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Matériaux pour circuits imprimés de serveurs d'IA : Guide des stratifiés à faibles pertes, de l'empilage, de la gestion thermique et de l'assemblage des circuits imprimés

Matériaux pour circuits imprimés de serveurs d'IA

Choisir Matériaux pour circuits imprimés de serveurs d'IA Choisir un stratifié FR-4 standard est différent. Le matériel des serveurs d'IA combine des canaux SerDes haut débit, l'alimentation des GPU ou accélérateurs, un grand nombre de couches, un routage BGA dense, des plans de cuivre épais, un contrôle d'impédance rigoureux et une fiabilité thermique à long terme sur une seule carte. Un mauvais choix de matériau pour circuit imprimé peut entraîner des pertes d'insertion, des diagrammes de l'œil fermés, une impédance instable, une élévation excessive de température, une fatigue des vias, un risque de CAF (fluage d'air comprimé), une déformation, des défauts d'assemblage ou des retards de production dus à l'indisponibilité du stratifié requis.

Ce guide s'adresse aux ingénieurs, aux startups du secteur du matériel informatique, aux équipes d'approvisionnement et aux chefs de produit qui recherchent des réponses pratiques à des questions telles que : Quel matériau de circuit imprimé choisir pour une carte serveur d'IA ? Le FR-4 est-il suffisant ? Quand faut-il utiliser un stratifié à faibles pertes comme le Megtron, le Tachyon, l'Astra ou le Rogers ? Quel est l'impact de la constante diélectrique (Dk), de la permittivité relative (Df), de la rugosité du cuivre et de la structure du réseau de fibres de verre sur les canaux 112G ou 224G ? Quelles questions poser au fabricant de circuits imprimés avant de finaliser la conception de l'empilement ?

Highleap Electronics est une usine de fabrication et d'assemblage de circuits imprimés. Pour les serveurs d'IA, les GPU, les accélérateurs, les réseaux et les projets de calcul haute performance, il est essentiel de ne pas choisir un matériau isolément. Ce choix doit être pris en compte en fonction de la vitesse du signal, de la longueur des canaux, du nombre de couches, de l'impédance, de la masse de cuivre, de la structure des vias, du procédé de lamination, du profil de soudure et des exigences d'encapsulation des composants.

Réponse rapide: Les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA nécessitent généralement une combinaison de stratifiés à très faibles pertes ou à pertes ultra-faibles pour les couches haute vitesse, de feuilles de cuivre à profil bas ou HVLP pour réduire les pertes de conduction, de verre étalé ou à faible constante diélectrique pour contrôler l'asymétrie, de matériaux à température de transition vitreuse élevée et à faible coefficient de dilatation thermique pour une fiabilité accrue, et des empilements hybrides soigneusement conçus pour optimiser le rapport performance/coût. Le FR-4 standard peut encore être utilisé pour les sections basse vitesse, de contrôle ou d'alimentation uniquement, mais il est généralement inadapté aux longs chemins SerDes 112G/224G.


Quels matériaux de circuits imprimés pour serveurs d'IA doivent répondre aux besoins ?

Les serveurs d'IA soumettent les matériaux des circuits imprimés à des contraintes exceptionnelles, car ces derniers ne servent pas uniquement de support mécanique aux composants. Ils font partie intégrante du réseau électrique, du réseau d'alimentation, du système de dissipation thermique et de la structure de fiabilité. Le matériau influe directement sur l'atténuation du signal, la stabilité de l'impédance, la synchronisation, la dilatation thermique, la résistance des soudures et le rendement final de production.

Le choix d'un circuit imprimé industriel classique se base principalement sur la température de transition vitreuse (Tg), la masse de cuivre, l'épaisseur et le coût. En revanche, un circuit imprimé destiné à un serveur d'IA nécessite une analyse beaucoup plus approfondie. Le matériau doit supporter une communication numérique à haut débit entre les GPU, les CPU, les dispositifs de mémoire, les régulateurs de temporisation, les commutateurs, les cartes réseau, les fonds de panier, les contrôleurs de stockage et les modules d'alimentation. Le circuit peut comporter des dizaines de couches, de multiples cycles de stratification, des vias borgnes et enterrés, un perçage arrière, un routage d'échappement BGA très dense et des chemins de courant importants.

Exigences du serveur d'IA Impact matériel Que vérifier avant la fabrication
112G / 224G / SerDes haut débit Nécessite un faible coefficient de diffusion (Df), un coefficient de diffusion (Dk) stable, un cuivre lisse et un tissage de verre contrôlé. Perte d'insertion cible, longueur de piste, impédance, type de feuille de cuivre, données du stratifié à la fréquence pertinente
Demande de puissance des GPU et des accélérateurs Nécessite des plans de masse en cuivre épais, une faible résistance en courant continu et une fiabilité thermique élevée. Poids du cuivre, structure plane, capacité de courant des vias, chemin thermique, profil de température d'assemblage
Nombre élevé de couches Augmente la difficulté de lamination, le risque de repérage et la contrainte de fiabilité des vias Cycle de stratification, coefficient de dilatation thermique du matériau, fluidité de la résine, qualité du perçage, équilibre de l'empilement
Routage BGA à pas fin Nécessite souvent des interconnexions haute densité (HDI), des microvias, des diélectriques minces et une bonne stabilité dimensionnelle. Pas BGA, nécessité de vias dans les pastilles, fiabilité des microvias, alignement du masque de soudure, fenêtre de processus PCBA
Longue durée de vie opérationnelle dans les centres de données Exige une stabilité thermique élevée, une faible absorption d'humidité et une résistance à la CAF Tg, Td, T288, coefficient de dilatation thermique (axe Z), historique des tests CAF, compatibilité de refusion

Le point essentiel est que le matériau « idéal » pour un circuit imprimé de serveur d'IA dépend de sa fonction. Une carte mère GPU, une carte d'accélération, une carte de commutation, un fond de panier, un contrôleur de stockage et une carte de distribution d'alimentation n'ont pas toujours besoin du même stratifié. Utiliser systématiquement un matériau à très faibles pertes peut engendrer des coûts inutiles. À l'inverse, l'utilisation de FR-4 standard sur les couches critiques à haute vitesse peut provoquer des défaillances électriques. Un choix judicieux des matériaux permet de séparer les couches critiques des couches non critiques et de concevoir une structure qui réponde aux exigences d'ingénierie et de production.


Configurations matérielles requises pour différentes cartes mères de serveurs d'IA

Un serveur d'IA comprend plusieurs types de circuits imprimés. Chaque carte présente un équilibre différent entre intégrité du signal, alimentation, dissipation thermique et coût. Avant de choisir un substrat, il est essentiel d'identifier le type de carte et ses interfaces.

Type de tableau Défi principal Direction typique du matériau
Carte GPU / accélérateur Interconnexion GPU haute vitesse, environnement de routage lié à la mémoire HBM, échappement BGA dense, courant élevé Stratifié à très faibles pertes ou à pertes ultra-faibles sur couches haute vitesse ; âme/préimprégné à haute Tg et faible CTE ; cuivre HVLP ; matériau compatible HDI
Carte mère pour serveur IA Zones pour processeur, carte graphique, mémoire, PCIe, gestion, alimentation et connecteurs multiples Assemblage hybride : matériau à faibles pertes pour les couches critiques SerDes, matériau à haute Tg moins coûteux pour les zones de contrôle et d’alimentation lorsque cela est autorisé.
Circuit imprimé de commutation haute vitesse Nombreux canaux haut débit de grande longueur, budget de pertes restreint, discontinuités de connecteurs et de vias Stratifié à très faibles pertes, cuivre très lisse, contrôle strict de l'impédance, empilage compatible avec le perçage arrière
Fond de panier / fond de panier canaux à longue portée, transitions de connecteurs, carte épaisse, contrôle des vias Stratifié à faibles pertes ou à très faibles pertes sur les couches de signal ; coefficient de dilatation thermique contrôlé ; grande capacité de perçage et de contre-perçage
Carte réseau Ethernet haut débit, interface de module optique, emplacement du retimer, densité thermique Stratifié à faibles pertes pour les voies à haute vitesse ; constante diélectrique stable pour l’impédance ; matériau sélectif haute performance pour les zones critiques
Tableau de distribution électrique Courant élevé, chute de tension, chaleur, résistance mécanique FR-4 à haute Tg ou stratifié haute fiabilité à forte teneur en cuivre ; le choix des matériaux privilégie la fiabilité thermique et mécanique à l’ultra-faible perte de signal

C’est pourquoi une recherche sur les « matériaux pour circuits imprimés de serveurs d’IA » ne peut aboutir à la réponse par un seul nom de matériau. La bonne réponse commence par l’analyse du schéma de signaux. Quelles couches supportent des paires différentielles 112G ou 224G ? Quelles pistes sont suffisamment courtes pour tolérer un matériau moins coûteux ? Quelles couches sont principalement dédiées à l’alimentation ou aux commandes basse vitesse ? Quelles sections nécessitent une épaisseur de cuivre importante ? Quels BGA requièrent une connexion HDI ? Un fabricant de circuits imprimés devrait examiner ces questions avant de recommander une structure.


Comment choisir des stratifiés à faibles pertes pour les circuits imprimés de serveurs d'IA

Les propriétés des matériaux les plus recherchées pour les circuits imprimés des serveurs d'IA sont : Dk et DfLa constante diélectrique (Dk) influe sur l'impédance et le temps de propagation. Le facteur de dissipation (Df) influe sur les pertes diélectriques. Aux hautes fréquences, une faible variation de Df peut engendrer une variation importante des pertes dans le canal, notamment lorsque la longueur des pistes est importante ou lorsque le canal comprend des connecteurs, des vias, des boîtiers et des dispositifs de temporisation.

Pour les serveurs d'IA, le choix du stratifié doit se baser sur le budget total des canaux, et non uniquement sur les données techniques. Un matériau avec un coefficient de diffusion (Df) plus faible offre généralement de meilleures performances en matière de pertes, mais le résultat final dépend également de la rugosité du cuivre, de l'épaisseur du diélectrique, du tissage de la fibre de verre, de la géométrie des pistes, des transitions de vias, du perçage arrière, de la qualité des connecteurs et des tolérances de fabrication.

Classe de matériau Utilisation typique dans le matériel serveur d'IA Notes de sélection
Norme FR-4 Commande à basse vitesse, alimentation simple ou cartes non critiques Économique, mais généralement trop sujet aux pertes pour les canaux SerDes des serveurs d'IA haut débit de longue durée.
FR-4 modifié à haute Tg Alimentation, gestion, stockage et quelques trajets courts à vitesse modérée Fiabilité thermique supérieure au FR-4 standard ; peut être utilisé dans des empilements hybrides où les couches haute vitesse utilisent des matériaux plus performants.
stratifié à faible perte PCIe, réseau, liaisons haut débit plus courtes et cartes mères serveur hautes performances. Bon compromis entre coût et performance pour de nombreuses applications serveur
Stratifié à très faibles pertes Canaux de classe 112G, cartes d'accélération, cartes de commutation et liaisons haut débit plus longues Souvent associé au cuivre VLP ou HVLP ; nécessite un contrôle de processus plus strict et une confirmation précoce des matériaux
Stratifié à très faibles pertes Plateformes 112G à longue portée, 224G émergentes, commutateurs/fond de panier avancés et plateformes d'IA de nouvelle génération Performances et coûts les plus élevés ; à réserver aux couches où le budget alloué aux pertes l'exige.
PTFE / matériau RF spécial Zones sélectives de radiofréquences, de micro-ondes ou de hautes fréquences spéciales Excellentes performances électriques, mais fabrication, collage et contrôle d'assemblage plus complexes ; ce n'est pas toujours le premier choix pour les cartes de serveurs d'IA numériques.

Les familles de matériaux pour circuits imprimés haute vitesse couramment utilisées dans les serveurs, les réseaux et les projets HPC incluent les séries Panasonic MEGTRON, Isola Tachyon et I-Tera, Isola Astra MT77, les matériaux haute fréquence Rogers, les matériaux AGC et d'autres systèmes CCL à faibles pertes qualifiés. Cependant, les noms des matériaux ne doivent pas être considérés comme interchangeables. Même si deux matériaux présentent des valeurs Df similaires, ils peuvent différer en termes de Dk, d'options de feuille de cuivre, de fluidité de la résine, d'épaisseurs disponibles, de coefficient de dilatation thermique (CTE), de comportement de la stratification, de résistance au pelage et de disponibilité à long terme.

Conseil d'ingénierie : Ne vous fiez pas uniquement à la marque pour approuver le matériau du circuit imprimé d'un serveur d'IA. Avant de finaliser la conception, demandez au fabricant de circuits imprimés de confirmer la composition exacte du stratifié, du préimprégné, de la résine, du type de feuille de cuivre, de l'épaisseur du diélectrique, le calcul d'impédance, le cycle de pressage et la disponibilité.


Feuille de cuivre, tissu de verre, système de résine et conception empilée

Pour les matériaux des circuits imprimés des serveurs d'IA, le stratifié ne représente qu'une partie de l'équation des performances. La feuille de cuivre, le tissu de verre et le système de résine sont tout aussi importants. De nombreuses défaillances d'intégrité du signal surviennent car l'équipe de conception vérifie la constante diélectrique (Dk) et la constante de diffusion (Df) mais néglige la rugosité du conducteur, le biais du tissage de verre ou le comportement de l'empilement hybride.

1. Feuille de cuivre : pourquoi la technologie HVLP est importante

Aux fréquences multi-GHz, le courant du signal circule près de la surface du conducteur. Un cuivre rugueux augmente le trajet effectif du courant et, par conséquent, les pertes dans le conducteur. C'est pourquoi les circuits imprimés des serveurs d'IA haute vitesse nécessitent souvent du cuivre à profil très bas (VLP ou HVLP) ou des options équivalentes en cuivre lisse. Pour les canaux longs de 112 Gbit/s ou 224 Gbit/s, la rugosité du cuivre peut contribuer de manière significative aux pertes d'insertion.

Lors de l'examen des feuilles de cuivre, vérifiez :

  • Que le matériau utilise du cuivre standard, du cuivre RTF, VLP, HVLP ou HVLP3.
  • La valeur de rugosité utilisée dans le modèle d'intégrité du signal.
  • Si l'option de feuille de cuivre est disponible pour l'épaisseur de stratifié et le poids de cuivre requis.
  • Vérifier si le film sélectionné conserve une résistance au pelage suffisante après fabrication et assemblage.
  • La capacité du fabricant de circuits imprimés à contrôler la gravure pour obtenir les lignes fines et la tolérance d'impédance requises.

2. Tissu de verre : stabilité de l’inclinaison et de l’impédance

Le tissage du verre crée des variations diélectriques locales car le signal peut traverser des faisceaux de verre et des zones riches en résine. À basse vitesse, cela peut être acceptable. Aux débits de données des serveurs d'IA, en particulier sur les paires différentielles longues, le biais du tissage du verre peut réduire la marge de synchronisation et l'ouverture de l'œil.

Les architectures de serveurs d'IA utilisent souvent des couches de verre étalé, à faible constante diélectrique ou à tissage carré pour créer un environnement diélectrique plus uniforme. Le routage des paires différentielles selon un léger angle, l'utilisation de préimprégnés appropriés et le maintien d'une géométrie de paire constante contribuent également à réduire l'asymétrie. Ces choix doivent être abordés lors de la conception de l'architecture, et non après la finalisation du routage du circuit imprimé.

3. Système de résine : comportement thermique et de mise en œuvre

Le système de résine influe sur le Df, le Tg, le Td, l'absorption d'humidité, la résistance à la corrosion sous contrainte, la fluidité de la résine et la qualité de la stratification. Pour les circuits imprimés de serveurs d'IA, la résine doit résister à de multiples expositions thermiques : stratification du circuit imprimé, polymérisation du masque de soudure, traitement de surface, brasage par refusion et fonctionnement prolongé dans un environnement serveur à haute température.

Les questions importantes relatives à la résine comprennent :

  • Le matériau est-il compatible avec plusieurs cycles de lamination ?
  • Le matériau possède-t-il une température de transition vitreuse (Tg) et une température de décomposition adaptées au profil d'assemblage ?
  • Possède-t-il une faible absorption d'humidité afin de réduire les risques de refusion et d'améliorer la fiabilité ?
  • Est-il résistant à la corrosion sous contrainte pour les structures denses à haute tension ou à espacement réduit ?
  • Le préimprégné peut-il assurer un flux de résine suffisant autour du cuivre épais et des couches internes complexes ?

4. Architectures hybrides : performances sans coûts inutiles

De nombreuses cartes de serveurs d'IA utilisent des architectures hybrides. Les couches critiques à haute vitesse emploient des matériaux à faibles pertes, voire à très faibles pertes, tandis que les couches à vitesse réduite ou de contrôle/alimentation utilisent des matériaux FR-4 à haute température de transition vitreuse (Tg) ou à faibles pertes, plus économiques. Cette approche permet de réduire les coûts, mais sa conception doit être rigoureuse.

La construction hybride soulève des questions supplémentaires en matière de fabrication :

  • Les matériaux ont-ils des valeurs de CTE compatibles ?
  • Le cycle de pressage fonctionnera-t-il pour tous les noyaux et préimprégnés de l'empilement ?
  • Le flux de résine sera-t-il suffisant autour des couches riches en cuivre ?
  • La carte restera-t-elle plane après la stratification et le refusion ?
  • Le fabricant peut-il maintenir la tolérance d'enregistrement et d'impédance sur l'ensemble de la fabrication ?

Une architecture hybride ne doit pas être considérée comme une simple solution de réduction des coûts. Elle doit être simulée, calculée et validée par le fabricant de circuits imprimés avant la diffusion du schéma.


Matériaux pour circuits imprimés de serveurs d'IA

Défis liés à la température, à la distribution d'énergie et à la fiabilité

Les cartes mères pour serveurs d'IA présentent une densité de puissance très élevée. Les GPU, les accélérateurs, les commutateurs haute vitesse, les dispositifs de mémoire, les VRM et les modules optiques ou réseau peuvent générer des points chauds localisés. Le choix du matériau du circuit imprimé influe sur la dissipation thermique, tant mécanique qu'électrique, même lorsque le refroidissement principal est assuré par un dissipateur thermique, une plaque froide ou un système de refroidissement liquide.

Planification de la distribution d'énergie et du cuivre

L'alimentation en courant élevé exige des plans de cuivre à faible résistance, une conception soignée des vias et un découplage suffisant. Pour les cartes d'accélérateurs d'IA et les GPU, la planification du cuivre ne se limite pas à l'ampérage admissible. Elle influe également sur l'épaisseur de la carte, l'équilibre de la stratification, le perçage, le plaquage, l'uniformité de la gravure, la déformation et la qualité de la soudure.

Les principaux éléments à prendre en compte concernant les matériaux de transmission de puissance sont les suivants :

  • Répartition du poids et du plan du cuivre de la couche interne.
  • Chute de tension et résistance CC des chemins d'alimentation.
  • Élévation thermique autour des VRM, des broches d'alimentation du GPU et des connecteurs à courant élevé.
  • Nombre de vias, taille des vias, épaisseur du plaquage et comportement de partage du courant.
  • Que les couches épaisses de cuivre provoquent une carence en résine ou des vides dans la stratification.

Coefficient de dilatation thermique selon l'axe Z et fiabilité des trous métallisés

Les cartes PCB de serveurs IA à grand nombre de couches peuvent être sensibles à la fatigue des vias, car le cuivre métallisé et le stratifié se dilatent différemment lors des cycles thermiques. L'utilisation de matériaux présentant un coefficient de dilatation thermique (CTE) plus faible et mieux maîtrisé selon l'axe Z contribue à réduire les contraintes sur les trous métallisés et les vias. Ceci est particulièrement important pour les fonds de panier, les fonds intermédiaires, les cartes de commutation et les cartes d'accélération épais, soumis à des cycles répétés de chauffage et de refroidissement en fonctionnement.

Vias thermiques, pastilles de cuivre et chemins de chaleur locaux

Certaines cartes de serveurs d'IA nécessitent des réseaux de vias thermiques, des zones de cuivre épaisses, des pastilles de cuivre, des inserts métalliques ou des dispositifs de dissipation thermique localisés. Ces structures doivent être conçues en fonction des matériaux et du procédé de lamination. Une pastille de cuivre ou une zone de cuivre épaisse peut faciliter l'évacuation de la chaleur, mais peut également engendrer des différences de coefficient de dilatation thermique, des déséquilibres de soudure ou des problèmes de planéité si elles ne sont pas pensées pour la fabrication.

fiabilité de l'absorption d'humidité et du refusion

Une faible absorption d'humidité est essentielle pour les circuits imprimés de serveurs d'IA haute fiabilité. L'humidité à l'intérieur du stratifié peut accroître le risque de délamination, de cloquage, de formation de bulles ou d'autres défauts liés aux contraintes thermiques lors du soudage. Ce risque est d'autant plus important pour les cartes épaisses, à grand nombre de couches, en matériau hybride ou assemblées avec de grands BGA et des composants à forte inertie thermique.


Considérations relatives à la fabrication et à l'assemblage des circuits imprimés

Un matériau qui semble excellent sur le papier peut s'avérer défaillant en production s'il est difficile à fabriquer ou à assembler. Les matériaux des circuits imprimés pour serveurs d'IA doivent être évalués en tenant compte de l'ensemble du processus de fabrication : perçage, décapage, métallisation, imagerie, gravure, stratification, perçage arrière, finition de surface, vernis épargne, routage, tests électriques et assemblage final du circuit imprimé.

risques liés à la fabrication de circuits imprimés

Article de fabrication Pourquoi est-ce important pour les matériaux des circuits imprimés des serveurs d'IA ?
Forage et dégraissage Les systèmes de résine à faible perte, à forte teneur en verre ou les matériaux spéciaux peuvent nécessiter des paramètres de forage et une chimie de dégraissage adaptés.
fiabilité du placage Les cartes épaisses et les vias à rapport d'aspect élevé nécessitent un contrôle rigoureux du plaquage pour éviter les fissures cylindriques, les vides ou les défaillances de fiabilité.
Contre-perçage Les vias de raccordement peuvent nuire aux performances des canaux à haut débit. La tolérance de profondeur de perçage arrière doit correspondre à la conception de l'empilement.
Contrôle d'impédance Les cartes de serveurs d'IA nécessitent une épaisseur diélectrique contrôlée, une épaisseur de cuivre et une compensation de gravure pour atteindre les objectifs d'impédance.
Enregistrement de la lamination Un nombre élevé de couches et l'utilisation de matériaux hybrides complexifient le repérage. Le fabricant doit maîtriser la mise à l'échelle et le comportement de la presse.
État de surface Le choix des finitions (ENIG, ENEPIG, argent par immersion ou autres) doit se faire en fonction de l'assemblage BGA, des besoins en connecteurs, de la durée de conservation et de la fiabilité.

risques liés à l'assemblage de circuits imprimés

Comme Highleap Electronics assure la fabrication et l'assemblage de circuits imprimés, l'analyse des matériaux doit également prendre en compte le processus d'assemblage. Une carte serveur IA épaisse, dotée de BGA de grande taille, d'une forte épaisseur de cuivre, de connecteurs à inertie thermique élevée et de composants haute vitesse sensibles, peut nécessiter un profil de refusion personnalisé et un contrôle précis de la déformation.

  • page de déformation BGA : Les boîtiers de grande taille pour GPU, CPU, FPGA ou commutateurs nécessitent une bonne planéité de la carte et un contrôle de refusion stable.
  • Déséquilibre de masse thermique : Les zones à forte concentration de cuivre et les connecteurs de grande taille peuvent engendrer un chauffage irrégulier lors du soudage.
  • Contrôle de l'humidité : La cuisson, le stockage et la manipulation peuvent être nécessaires pour les composants à haute fiabilité ou sensibles à l'humidité.
  • Propreté: Les cartes à haute densité peuvent nécessiter un contrôle strict de la contamination ionique afin de réduire les risques de fuite et les risques liés au CAF.
  • inspection: L'inspection aux rayons X est importante pour les joints de soudure BGA, via-in-pad et cachés.
  • Limitation des retouches : La reprise des grands BGA sur les cartes de serveurs IA de haute valeur doit être planifiée avec soin, car une exposition répétée à la chaleur peut endommager le stratifié.

Meilleur entrainement: Pour les projets de serveurs d'IA, il est essentiel de ne pas prendre les décisions relatives à la fabrication et à l'assemblage des circuits imprimés trop tardivement. Le stratifié, l'épaisseur du circuit imprimé, la finition de surface, le boîtier BGA, le profil de refusion et le plan d'inspection doivent être examinés conjointement avant la production pilote.


Risque d'approvisionnement, maîtrise des coûts et planification des sources secondaires

Les matériaux pour circuits imprimés des serveurs d'IA sont souvent plus difficiles à trouver que les stratifiés standard. Les CCL haute performance, les préimprégnés spéciaux, les feuilles de cuivre HVLP et certains types de verre peuvent avoir des délais de livraison plus longs, des quantités minimales de commande ou des limites d'allocation. Une conception qui repose sur un matériau rare sans substitut approuvé peut retarder l'ensemble du projet matériel.

L'approche la plus sûre consiste à définir une stratégie de matériaux dès la phase de conception, et non après la finalisation des fichiers Gerber. Cette stratégie doit inclure un matériau privilégié, une alternative approuvée, une analyse de disponibilité, une comparaison des coûts et une validation électrique.

Problème de coût ou d'approvisionnement Comment réduire les risques
Les matériaux à très faibles pertes sont coûteux. Utilisez-le uniquement sur les couches qui le nécessitent. Envisagez une architecture hybride pour les couches plus lentes.
Le matériau spécifié a un long délai de livraison. Approuver rapidement une deuxième source et confirmer l'équivalence électrique par un calcul d'empilement ou une simulation SI.
L'option feuille de cuivre n'est pas disponible. Vérifiez si une feuille VLP/HVLP équivalente est disponible et si le modèle de perte doit être mis à jour.
L'épaisseur du matériau ne correspond pas à l'impédance Demandez au fabricant de circuits imprimés de vous proposer les combinaisons noyau/préimprégné disponibles avant de finaliser le routage.
Le prototype utilise un matériau, mais la production en nécessite un autre. Évitez de modifier les matériaux après validation, sauf si l'empilement, l'impédance et les performances SI sont revérifiés.

La qualification d'un matériau de substitution ne se limite pas à remplacer une marque par une autre. Elle implique de s'assurer que ce matériau répond aux mêmes exigences électriques, thermiques, mécaniques et de fabrication. Pour les circuits imprimés de serveurs d'IA, même de faibles différences d'épaisseur du diélectrique, de constante diélectrique (Dk), de facteur de perte (Df), de rugosité du cuivre ou de comportement de la résine peuvent modifier le résultat final.


Que faut-il envoyer à Highleap Electronics pour une analyse des matériaux ?

Pour recommander les matériaux de circuits imprimés adaptés aux serveurs d'IA, Highleap Electronics a besoin de bien plus qu'un simple schéma de circuit imprimé ou un fichier Gerber. Plus l'analyse des matériaux commence tôt, plus il est facile de réduire les coûts, d'améliorer le rendement et d'éviter les modifications de conception.

Pour une évaluation rapide et utile, veuillez envoyer les informations suivantes :

  • Fonction du tableau de bord : Carte GPU, carte d'accélération, circuit imprimé de commutation, fond de panier, carte mère, carte réseau, contrôleur de stockage ou carte d'alimentation.
  • Débit de données cible : Génération PCIe, vitesse Ethernet, débit SerDes, exigence 112G/224G ou autre interface haut débit.
  • Nombre de couches et épaisseur du panneau estimés : Inclure les couches d'impédance et les plans d'alimentation nécessaires.
  • Matériau préféré : Si votre conception spécifie déjà Megtron, Tachyon, Astra, Rogers, AGC, Shengyi ou un autre stratifié, veuillez indiquer la référence exacte si elle est disponible.
  • Tableau d'impédance contrôlée : Impédance asymétrique et différentielle, tolérance, couches de référence et géométrie des pistes, si déjà définies.
  • Empilement ou empilement préliminaire : Épaisseur du noyau/préimprégné, poids du cuivre et affectation de la couche haute vitesse.
  • Détails du BGA : Pas, nombre de billes, taille du boîtier, exigences de via dans le pad et contraintes de routage d'échappement.
  • Exigences d'alimentation: Problèmes liés aux rails à courant élevé, au poids du cuivre, aux zones thermiques, au courant des connecteurs et à la chute de tension.
  • Informations sur le montage : Nomenclature, fichier de placement, grands boîtiers BGA, pastilles thermiques, sensibilité au refusion et exigences d'inspection.
  • Plan de production : Quantité de prototypes, construction pilote, prévisions de production en série et date de livraison cible.

Demande d'analyse des matériaux et de la structure du circuit imprimé d'un serveur d'IA

Highleap Electronics peut examiner la conception de vos circuits imprimés pour serveurs d'IA, notamment le choix des matériaux, la faisabilité de l'empilement, l'impédance contrôlée, la fabrication multicouche, la structure HDI, la fiabilité thermique et les risques liés à l'assemblage. Si votre projet inclut des GPU, des accélérateurs, du HPC, des composants réseau, des commutateurs, des fonds de panier ou des serveurs haute vitesse, veuillez nous transmettre vos fichiers de conception pour une analyse technique avant production.

Demander une analyse des matériaux auprès de Highleap Electronics


FAQ sur les matériaux des circuits imprimés pour serveurs d'IA

Quel est le meilleur matériau pour les circuits imprimés des cartes de serveurs d'IA ?

Il n'existe pas de matériau idéal pour toutes les cartes de serveurs d'IA. Les cartes GPU, les cartes d'accélération, les cartes de commutation, les fonds de panier, les cartes réseau et les cartes d'alimentation ont des exigences différentes. Les couches critiques à haute vitesse nécessitent généralement des stratifiés à faibles pertes, très faibles pertes ou ultra-faibles pertes avec du cuivre lisse. Les sections de contrôle d'alimentation ou à basse vitesse peuvent utiliser des matériaux à haute température de transition vitreuse (Tg) ou du FR-4 modifié lorsque les exigences électriques et thermiques le permettent.

Les cartes PCB des serveurs d'IA peuvent-elles utiliser la norme FR-4 ?

Le FR-4 standard peut convenir pour les circuits de commande à basse vitesse, l'alimentation simple ou les sections non critiques, mais il est généralement inadapté aux longs chemins SerDes à haut débit des systèmes de serveurs d'IA. Pour les canaux haut débit de 112 Gbit/s, 224 Gbit/s ou équivalents, la conception requiert généralement un stratifié à faibles pertes, un cuivre plus lisse et une meilleure stabilité de la constante diélectrique (Dk).

Pourquoi les valeurs de Dk et Df sont-elles importantes pour les matériaux des circuits imprimés des serveurs d'IA ?

La constante diélectrique (Dk) influe sur l'impédance et le temps de propagation du signal. La constante diélectrique (Df) influe sur les pertes diélectriques. Sur les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA, les canaux haut débit fonctionnent à des fréquences où les pertes diélectriques et les pertes dans les conducteurs peuvent réduire la marge du signal. Une constante diélectrique stable (Dk) et une constante diélectrique faible (Df) contribuent à maintenir une impédance contrôlée et à réduire les pertes d'insertion.

Quel type de feuille de cuivre faut-il utiliser pour les circuits imprimés des serveurs d'IA haute vitesse ?

Les circuits imprimés des serveurs d'IA haute vitesse utilisent souvent des feuilles de cuivre VLP, HVLP ou autres feuilles à profil bas pour réduire les pertes dans les conducteurs. Plus la surface du cuivre est lisse, plus les pertes dans les conducteurs haute fréquence sont faibles. Le choix de la feuille de cuivre doit être fait en fonction du type de stratifié, de la vitesse du signal, de la longueur des pistes et du procédé de fabrication.

Qu’est-ce que l’obliquité du tissage de verre et pourquoi est-ce important ?

Le décalage dû à la structure du verre tissé se produit lorsque deux pistes d'une paire différentielle subissent des environnements diélectriques différents. À haut débit, cela peut engendrer un décalage temporel et réduire la marge d'œil. L'utilisation de verre étalé, de verre à faible constante diélectrique (Dk), d'un préimprégné adapté et d'une stratégie de routage appropriée permet de réduire ce risque.

Les architectures hybrides sont-elles adaptées aux cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA ?

Oui, les structures hybrides sont courantes lorsque la conception doit concilier performances à haute vitesse et coût. L'essentiel est de n'utiliser que des matériaux à faibles pertes là où c'est nécessaire et des matériaux plus économiques ailleurs. Toutefois, les matériaux hybrides doivent présenter un comportement de stratification, un coefficient de dilatation thermique et des paramètres de fabrication compatibles.

Quelles propriétés des matériaux faut-il vérifier en plus de Dk et Df ?

Les propriétés importantes comprennent la température de transition vitreuse (Tg), la température de dessalement (Td), la température de transition vitreuse à 288 °C (T288), le coefficient de dilatation thermique selon l'axe Z, l'absorption d'humidité, la résistance à la corrosion sous contrainte, la résistance au pelage, la teneur en résine, la rugosité de la feuille de cuivre, la disponibilité du préimprégné et la compatibilité avec plusieurs cycles de stratification. Ces propriétés influent sur le rendement de fabrication, la fiabilité de l'assemblage et le fonctionnement à long terme.

À quel moment faut-il aborder le choix des matériaux avec le fabricant de circuits imprimés ?

Le choix des matériaux doit être abordé avant la conception finale, dans la mesure du possible. Pour les circuits imprimés de serveurs d'IA, le matériau influe sur la largeur des pistes, leur espacement, l'impédance, l'épaisseur des couches, la structure des vias, le perçage arrière et le coût. Si le matériau est modifié après la conception, il peut être nécessaire de recalculer l'empilement et l'intégrité du signal.

Quels fichiers sont nécessaires pour obtenir un devis de matériaux pour circuit imprimé d'un serveur d'IA ?

Pour obtenir un devis et une étude technique, veuillez envoyer les fichiers Gerber ou ODB++, le schéma d'empilage, les exigences d'impédance, le matériau souhaité, les fichiers de perçage, l'épaisseur du circuit imprimé, la masse de cuivre, la finition de surface, la nomenclature, le fichier de placement des composants et les exigences d'assemblage. Même si la conception n'est pas définitive, un schéma d'empilage préliminaire et les informations relatives à la vitesse d'interface restent utiles.

Highleap Electronics peut-il apporter son aide pour la fabrication et l'assemblage de circuits imprimés ?

Oui. Highleap Electronics prend en charge la fabrication et l'assemblage de circuits imprimés. Pour les serveurs d'IA et les projets de calcul haute performance, l'analyse conjointe de la fabrication et de l'assemblage permet de réduire les risques liés au choix des matériaux, à la déformation des cartes, au soudage BGA, à l'inertie thermique, au contrôle qualité et au rendement de production.

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Comment obtenir un devis pour les PCB

Nous réalisons une analyse DFM/DFA et vous fournissons un rapport. Vous pouvez télécharger vos fichiers en toute sécurité sur notre site web. Pour vous établir un devis, nous avons besoin des informations suivantes :

    • Gerber, ODB++ ou .pcb, spécifications.
    • Liste de nomenclature si vous avez besoin d'un assemblage
    • Quantité
    • Temps de rotation
Outre la fabrication de circuits imprimés, nous proposons une gamme complète de services électroniques, incluant la conception de circuits imprimés, l'assemblage de cartes de circuits imprimés et des solutions clés en main. Que vous ayez besoin d'aide pour le prototypage, la vérification de la conception, l'approvisionnement en composants ou la production en série, nous vous offrons un accompagnement complet pour garantir la réussite de votre projet.

Pour les services PCBA, veuillez fournir votre nomenclature (BOM) et toute instruction d'assemblage spécifique. Nous proposons également des analyses DFM/DFA pour optimiser la fabricabilité et l'assemblage de vos conceptions, garantissant ainsi un processus de production fluide.






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