm.
Uppgraderingar inom inspektionsteknik
En heltäckande lösning som kombinerar Automatiserad optisk inspektion (AOI) och elektrisk testning används. Keysights PathWave ADS-mjukvara stöder simulering av elektromagnetiska fält i 3D, vilket möjliggör tidig identifiering av signalintegritetsproblem. För testning i kretsar stöder Teradynes TestStation-arkitektur testning av bitfelsfrekvens för 112 Gbps-gränssnitt.
Omstrukturering av industrikedjan och omvandling av affärsmodeller
Omformning av relationerna i leveranskedjan
Leveranskedjan för kretskort till AI-server är indelad i tre nivåer: GPU-kortsatser leds av chiptillverkare (t.ex. NVIDIAs utsedda leveranskedja); CPU-moderkort följer den traditionella serverleveranskedjan; och modultillverkare upphandlar oberoende tillbehörsmoduler. Denna differentiering kräver att mönsterkortstillverkarna har differentierade möjligheter att engagera kunderna.
Ökad koncentration på grund av högre tekniska barriärer
Kapitalinvesteringar för mönsterkort med 18 lager eller mer är 3-5 gånger högre än för traditionella produkter, med FoU-cykler som sträcker sig till 12-18 månader. Detta har lett till en koncentration av marknadsandelar bland ledande företag, där de tre största tillverkarna står för över 60% av den inhemska marknaden för mönsterkort till AI-server 2024.
Värdeförändringar Utdelning
I materialkostnaden för AI-servrar har andelen kretskort ökat från 2-3% i traditionella servrar till 6-8%. Särskilt för GPU-substrat, på grund av deras höga tekniska komplexitet, kan bruttomarginalerna nå 35-40%, vilket är betydligt högre än 15-20% för traditionella produkter.
Framtida teknologiska utvecklingstrender
Integration av avancerade förpackningar och kretskort
Chiplet-arkitekturen kräver att kretskorten tar på sig vissa interposerfunktioner, vilket driver Substrate-Like PCB (SLP)-tekniken mot spårbredder/avstånd på 10/10 μm. Shennan Circuits utvecklade eSLP-teknik har uppnått 8/8 μm processkapacitet och genomgår provvalidering hos stora chiptillverkare.
Kisel fotonik Co-Packaging teknik
För optiska moduler över 1,6T har Co-Packaged Optics (CPO) blivit ett oundvikligt val. Detta kräver att kretskorten integrerar fotoniska vågledare, och vi utvecklar hybridsubstratteknik baserad på vågledare av kiseldioxid, som förväntas nå tekniska tillämpningar 2026.
Krav på hållbarhet
EU:s CE-RED-direktiv ställer nya miljökrav på mönsterkort, bland annat halogenfria material och blyfria processer. Vårt utvecklade biobaserade epoxihartssystem minskar koldioxidavtrycket med 40% och har erhållit UL-certifiering.
Rekommendationer för tekniska team
Omvandling av talangstrukturen
En övergång från traditionella processingenjörer till komposittalanger inom "material-process-system" är nödvändig. I vårt team har andelen ingenjörer med materialvetenskaplig bakgrund ökat från 10% för tio år sedan till 35% idag.
Fokus för FoU-investeringar
Vi rekommenderar att 60% av FoU-resurserna avsätts för HDI med högt antal lager, 30% för avancerad paketering och 10% för teknik för hållbar utveckling. Särskild vikt bör läggas vid tidigt samarbete med chiptillverkare och deltagande i front-end design.
Strategi för patentlayout
Fokus på patent i tre riktningar: höghastighetsmaterial, strukturer för värmeavledning och högdensitetsinterconnects. Bland våra viktigaste patent som vi ansökt om under de senaste åren står de som rör speciella strukturer för värmeavledning för 40%, vilket kommer att bli en framtida teknisk barriär
Artificiell intelligens gör att mönsterkort går från att vara hjälpkomponenter till att bli centrala delar i datorsystem. Denna statusförändring kräver att vi omdefinierar produktutvecklingsprocesserna utifrån ett systemtänkande och övergår från att vara rena tjänsteleverantörer inom tillverkning till att bli leverantörer av tekniska lösningar. Den framtida industrikonkurrensen kommer att vara en omfattande tävling mellan materialsystem, processkapacitet och systemdesign.