Materialien für Leiterplatten von KI-Servern: Verlustarme Laminate, Schichtaufbau, Wärmeleitfaden und PCBA-Leitfaden

Die Wahl Leiterplattenmaterialien für KI-Server Die Wahl eines geeigneten Leiterplattenmaterials unterscheidet sich von der eines herkömmlichen FR-4-Laminats. Hardware für KI-Server vereint Hochgeschwindigkeits-SerDes-Kanäle, Stromversorgung für GPUs oder Beschleuniger, hohe Lagenanzahl, dichte BGA-Leiterbahnführung, dicke Kupferflächen, strenge Impedanzkontrolle und langfristige thermische Zuverlässigkeit in einem einzigen Leiterplattensystem. Wird das falsche Leiterplattenmaterial gewählt, können Probleme wie Einfügungsdämpfung, geschlossene Augendiagramme, instabile Impedanz, übermäßiger Temperaturanstieg, Durchkontaktierungsermüdung, CAF-Risiko, Verzug, Montagefehler oder Produktionsverzögerungen aufgrund der Nichtverfügbarkeit des benötigten Laminats auftreten.

Dieser Leitfaden richtet sich an Ingenieure, Hardware-Startups, Einkaufsteams und Produktmanager, die nach praktischen Antworten auf Fragen wie die folgenden suchen: Welches Leiterplattenmaterial sollte ich für eine KI-Serverplatine verwenden? Reicht FR-4 aus? Wann benötige ich Megtron, Tachyon, Astra, Rogers oder ein anderes verlustarmes Laminat? Wie beeinflussen Dk, Df, die Kupferrauheit und die Glasfaserstruktur 112G- oder 224G-Kanäle? Welche Fragen sollte ich einem Leiterplattenhersteller stellen, bevor ich den Schichtaufbau festlege?

Highleap Electronics ist ein Hersteller und Bestücker von Leiterplatten. Bei Projekten im Bereich KI-Server, GPUs, Beschleuniger, Netzwerktechnik und Hochleistungsrechnen ist es nicht ratsam, das Material isoliert zu betrachten. Vielmehr müssen Signalgeschwindigkeit, Kanallänge, Lagenanzahl, Impedanzstruktur, Kupfergewicht, Durchkontaktierungsstruktur, Laminierungsprozess, Lötprofil und Anforderungen an die Bauteilgehäuse berücksichtigt werden.

Welche Leiterplattenmaterialien für KI-Server müssen zur Lösung dieser Probleme benötigt werden

KI-Server stellen besondere Anforderungen an Leiterplattenmaterialien, da die Platine nicht nur als mechanischer Träger für die Komponenten dient. Sie ist Teil des elektrischen Kanals, des Stromversorgungsnetzes, des Wärmeleitwegs und der Zuverlässigkeitsstruktur. Das Material beeinflusst direkt Signalverluste, Impedanzstabilität, Laufzeitabweichungen, Wärmeausdehnung, Lötbeständigkeit und die endgültige Produktionsausbeute.

Eine herkömmliche industrielle Leiterplatte wird hauptsächlich nach Glasübergangstemperatur (Tg), Kupfergewicht, Plattendicke und Kosten ausgewählt. Eine Leiterplatte für einen KI-Server erfordert hingegen eine wesentlich detailliertere Analyse. Das Material muss die Hochgeschwindigkeits-Digitalkommunikation zwischen GPUs, CPUs, Speicherbausteinen, Retimern, Switches, Netzwerkkarten (NICs), Backplanes, Speichercontrollern und Stromversorgungsmodulen unterstützen. Die Leiterplatte kann Dutzende von Lagen, mehrere Laminierungszyklen, Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen, rückseitige Bohrungen, eine sehr dichte BGA-Leiterbahnführung und große Strompfade aufweisen.

Der wichtigste Punkt ist, dass das „beste“ Leiterplattenmaterial für KI-Server von der jeweiligen Funktion abhängt. GPU-Basisplatine, Beschleunigerkarte, Switch-Platine, Backplane, Speichercontroller und Stromverteilerplatine benötigen nicht immer dasselbe Laminat. Der flächendeckende Einsatz von verlustarmem Material kann die Kosten unnötig in die Höhe treiben. Die Verwendung von Standard-FR-4 auf kritischen Hochgeschwindigkeitsschichten kann zu elektrischen Ausfällen führen. Ein durchdachtes Materialkonzept trennt kritische von unkritischen Schichten und sorgt für einen Schichtaufbau, der sowohl den Entwicklungs- als auch den Produktionsanforderungen gerecht wird.

Materialanforderungen für verschiedene KI-Serverplatinen

Ein KI-Server enthält verschiedene Leiterplattentypen. Jede Leiterplatte bietet ein unterschiedliches Verhältnis von Signalintegrität, Stromversorgung, Wärmebelastung und Kostensensibilität. Vor der Auswahl eines Laminats müssen der Leiterplattentyp und die vorhandenen Schnittstellen ermittelt werden.

Deshalb lässt sich die Suche nach „PCB-Materialien für KI-Server“ nicht mit einem einzigen Materialnamen beantworten. Die richtige Antwort beginnt mit der Signalverteilung. Welche Lagen führen 112G- oder 224G-Differenzialpaare? Welche Leiterbahnen sind kurz genug, um ein kostengünstigeres Material zu tolerieren? Welche Lagen dienen hauptsächlich der Stromversorgung oder der Steuerung bei niedrigen Geschwindigkeiten? Welche Bereiche erfordern eine hohe Kupferstärke? Welche BGAs benötigen HDI? Ein PCB-Hersteller sollte diese Fragen prüfen, bevor er einen Lagenaufbau empfiehlt.

Wie man verlustarme Laminate für KI-Server-Leiterplatten auswählt

Die am häufigsten gesuchten Materialeigenschaften für Leiterplatten von KI-Servern sind: Dk und DfDie Dielektrizitätskonstante (Dk) beeinflusst die Impedanz und die Laufzeitverzögerung. Der Verlustfaktor (Df) beeinflusst die dielektrischen Verluste. Bei hohen Frequenzen kann bereits ein geringer Unterschied im Verlustfaktor (Df) zu erheblichen Unterschieden in den Kanalverlusten führen, insbesondere bei langen Leiterbahnen oder wenn der Kanal Steckverbinder, Durchkontaktierungen, Gehäuse und Retimer enthält.

Bei Hardware für KI-Server sollte die Laminatauswahl auf dem Gesamtbudget der Leiterbahnen basieren und nicht nur auf den Datenblattwerten. Ein Material mit einem niedrigeren Df-Wert bietet im Allgemeinen eine bessere Dämpfung, das Endergebnis der Leiterplatte hängt jedoch auch von der Kupferrauheit, der Dicke des Dielektrikums, der Glasfaserstruktur, der Leiterbahngeometrie, den Durchkontaktierungsübergängen, dem Rückbohren, der Steckverbinderqualität und den Fertigungstoleranzen ab.

Gängige Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenmaterialien für Server-, Netzwerk- und HPC-Projekte sind beispielsweise die Panasonic MEGTRON-Serie, die Isola Tachyon- und I-Tera-Serie, Isola Astra MT77, Rogers-Hochfrequenzmaterialien, AGC-Materialien und andere qualifizierte, verlustarme CCL-Systeme. Die Materialbezeichnungen sind jedoch nicht automatisch austauschbar. Selbst bei ähnlichen Df-Werten können sich zwei Materialien hinsichtlich Dk, Kupferfolienoptionen, Harzfließfähigkeit, verfügbaren Dicken, Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE), Laminierverhalten, Schälfestigkeit und langfristiger Verfügbarkeit unterscheiden.

Kupferfolie, Glasfasergewebe, Harzsystem und Schichtaufbau

Bei Leiterplattenmaterialien für KI-Server ist das Laminat nur ein Teil der Gleichung für die Leistungsfähigkeit. Kupferfolie, Glasfasergewebe und Harzsystem sind ebenso wichtig. Viele Signalintegritätsfehler entstehen, weil das Entwicklungsteam zwar Dk und Df prüft, aber die Leiterrauheit, die Gewebeverzerrung des Glasfasergewebes oder das Verhalten des Hybrid-Lagenaufbaus außer Acht lässt.

1. Kupferfolie: Warum HVLP wichtig ist

Bei Frequenzen im Multi-GHz-Bereich fließt der Signalstrom nahe der Leiteroberfläche. Raues Kupfer verlängert den effektiven Strompfad und erhöht die Leiterverluste. Daher benötigen Hochgeschwindigkeits-KI-Server-Leiterplatten häufig Kupfer mit sehr niedrigem Profil (VLP-Kupfer, HVLP-Kupfer) oder vergleichbare glatte Kupferoberflächen. Bei langen 112G- oder 224G-Kanälen kann die Kupferrauheit maßgeblich zur Einfügungsdämpfung beitragen.

Bei der Überprüfung von Kupferfolie ist Folgendes zu beachten:

• Unabhängig davon, ob es sich bei dem Material um Standardkupfer, RTF-, VLP-, HVLP- oder HVLP3-Kupfer handelt.
• Der im Signalintegritätsmodell verwendete Rauheitswert.
• Ob die Kupferfolienoption für die erforderliche Laminatdicke und das Kupfergewicht verfügbar ist.
• Ob die ausgewählte Folie nach der Herstellung und Montage eine ausreichende Schälfestigkeit beibehält.
• Ob der Leiterplattenhersteller die Ätzung für die erforderlichen feinen Linien und die Impedanztoleranz kontrollieren kann.

2. Glasgewebe: Stabilität von Verzerrung und Impedanz

Die Glasfaserstruktur erzeugt lokale dielektrische Variationen, da das Signal über Glasfaserbündel und harzreiche Bereiche geleitet werden kann. Bei niedrigeren Übertragungsgeschwindigkeiten ist dies unter Umständen akzeptabel. Bei den Datenraten von KI-Servern, insbesondere über längere Differenzialpaare, kann die durch die Glasfaserstruktur verursachte Signalverzerrung die Timing-Reserve und die Augenöffnung verringern.

Für die Entwicklung von KI-Server-Lagen werden häufig Glasfaser-Spread-Glass-, Low-Dk-Glass- oder Square-Weave-Glass-Varianten verwendet, um eine gleichmäßigere dielektrische Umgebung zu erzielen. Das Verlegen von Differenzialpaaren in einem leichten Winkel, die Verwendung geeigneter Prepreg-Typen und die Beibehaltung einer konsistenten Paargeometrie tragen ebenfalls zur Reduzierung von Verzerrungen bei. Diese Entscheidungen sollten bereits während der Planungsphase der Lagenstruktur und nicht erst nach Fertigstellung des Leiterplattenlayouts getroffen werden.

3. Harzsystem: thermisches und Verarbeitungsverhalten

Das Harzsystem beeinflusst Df, Tg, Td, Feuchtigkeitsaufnahme, CAF-Beständigkeit, Harzfließfähigkeit und Laminierungsqualität. Bei Leiterplatten für KI-Server muss das Harz mehreren thermischen Belastungen standhalten: Leiterplattenlaminierung, Aushärtung der Lötstoppmaske, Oberflächenbearbeitung, Reflow-Löten und Langzeitbetrieb in einer Hochtemperatur-Serverumgebung.

Wichtige Fragen im Zusammenhang mit Harzen sind unter anderem:

• Ist das Material für mehrfache Laminierungszyklen geeignet?
• Besitzt das Material eine geeignete Glasübergangstemperatur (Tg) und Zersetzungstemperatur für das Montageprofil?
• Besitzt es eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme, um das Risiko von Reflow-Looping und Zuverlässigkeitseinbußen zu reduzieren?
• Ist es CAF-beständig für dichte Hochspannungs- oder Feinstrukturierung?
• Kann das Prepreg einen ausreichenden Harzfluss um die dicken Kupferschichten und die komplexen inneren Schichten gewährleisten?

4. Hybrid-Stack-ups: Leistung ohne unnötige Kosten

Viele KI-Serverplatinen verwenden hybride Schichtaufbauten. Kritische Hochgeschwindigkeitsschichten bestehen aus verlustarmen oder ultra-verlustarmen Materialien, während für weniger schnelle Schichten oder Leistungs-/Steuerschichten kostengünstigere Materialien der FR-4-Klasse mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) oder geringe Verluste zum Einsatz kommen. Dieser Ansatz kann die Kosten senken, erfordert jedoch eine sorgfältige Planung.

Hybridbauweise wirft zusätzliche Fragen in der Fertigung auf:

• Weisen die Materialien kompatible Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE-Werte) auf?
• Funktioniert der Pressvorgang für alle Kerne und Prepregs im Schichtaufbau?
• Ist der Harzfluss um kupferreiche Schichten herum ausreichend?
• Bleibt die Platine nach dem Laminieren und Reflow-Löten plan?
• Kann der Hersteller die Registrierungs- und Impedanztoleranzen über die gesamte Konstruktion hinweg gewährleisten?

Ein hybrider Leiterbahnaufbau sollte nicht als einfache, kostensparende Alternative betrachtet werden. Er sollte vor der Layoutfreigabe vom Leiterplattenhersteller simuliert, berechnet und geprüft werden.

Herausforderungen in den Bereichen Thermik, Stromversorgung und Zuverlässigkeit

Serverplatinen für KI-Systeme weisen eine sehr hohe Leistungsdichte auf. GPUs, Beschleuniger, Hochgeschwindigkeitsschalter, Speicherbausteine, VRMs und optische oder Netzwerkmodule können lokale Hotspots erzeugen. Die Wahl des Leiterplattenmaterials beeinflusst die mechanische und elektrische Wärmeableitung der Platine, selbst wenn die Hauptkühlungsmethode ein Kühlkörper, eine Kühlplatte oder ein Flüssigkeitskühlsystem ist.

Stromversorgung und Kupferplanung

Die Stromversorgung hoher Ströme erfordert niederohmige Kupferflächen, ein sorgfältiges Durchkontaktierungsdesign und ausreichende Entkopplung. Bei KI-Beschleuniger- und GPU-Platinen geht es bei der Kupferplanung nicht nur um die Strombelastbarkeit. Sie beeinflusst auch die Platinendicke, die Laminierungsbalance, das Bohren, die Galvanisierung, die Ätzgleichmäßigkeit, den Verzug und die Lötleistung.

Wichtige Aspekte bei der Materialauswahl für die Stromversorgung sind:

• Kupfergewicht und Flächenverteilung der inneren Schicht.
• Spannungsabfall und Gleichstromwiderstand der Strompfade.
• Thermische Erwärmung im Bereich der VRMs, der GPU-Stromanschlüsse und der Hochstromanschlüsse.
• Anzahl der Durchkontaktierungen, Größe der Durchkontaktierungen, Schichtdicke der Beschichtung und Stromverteilungsverhalten.
• Ob dicke Kupferschichten zu Harzmangel oder Laminierungslücken führen.

Zuverlässigkeit der Wärmeausdehnung in Z-Richtung und der Durchkontaktierungsbohrungen

Hochlagige KI-Server-Leiterplatten können anfällig für Durchkontaktierungsermüdung sein, da sich die plattierten Kupferhülsen und das Laminat bei Temperaturwechseln unterschiedlich stark ausdehnen. Materialien mit einem niedrigeren und besser kontrollierten Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) in Z-Richtung tragen dazu bei, die Belastung von durchkontaktierten Löchern und Vias zu reduzieren. Dies ist besonders wichtig für dicke Backplanes, Midplanes, Switch-Platinen und Beschleunigerplatinen, die im Betrieb wiederholten Temperaturwechseln ausgesetzt sind.

Thermische Durchkontaktierungen, Kupferkontakte und lokale Wärmepfade

Manche KI-Serverplatinen benötigen thermische Durchkontaktierungen, großflächige Kupferverstärkungen, Kupferplättchen, Metalleinsätze oder gezielte Wärmeableitung. Diese Strukturen müssen bei der Materialauswahl und dem Laminierungsprozess berücksichtigt werden. Kupferplättchen oder großflächige Kupferverstärkungen können zwar die Wärmeableitung verbessern, aber auch zu Fehlanpassungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten, Lötstellenungleichgewichten oder Planheitsproblemen führen, wenn sie nicht für die Fertigung ausgelegt sind.

Feuchtigkeitsaufnahme und Rückflusszuverlässigkeit

Geringe Feuchtigkeitsaufnahme ist für hochzuverlässige KI-Server-Leiterplatten entscheidend. Feuchtigkeit im Laminat kann beim Löten das Risiko von Delamination, Rissbildung, Blasenbildung oder anderen thermischen Spannungsdefekten erhöhen. Dies ist besonders wichtig bei dicken Leiterplatten, Leiterplatten mit hoher Lagenanzahl, Hybridmaterialien oder bei der Bestückung mit großen BGAs und Bauteilen mit hoher thermischer Masse.

Fertigungs- und Leiterplattenbestückungsüberlegungen

Ein Material, das im Datenblatt hervorragend aussieht, kann in der Produktion dennoch versagen, wenn es sich schwer verarbeiten oder montieren lässt. Leiterplattenmaterialien für KI-Server müssen daher zusammen mit dem gesamten Fertigungsprozess bewertet werden: Bohren, Entschmieren, Galvanisieren, Belichten, Ätzen, Laminieren, Rückbohren, Oberflächenbearbeitung, Lötstopplack, Routing, elektrische Prüfung und Endmontage der Leiterplatte.

Risiken bei der Leiterplattenherstellung

Risiken der Leiterplattenbestückung

Da Highleap Electronics sowohl die Leiterplattenfertigung als auch die Leiterplattenbestückung anbietet, sollte die Materialprüfung auch den PCBA-Prozess umfassen. Eine dicke KI-Serverplatine mit großen BGAs, viel Kupfer, Steckverbindern mit hoher Wärmekapazität und empfindlichen Hochgeschwindigkeitskomponenten erfordert möglicherweise ein angepasstes Reflow-Profil und eine sorgfältige Verzugskontrolle.

• BGA-Verformung: Große GPU-, CPU-, FPGA- oder Switch-Gehäuse erfordern eine gute Platinenebenheit und eine stabile Reflow-Kontrolle.
• Thermisches Massenungleichgewicht: Große Kupferflächen und große Steckverbinder können beim Löten zu ungleichmäßiger Erwärmung führen.
• Feuchtigkeitskontrolle: Für Konstruktionen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen oder feuchtigkeitsempfindlichen Bauteilen können Back-, Lagerungs- und Handhabungsprozesse erforderlich sein.
• Sauberkeit: Bei Leiterplatten mit hoher Packungsdichte kann eine strenge Kontrolle der ionischen Kontamination erforderlich sein, um Leckagen und CAF-bedingte Risiken zu reduzieren.
• Inspektion: Die Röntgenprüfung ist wichtig für BGA-, Via-in-Pad- und verdeckte Lötstellen.
• Nachbearbeitungsbeschränkung: Die Nachbearbeitung großer BGAs auf hochwertigen KI-Serverplatinen muss sorgfältig geplant werden, da wiederholte Wärmeeinwirkung das Laminat belasten kann.

Lieferrisiko, Kostenkontrolle und Zweitlieferantenplanung

Die Beschaffung von Leiterplattenmaterialien für KI-Server gestaltet sich oft schwieriger als bei Standardlaminaten. Hochleistungsfähige CCL-Materialien, Spezial-Prepregs, HVLP-Kupferfolien und bestimmte Glasarten können längere Lieferzeiten, Mindestbestellmengen oder Zuteilungsbeschränkungen mit sich bringen. Ein Design, das auf einem seltenen Material ohne zugelassenen Ersatz basiert, kann ein komplettes Hardwareprojekt verzögern.

Am sichersten ist es, die Materialstrategie bereits in der Entwurfsphase zu erstellen, nicht erst nach Fertigstellung der Gerber-Dateien. Diese Strategie sollte ein bevorzugtes Material, eine genehmigte Alternative, eine Verfügbarkeitsprüfung, einen Kostenvergleich und eine elektrische Bestätigung umfassen.

Die Qualifizierung von Zweitlieferanten bedeutet nicht einfach nur den Austausch einer Marke durch eine andere. Vielmehr geht es darum, sicherzustellen, dass das Ersatzmaterial die gleichen elektrischen, thermischen, mechanischen und fertigungstechnischen Anforderungen erfüllt. Bei Leiterplatten für KI-Server können selbst geringfügige Unterschiede in der dielektrischen Dicke, dem Dielektrikum-Dielektrikum-Wert (Dk), dem Diffusionskoeffizienten (Df), der Kupferrauheit oder dem Harzverhalten das Endergebnis beeinflussen.

Was Sie Highleap Electronics zur Materialprüfung senden sollten

Um die passenden Leiterplattenmaterialien für KI-Server empfehlen zu können, benötigt Highleap Electronics mehr als nur einen Leiterplattenentwurf oder eine Gerber-Datei. Je früher die Materialprüfung beginnt, desto einfacher lassen sich Kosten senken, die Ausbeute verbessern und Designänderungen vermeiden.

Für eine schnelle und hilfreiche Bearbeitung senden Sie bitte folgende Informationen:

• Funktion der Platine: GPU-Platine, Beschleunigerkarte, Switch-Leiterplatte, Backplane, Motherboard, Netzwerkkarte, Speichercontroller oder Netzteilplatine.
• Zieldatenrate: PCIe-Generation, Ethernet-Geschwindigkeit, SerDes-Rate, 112G/224G-Anforderung oder andere Hochgeschwindigkeitsschnittstelle.
• Geschätzte Lagenanzahl und Plattendicke: Fügen Sie alle erforderlichen Impedanzschichten und Stromversorgungsebenen hinzu.
• Bevorzugtes Material: Falls in Ihrer Konstruktion bereits Megtron, Tachyon, Astra, Rogers, AGC, Shengyi oder ein anderes Laminat spezifiziert ist, geben Sie bitte, falls vorhanden, die genaue Teilenummer an.
• Tabelle der kontrollierten Impedanz: Impedanz (Single-Ended und Differential), Toleranz, Referenzschichten und Leiterbahngeometrie, sofern bereits definiert.
• Stapelung oder vorläufige Stapelung: Kern-/Prepreg-Dicke, Kupfergewicht und Zuordnung der Hochgeschwindigkeitsschicht.
• BGA-Details: Rastermaß, Anzahl der Leiterbahnen, Gehäusegröße, Anforderungen an Durchkontaktierungen in Pads und Einschränkungen bei der Leiterbahnführung.
• Stromversorgung: Hochstromschienen, Kupfergewicht, thermische Bereiche, Strom- und Spannungsabfallprobleme bei Steckverbindern.
• Montageinformationen: Stückliste, Platzierungsdatei, große BGA-Gehäuse, Wärmeleitpads, Reflow-Empfindlichkeit und Inspektionsanforderungen.
• Produktionsplan: Prototypenanzahl, Pilotfertigung, Prognose für die Serienproduktion und geplanter Liefertermin.

Häufig gestellte Fragen zu Leiterplattenmaterialien für KI-Server

Welches ist das beste Leiterplattenmaterial für KI-Serverplatinen?

Es gibt kein universell bestes Material für alle KI-Serverplatinen. GPU-Platinen, Beschleunigerplatinen, Switch-Platinen, Backplanes, Netzwerkkarten und Stromversorgungsplatinen haben unterschiedliche Anforderungen. Kritische Hochgeschwindigkeitsschichten benötigen in der Regel verlustarme, sehr verlustarme oder ultra-verlustarme Laminate mit glattem Kupfer. Stromversorgungs- oder Niedriggeschwindigkeits-Steuerungssektionen können, sofern die elektrischen und thermischen Anforderungen dies zulassen, Materialien mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) oder modifiziertes FR-4 verwenden.

Können für KI-Server-Leiterplatten Standard-FR-4 verwendet werden?

Standard-FR-4-Leitungen sind für Steuerungen mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit, einfache Stromversorgungen oder unkritische Abschnitte möglicherweise ausreichend, eignen sich jedoch in der Regel nicht für lange SerDes-Hochgeschwindigkeitspfade in KI-Serversystemen. Für 112G-, 224G- oder ähnliche Hochgeschwindigkeitskanäle benötigt das Design üblicherweise ein verlustärmeres Laminat, glattere Kupferleiter und eine höhere Dk-Stabilität.

Warum sind Dk und Df für Leiterplattenmaterialien von KI-Servern wichtig?

Der Dielektrizitätskonstantenkoeffizient (Dk) beeinflusst die Impedanz und die Signallaufzeit. Der Dielektrizitätskonstantenkoeffizient (Df) beeinflusst die dielektrischen Verluste. In Leiterplatten von KI-Servern arbeiten Hochgeschwindigkeitskanäle bei Frequenzen, bei denen dielektrische Verluste und Leiterverluste die Signalreserve verringern können. Ein stabiler Dk-Wert und ein niedriger Df-Wert tragen dazu bei, die Impedanz zu kontrollieren und die Einfügungsdämpfung zu reduzieren.

Welche Kupferfolie sollte für Leiterplatten von Hochgeschwindigkeits-KI-Servern verwendet werden?

Hochgeschwindigkeits-KI-Server-Leiterplatten verwenden häufig VLP-, HVLP- oder andere flache Kupferfolien, um die Leiterverluste zu reduzieren. Je glatter die Kupferoberfläche, desto geringer sind in der Regel die Hochfrequenzverluste. Die genaue Folie sollte zusammen mit dem Laminat, der Signalgeschwindigkeit, der Leiterbahnlänge und dem Fertigungsprozess ausgewählt werden.

Was ist Glasgewebeverwindung und warum ist sie wichtig?

Durch die gewebte Glasfaserstruktur im Laminat entsteht eine Verzerrung der Dielektrizitätskonstante, wenn zwei Leiterbahnen eines Differenzialpaares unterschiedliche dielektrische Umgebungen erfahren. Bei hohen Datenraten kann dies zu Timing-Fehlanpassungen und einer Verringerung der Augenmarge führen. Der Einsatz von gespreiztem Glasfasergewebe, Glasfasergewebe mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Dk), geeignetem Prepreg-Design und einer optimierten Leiterbahnführung kann dieses Risiko reduzieren.

Sind hybride Lagenaufbauten für KI-Server-Leiterplatten geeignet?

Ja, Hybrid-Lagenaufbauten sind üblich, wenn bei der Konstruktion ein ausgewogenes Verhältnis zwischen hoher Leistungsfähigkeit und Kosten angestrebt wird. Entscheidend ist, verlustarme Materialien nur dort einzusetzen, wo sie benötigt werden, und ansonsten kostengünstigere Materialien zu verwenden. Allerdings müssen Hybridmaterialien ein kompatibles Laminierverhalten, einen kompatiblen Wärmeausdehnungskoeffizienten und geeignete Fertigungsprozesse aufweisen.

Welche Materialeigenschaften sollten neben Dk und Df überprüft werden?

Wichtige Eigenschaften sind unter anderem Glasübergangstemperatur (Tg), Verdichtungstemperatur (Td), Temperaturdifferenz (T288), Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) in Z-Richtung, Feuchtigkeitsaufnahme, Beständigkeit gegen kryogenes Aerosol (CAF), Schälfestigkeit, Harzgehalt, Rauheit der Kupferfolie, Verfügbarkeit von Prepreg und Kompatibilität mit mehreren Laminierzyklen. Diese Eigenschaften beeinflussen die Fertigungsausbeute, die Zuverlässigkeit der Montage und den Langzeitbetrieb.

Wie früh sollte die Materialauswahl mit dem Leiterplattenhersteller besprochen werden?

Die Materialauswahl sollte nach Möglichkeit vor dem finalen Layout besprochen werden. Bei Leiterplatten für KI-Server beeinflusst das Material Leiterbahnbreite, Leiterbahnabstand, Impedanz, Schichtdicke, Via-Struktur, Rückbohrung und Kosten. Wird das Material nach dem Layout geändert, müssen der Leiterbahnaufbau und die Signalintegrität gegebenenfalls neu berechnet werden.

Welche Dateien werden für ein Angebot für Leiterplattenmaterialien eines KI-Servers benötigt?

Für ein Angebot und eine technische Prüfung senden Sie bitte Gerber- oder ODB++-Dateien, den Lagenaufbau, Impedanzanforderungen, Materialpräferenzen, Bohrdateien, Leiterplattendicke, Kupfergewicht, Oberflächenbeschaffenheit, Stückliste, Bestückungsdatei und Montageanforderungen. Auch wenn das Design noch nicht final ist, sind ein vorläufiger Lagenaufbau und Informationen zur Schnittstellengeschwindigkeit hilfreich.

Kann Highleap Electronics sowohl bei der Leiterplattenherstellung als auch bei der Leiterplattenbestückung helfen?

Ja. Highleap Electronics unterstützt die Leiterplattenfertigung und -bestückung. Bei KI-Server- und Hochleistungsrechnerprojekten trägt die gemeinsame Überprüfung von Fertigung und Bestückung dazu bei, Risiken im Zusammenhang mit Materialauswahl, Leiterplattenverzug, BGA-Löten, Wärmespeicherung, Inspektion und Produktionsausbeute zu minimieren.