本篇文章從5G材料的應(yīng)用角度展望了基板材料在AI浪潮下面臨的新機(jī)遇與挑戰(zhàn)，旨在啟發(fā)業(yè)界技術(shù)人員圍繞產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)供應(yīng)鏈企業(yè)共同研發(fā)，推動(dòng)終端創(chuàng)新的系統(tǒng)性技術(shù)進(jìn)步，供業(yè)界參考。

P

art 02.

通訊基板材料的

“普遍適用性”

開(kāi)篇，筆者想引用一句耳熟能詳?shù)拿裕骸半娮与娐?，材料是基石。”這句話深刻地揭示了材料在電子電路設(shè)計(jì)與制造中的重要性。

眾所周知，傳統(tǒng)的FR-4基板材料主要由樹(shù)脂、玻璃增強(qiáng)材料、陶瓷粉填充物和銅箔組成。這些成分決定了基板材料在設(shè)計(jì)性能要求上的適應(yīng)性與可制造性。

與此同時(shí)，采用PPO樹(shù)脂改性的高速基板材料，在當(dāng)前瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)環(huán)境中，承擔(dān)著獨(dú)特而重要的角色，既具有出色的性能，又展現(xiàn)了其卓越的外觀。

圖6 高端覆銅板構(gòu)成要求(圖片來(lái)源：華正新材)

2.1

基礎(chǔ)教程

論及AI，無(wú)法回避的是所謂大數(shù)據(jù)處理之服務(wù)器應(yīng)用，對(duì)于服務(wù)器行業(yè)的演變進(jìn)步歷程，可謂是“可圈可點(diǎn)”，非“乏善可陳”以述之。

圖7 服務(wù)器行業(yè)的演進(jìn)歷程

對(duì)于未來(lái)已來(lái)之“不斷涌現(xiàn)”的AI模型推動(dòng)算力需求急增，下圖8形象直觀的以柱圖的方式進(jìn)行了詮釋。

圖a.算力需求增長(zhǎng)趨勢(shì)

圖b.2029-2023 AI服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模及增速（單位：億美元）

圖8 不斷涌現(xiàn)之AI大模型推動(dòng)算力需求的增加

對(duì)于關(guān)注未來(lái)社會(huì)發(fā)展的讀者來(lái)說(shuō)，加大對(duì)科技觀察和研究變得尤其重要?？萍嫉M(jìn)入如此之快，就像前面所說(shuō)是越來(lái)越快，呈現(xiàn)出指數(shù)曲線上升趨勢(shì)。

圖9 通信材料之服務(wù)器“PCle等級(jí)”一覽(圖片來(lái)源：華正新材)

深入探討，何為AI服務(wù)器的主要構(gòu)成，無(wú)外乎“芯片”、“存儲(chǔ)”兩大方面。

圖10 芯片和存儲(chǔ)是AI服務(wù)器的主要構(gòu)成

PCle是Intel主導(dǎo)的高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，迭代周期為3年，兩年前來(lái)講：3.0是消費(fèi)市場(chǎng)主流選擇，Intel/AMD等主流CPU廠商正快速推出了PCle5.0產(chǎn)品，首先在高性能企業(yè)級(jí)服務(wù)器市場(chǎng)應(yīng)用。

“PCle標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)對(duì)PCB要求高，5.0平臺(tái)則在16層以上，同時(shí)配套5.0的PCB價(jià)值量更高，預(yù)計(jì)PCle5.0的升級(jí)有望為服務(wù)器平臺(tái)PCB帶來(lái)百億的價(jià)值增量?！薄绱诉@般的話語(yǔ)，貌似依舊在大家的耳畔回響。

下圖11，針對(duì)于AI應(yīng)用場(chǎng)景下的算力需求急增，專(zhuān)家推斷：PCle已成為主流互聯(lián)接口。未來(lái)PCle6.0傳輸速率將會(huì)進(jìn)一步提升至64GT/s。

圖11 為服務(wù)器數(shù)據(jù)高速及遠(yuǎn)距離傳輸保駕護(hù)航的PCle技術(shù)

回顧服務(wù)器功能實(shí)現(xiàn)的所謂“高速”基板材料。

如下圖12所示：高速基板材料的Dk/Df值決定了其能否“行穩(wěn)致遠(yuǎn)”。

在此，筆者要特別感謝Prismark的姜旭高博士，他不遠(yuǎn)萬(wàn)里從美國(guó)帶來(lái)了最新的研修報(bào)告（如期為2024年5月2日），該報(bào)告具有專(zhuān)業(yè)性、權(quán)威性與知識(shí)性。

筆者將節(jié)選其中與本文“相對(duì)契合”的內(nèi)容，以饗讀者。

圖12 截圖于筆者正在起草或“撰寫(xiě)”的課件內(nèi)容（資料來(lái)源：Prismark）

圖13 取材于筆者的演講PPT（圖片來(lái)源：生益科技）

從上表中，我們可以窺見(jiàn)高速基板材料研發(fā)的思路（2024年的新名詞——新質(zhì)生產(chǎn)力），它圍繞著基板材料的介電常數(shù)Dk和介電損耗Df，循序漸進(jìn)地展開(kāi)。

接下來(lái)，我們將采用“蒙太奇”手法，快速展示各大國(guó)際知名品牌企業(yè)的積極應(yīng)對(duì)決策，以饗讀者。

圖14 當(dāng)代通訊基板材料需求

圖15 來(lái)源：Polymer Science

圖16 日本松下之“馬系列”產(chǎn)品演變歷程

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是AI發(fā)展的首要任務(wù)，這其中包括AI服務(wù)器（這完全依賴(lài)于高速基板材料的支持）、加速卡、光模塊和交換機(jī)等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的技術(shù)難度較大，通常由臺(tái)資廠商主導(dǎo)，因?yàn)榇箨懫髽I(yè)在技術(shù)穩(wěn)定性方面尚需提升。目前大陸在這方面表現(xiàn)突出的企業(yè)包括深南電路、開(kāi)平依利安達(dá)、生益、方正、東莞美維，以及以前的惠亞等。

此外，后續(xù)則是應(yīng)用層的產(chǎn)品，如AIPC和AIPhone，這些主要涉及HDI（高密度互連）、鍵盤(pán)板、屏幕板等。因此，下半年對(duì)于HDI的需求可能會(huì)非常緊張，前提是AI應(yīng)用能贏得廣泛的認(rèn)可。

接下來(lái)，讓我們繼續(xù)探索“世界的奇妙”、“不看不知道”的事物，并給好奇的朋友們一個(gè)“窺探”技術(shù)專(zhuān)利（隱私）的機(jī)會(huì)。

圖17 騰輝產(chǎn)品形象展示

圖18 以色列“純藍(lán)”公司

圖19 臺(tái)燿高速基板材料

排名不分先后。俗話說(shuō)得好，術(shù)業(yè)有專(zhuān)攻，聞道有先后。

圖20 聯(lián)茂之榮譽(yù)產(chǎn)品布局（無(wú)PTFE基板材料）

圖21 “臺(tái)光”覆銅板產(chǎn)品家族

下圖展示的是Prismark的姜旭高博士于2024年5月2日發(fā)布的最新研修報(bào)告。該報(bào)告對(duì)本文的核心主題——“生成式AI供應(yīng)鏈”進(jìn)行了簡(jiǎn)潔而有力的分析。請(qǐng)?zhí)貏e注意下圖中藍(lán)色和綠色框中的信息，這兩個(gè)框中均清晰地標(biāo)注了高速基板材料的供應(yīng)來(lái)源為“臺(tái)光電子材料有限公司”（EMC）。

圖22 臺(tái)光電子材料“榮譽(yù)產(chǎn)品”之高速基板應(yīng)用于構(gòu)建“生成式AI供應(yīng)鏈”

圖23 南亞塑膠覆銅板材料之路線圖

然而，盡管了解高速基板材料如何滿足終端客戶的性能指標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)仍需行業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家、學(xué)者和工匠們以持之以恒的態(tài)度和咬定青山不放松的決心，展現(xiàn)出敢于創(chuàng)新、勇于實(shí)踐的革命英雄主義精神。

圖24 上海南亞新材之“與時(shí)俱進(jìn)”——高速產(chǎn)品系列展示

圖25 來(lái)自生益科技的最終問(wèn)題“解決”方案

圖26 高速基板不斷進(jìn)步的一種學(xué)說(shuō)

2.2

進(jìn)一步延伸：

相關(guān)企業(yè)“不虛此行”

如圖27所示，AGC的損耗非常低，直至極限水平。這種低損耗材料在基板材料性能上的表現(xiàn)可稱(chēng)得上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。詳細(xì)性能數(shù)據(jù)請(qǐng)參見(jiàn)下圖28。

圖27maybe PPO resin systems（來(lái)源：AGC）

圖28 帶狀線的插入損耗測(cè)試結(jié)果（承接上圖）

圖29 5G解決方案之載板技術(shù)

圖30 CTE值與載板材料的選擇

關(guān)于具體材料牌號(hào)的選擇，我們可以從下面的圖表中進(jìn)行清晰、直觀且具有權(quán)威性的解讀。

圖31 低損耗介電材料的開(kāi)發(fā)一覽

2.3

得“樹(shù)脂”者得天下（全局觀）

“毋庸諱言”，點(diǎn)題本章節(jié)的重點(diǎn)之處：基板材料的“可用性”！也就是說(shuō)，某些方面性能再優(yōu)秀的材料，也必須滿足不同終端應(yīng)用設(shè)計(jì)者的法眼。

下圖33，再次隆重推介了一個(gè)針對(duì)5G產(chǎn)品（時(shí)過(guò)境遷、物是人非事事休）“不錯(cuò)的”基板材料“可用性”選擇，也是按照5G應(yīng)用場(chǎng)景頻段的不同而歸納的。

圖32 可用性基板材料分類(lèi)終結(jié)

隨著5G通訊等領(lǐng)域的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品高頻化、高速化、高數(shù)字化、（大或）小型化、高多層設(shè)計(jì)化，高頻高速材料的“低頻設(shè)計(jì)”化、高可靠性化，電子市場(chǎng)對(duì)高頻高速板的需求日趨增長(zhǎng)。

簡(jiǎn)而言之，由于應(yīng)用場(chǎng)景不同，高頻板和高速板既有共同點(diǎn)也有區(qū)別。

首先，高頻材料，應(yīng)該是滿足現(xiàn)代通訊發(fā)展之大趨勢(shì)，不可或缺的材料之存在。至于本文中心之高速板產(chǎn)品注重材料的介電損耗（Df），對(duì)材料介電常數(shù)（Dk）的要求并不十分嚴(yán)格（此處言語(yǔ)千萬(wàn)別誤會(huì)了）。

市場(chǎng)上，常用的高速材料的等級(jí)也是根據(jù)介電損耗（Df）的大小來(lái)劃分的。主要用于電腦、計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器，服務(wù)器，交換機(jī)，高端路由器，數(shù)據(jù)中心和通訊電子等產(chǎn)品。

從本質(zhì)上來(lái)看，高頻是高速的基礎(chǔ)（此言不假，必須當(dāng)真），傳輸?shù)腜CB 介質(zhì)層，不僅“發(fā)揮著”導(dǎo)體之間的絕緣層的作用，更重要的是它“承擔(dān)著”設(shè)計(jì)和加工實(shí)現(xiàn)之“特性阻抗”的作用，還會(huì)影響信號(hào)傳輸速度、信號(hào)衰減和發(fā)熱。

常用的高速高頻樹(shù)脂包括但不限于：

（1）改性環(huán)氧（MEP）類(lèi)：普通的環(huán)氧樹(shù)脂基CCL（FR-4 或FR-5 等）一般無(wú)法滿足高頻/高速的性能要求。使用一些低介電的高性能樹(shù)脂對(duì)環(huán)氧進(jìn)行改性，使Dk滿足高頻CCL的使用要求，但Df 一般很難無(wú)法滿足高速CCL 的使用要求。

（2）聚四氟乙烯（PTFE）類(lèi)：是市場(chǎng)上比較成熟的高頻基板材料，而且是目前超高頻率（≥30GHz）的毫米波段電路基材的最佳選擇之一。其介電性能優(yōu)異。市場(chǎng)上大多采用陶瓷粉末與玻纖布來(lái)進(jìn)行增強(qiáng)改性，行業(yè)典型代表為美國(guó)的Rogers RO3000系列、ARLON（2014年由于不在在下“直接明了”指出的原因有二，被Rogers公司收購(gòu)）AD350A/25N系列、Taconic公司的傳統(tǒng)產(chǎn)品系列之TLY5A/RF-30/RF-35A 系列。

（3）碳?xì)錁?shù)脂（PCH）類(lèi)：由不飽和的碳?xì)浠衔锞酆隙桑ㄈ绫揭蚁?、丁二烯共聚物，液態(tài)1,2-聚丁二烯，SBS 等）。其分子因只有C和H兩種元素而得名。PCH是熱塑性的聚合物，因此，PCH制作高頻覆銅板時(shí)，需要添加低介電的陶瓷粉末與玻纖布，來(lái)進(jìn)行增強(qiáng)改性，并通過(guò)交聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)向熱固型樹(shù)脂的轉(zhuǎn)變，目前市場(chǎng)上PCH類(lèi)基板的典型代表為美國(guó)Rogers公司的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)產(chǎn)品 RO4000系列。

（4）液晶聚合物（LCP）類(lèi) and 聚酰亞胺（PI）類(lèi)：液晶聚合物即液晶高分子（LCP， Liquid Crystal Polymer），在特定條件下能以液晶相存在的高分子聚合物。目前LCP的原材料樹(shù)脂供應(yīng)主要由日美企業(yè)所主導(dǎo)，包括美國(guó)的Dupont（杜邦），日本的PolyPlastics（寶理塑料），日本的可樂(lè)麗公司（該公司有兩款產(chǎn)品，其1，是所謂的介質(zhì)膜；其2，是多層印制電路板制造必須的“粘結(jié)膜”）。

另一軟板基材是聚酰亞胺（PI），由于PI基材的介電常數(shù)和損耗大，吸濕性高，加工性差，已很少應(yīng)用于高頻場(chǎng)景（此言差矣，因?yàn)?，在基板材料?qiáng)項(xiàng)之杜邦家族中，一直就存在著一種，所謂撓性電路板多層化粘結(jié)片材料，名稱(chēng)不重要。于是乎，在LCP 基板材料存在兩大致命弱點(diǎn)的情況下，杜邦公司適時(shí)推出了所謂MPI產(chǎn)品）。

（5）聚苯醚（PPO）類(lèi)：聚苯醚（簡(jiǎn)稱(chēng)PPO或PPE），PPO 綜合性能優(yōu)異，特別在介電性能、熱學(xué)性能和力學(xué)性能方面。高頻和高速CCL用的PPO原料樹(shù)脂的主要供應(yīng)商有沙特的SABIC（沙比克）、日本Asahi KASEI（旭化成）（當(dāng)今世界，風(fēng)云變幻，危機(jī)四伏，所以，國(guó)產(chǎn)化替代，已經(jīng)是“箭在弦上不得不發(fā)”）、于是乎，涌現(xiàn)出：“稀稀拉拉”、“林林總總”、“日出江花紅勝火”的替代樹(shù)脂，號(hào)稱(chēng)完全可以對(duì)標(biāo)替代傳統(tǒng)沙比克的9000樹(shù)脂產(chǎn)品。姑且信之？詳見(jiàn)下圖33。

典型的高速基板材料代表，為松下公司的Megtron 6G、Megtron 7N /8等。

圖33 未來(lái)已來(lái)之PPO/PPE替代產(chǎn)品

（6）三嗪樹(shù)脂（BT）類(lèi)：BT樹(shù)脂制出的基板材料，在耐蒸煮性（PCT）、耐金屬離子遷移性（CAF）、耐熱性、介電特性等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。BT樹(shù)脂基板材料主要應(yīng)用在IC封裝場(chǎng)景。

國(guó)之重器，擁有國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的東莞生益科技有限公司，為此等重中之重領(lǐng)域，也不惜代價(jià)，開(kāi)疆辟土，大展拳腳了一把。

未完待續(xù)