Dengan pengintegrasian berskala besar komunikasi 5G dan teknologi AI, peranti elektronik sedang berkembang pesat ke arah penghantaran berkelajuan tinggi, sokongan kuasa pengkomputeran yang tinggi, dan tahap integrasi yang tinggi. Sebagai pembawa teras bagi peranti elektronik, papan litar bercetak (PCB) secara langsung menentukan kecekapan operasi, kestabilan isyarat, dan kebolehpercayaan jangka panjang peralatan terminal. Ia telah menjadi asas perkakasan asas untuk menyokong pelaksanaan aplikasi utama seperti stesen pangkalan 5G, pelayan AI, dan terminal pintar. Berdepan dengan kedua-dua keperluan penghantaran isyarat frekuensi tinggi 5G dan permintaan kuasa pengkomputeran berketumpatan tinggi AI, teknologi PCB perlu membuat terobosan dalam tiga matlamat asas “kerugian rendah, ketepatan tinggi, dan sokongan kukuh” serta membentuk sistem inovasi menyeluruh yang merangkumi bahan, proses, dan reka bentuk struktur.
I. Penghantaran Isyarat Berkelajuan Tinggi dan Berfrekuensi Tinggi: Merapatkan "Kesesakan Isyarat" AI dan 5G
Keperluan jalur frekuensi gelombang milimeter komunikasi 5G (26/28GHz) dan keperluan penyambungan berkelajuan tinggi 10Gbps+ bagi peralatan AI meletakkan tuntutan yang sangat tinggi terhadap “kerugian rendah” dan “kestabilan tinggi” dalam penghantaran isyarat PCB. PCB biasa, disebabkan oleh kekangan sifat bahan dan proses, tidak dapat memenuhi prestasi pelemahan isyarat, pantulan dan gangguan silang dalam aplikasi frekuensi tinggi, sekali gus menjadi faktor penghalang utama yang mengehadkan prestasi peranti 5G dan AI.
(I) "Kekurangan" Frekuensi Tinggi bagi PCB Biasa
1. Peningkatan Pelemahan Isyarat: “Kesan kulit” bagi isyarat frekuensi tinggi cenderung menumpukan arus pada permukaan konduktor (arus hanya tersebar dalam lingkungan 5μm dari permukaan lapisan kuprum pada 10GHz), sekali gus meningkatkan rintangan setara dengan ketara. Pada masa yang sama, tangen kehilangan dielektrik (tanδ) substrat FR-4 standard adalah kira-kira 0.02 pada 10GHz dan meningkat kepada 0.03 pada 28GHz, mengakibatkan lebih daripada 60% kehilangan tenaga bagi isyarat yang merambat melebihi 10cm, yang tidak dapat menyokong keperluan liputan jarak jauh stesen pangkalan 5G.
2. Gangguan Isyarat yang Serius: Panjang gelombang isyarat frekuensi tinggi adalah sangat pendek (panjang gelombang gelombang milimeter 28GHz adalah pada skala 10mm), dan sedikit perubahan dalam panjang talian boleh menghasilkan anjakan fasa. Gandingan elektromagnet (crosstalk) antara talian bersebelahan menyebabkan "crosstalk" isyarat. Apabila kelajuan penghantaran data ialah 10Gbps, jika crosstalk melebihi -20dB (10% gandingan tenaga isyarat), ia akan terus membawa kepada ralat penghantaran data. Keputusan ujian menunjukkan bahawa crosstalk isyarat 10Gbps biasa boleh mencapai -15dB, manakala crosstalk bagi PCB berorientasikan 5G dan AI perlu dikekalkan kurang daripada -25dB.
(II) Laluan Terobosan Teknologi: "Naik Taraf Berganda" Proses dan Bahan
1. Pemilihan Bahan Kehilangan Rendah: Substrat berisi seramik frekuensi tinggi dengan pemalar dielektrik Dk = 3.0±0.05 digunakan. Untuk PCB stesen pangkalan mikro gelombang milimeter 5G, kehilangan penghantaran isyarat bagi julat frekuensi 10GHz dikekalkan pada 0.25dB/in, iaitu penurunan sebanyak 45% berbanding substrat FR-4 tradisional, dan hampir menggandakan jarak penghantaran isyarat frekuensi tinggi. Pada masa yang sama, "foil kuprum profil sangat rendah (VLP)" digunakan untuk mengawal kekasaran permukaan (Ra) sebanyak 0.3μm, yang mengelakkan "kehilangan penyerakan" isyarat yang disebabkan oleh foil kuprum elektrolitik biasa (Ra≈1.5μm) dan mengurangkan kehilangan penghantaran isyarat 28GHz sebanyak 15%-20%.
2. Pengoptimuman Proses Ketepatan Tinggi: Satu proses "ketepatankawalan impedans+ garisan kekasaran rendah" telah dibaiki. Talian penghantaran diproses menggunakan teknologi ukiran laser dengan kekasaran tepi Ra<0.5μm. Pekali pantulan isyarat (S11) dalam jalur frekuensi 28GHz dioptimumkan kepada -30dB, iaitu 20% lebih baik daripada tahap industri, bagi membolehkan penghantaran isyarat berkelajuan tinggi 10Gbps tanpa herotan. Pada masa yang sama, teknologi pengimejan terus laser (LDI) digunakan untuk mencapai kawalan sisihan lebar garisan ±0.005mm, dengan ketepatan pemadanan impedans mencapai ±2%, jauh lebih unggul berbanding tahap ±10% bagi PCB biasa, sekali gus mengurangkan risiko pantulan isyarat dari sudut proses.
(III) Kesan Aplikasi: Meningkatkan Prestasi Peranti 5G dan AI
Keputusan ujian daripada seorang pengeluar peralatan stesen pangkalan 5G menunjukkan bahawa modul RF yang dioptimumkan frekuensi tinggi dengan liputan isyarat yang lebih luas dan kestabilan kadar yang dipertingkatkan mencapai 15% liputan isyarat yang lebih luas dan 30% kestabilan kadar yang lebih tinggi apabila berbilang pengguna diakses secara serentak. Pada pautan sambungan antara muka berkelajuan tinggi bagi pelayan AI, kadar ralat bit bagi penghantaran isyarat 10Gbps dikurangkan daripada 1e-12 (dengan PCB biasa) kepada 1e-15, memenuhi keperluan pemprosesan data masa nyata AI berpendam rendah.
II. Reka Bentuk Integrasi Ketumpatan Tinggi: "Revolusi Angkasa" yang Memacu Keupayaan Pengkomputeran AI
Peningkatan berterusan dalam ketumpatan kuasa pengkomputeran cip AI (dengan kuasa pengkomputeran satu cip melebihi berpuluh-puluh TOPS) telah mendorong PCB untuk berkembang ke arah "ketumpatan tinggi dan saiz kecil". PCB standard dihadkan oleh ketumpatan pendawaian dan integrasi cip dan tidak dapat melaksanakan operasi selari pada banyak cip berkuasa pengkomputeran tinggi. Kemajuan dalam mengatasi had integrasi memerlukan kejayaan dalam reka bentuk struktur.
(I) Inovasi Teknologi Teras
1. Teknologi Via Buta dan Tertanam Tertib Ketiga HDI: Melalui teknologi pemprosesan mikrovia 0.1mm, ketumpatan pendawaian dalam PCB ditingkatkan kepada 200 garisan/cm², 50% lebih tinggi daripada PCB standard. Dalam PCB untuk kad pemecut AI, teknologi ini menyokong sehingga 8 cip berkuasa pengkomputeran tinggi tanpa kesukaran, meningkatkan ketumpatan kuasa pengkomputeran kepada 20TOPS/cm² dan menyediakan sokongan kuasa pengkomputeran berketumpatan tinggi untuk tugas inferens AI.
2. Gabungan Fleksibel-Kaku + Pendawaian 3D: Struktur pendawaian 3D yang menghubungkan papan induk kaku melalui komponen fleksibel digunakan, mengurangkan penyambung sebanyak 60%, laluan penghantaran isyarat sebanyak 30%, dan mengawal kelewatan isyarat dalam 50ns. Untuk PCB terminal pintar, struktur ini bukan sahaja memenuhi keperluan ketipisan dan ringan peranti tetapi juga memastikan kelajuan tindak balas bagi interaksi AI masa nyata.
Dalam aplikasi pelayan untuk pengkomputeran pinggir, teknologi integrasi berketumpatan tinggi memperuntukkan 40% daripada kawasan PCB dan menyokong pemprosesan data selari 16 saluran, memenuhi keperluan berganda "saiz kecil dan kuasa pengkomputeran yang kuat" untuk inferens masa nyata AI serta menyediakan platform perkakasan bagi penggunaan AI dalam senario pinggir.
III. Pengoptimuman Sokongan Kuasa Pengkomputeran: Memecahkan "Dilema Pelesapan Haba dan Bekalan Kuasa" bagi Peralatan AI
Ciri penggunaan kuasa yang tinggi dan mendalam bagi peralatan AI (penggunaan kuasa cip tunggal sehingga 300W) memberikan cabaran besar terhadap prestasi pelesapan haba dan kestabilan bekalan kuasa papan PCB. Apabila pelesapan haba tertangguh, suhu simpang cip akan meningkat, menyebabkan penurunan keupayaan pengkomputeran; riak bekalan kuasa yang berlebihan tidak dapat memenuhi keperluan penggunaan kuasa serta-merta bagi cip berkuasa pengkomputeran tinggi. Reka bentuk struktur dan litar perlu dioptimumkan secara serentak untuk mengatasi kekangan ini.
(I) Inovasi Penyelesaian Pelesapan Haba
Satu struktur pelesapan haba komposit "tapak tembaga + paip haba terbenam" dibina, dengan kekonduksian terma PCB dipertingkatkan kepada 5W/(m·K), iaitu peningkatan 60% berbanding substrat aluminium tradisional. Dalam PCB pelayan AI, struktur ini boleh mengawal suhu persambungan cip kepada di bawah 85℃ pada suhu persekitaran 40℃, sekali gus mengekang penurunan frekuensi kuasa pengkomputeran yang disebabkan oleh suhu tinggi.
(II) Pengoptimuman Rangkaian Pengagihan Kuasa
Ia menggunakan kerajang kuprum tebal 2oz dan reka bentuk satah kuasa berbilang kumpulan untuk memaksimumkan rangkaian pengagihan kuasa, mengawal riak bekalan kuasa dalam julat ±2% dan menyediakan output arus tinggi 12V/80A yang boleh dipercayai. Dalam kad latihan AI PCB, penyelesaian ini memenuhi keperluan penggunaan kuasa seketika cip berkuasa pengkomputeran tinggi, meningkatkan operasi boleh dipercayai kad latihan di bawah beban tinggi jangka panjang sebanyak 40% dan menaikkan kadar penggunaan kuasa pengkomputeran daripada 85% kepada 95%.
