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，促進供應(yīng)鏈企業(yè)共同研發(fā)，推動終端創(chuàng)新的系統(tǒng)性技術(shù)進步，供業(yè)界參考。

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art 02.

通訊基板材料的

“普遍適用性”

開篇，筆者想引用一句耳熟能詳?shù)拿裕骸?a target="_blank">電子電路，材料是基石。”這句話深刻地揭示了材料在電子電路設(shè)計與制造中的重要性。

眾所周知，傳統(tǒng)的FR-4基板材料主要由樹脂、玻璃增強材料、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)計性能要求上的適應(yīng)性與可制造性。

與此同時，采用PPO樹脂改性的高速基板材料，在當(dāng)前瞬息萬變的市場環(huán)境中，承擔(dān)著獨特而重要的角色，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(圖片來源：華正新材)

2.1

基礎(chǔ)教程

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

圖7 服務(wù)器行業(yè)的演進歷程

對于未來已來之“不斷涌現(xiàn)”的AI模型推動算力需求急增，下圖8形象直觀的以柱圖的方式進行了詮釋。

圖a.算力需求增長趨勢

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

圖8 不斷涌現(xiàn)之AI大模型推動算力需求的增加

對于關(guān)注未來社會發(fā)展的讀者來說，加大對科技觀察和研究變得尤其重要。科技迭代進入如此之快，就像前面所說是越來越快，呈現(xiàn)出指數(shù)曲線上升趨勢。

圖9 通信材料之服務(wù)器“PCle等級”一覽(圖片來源：華正新材)

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

圖10 芯片和存儲是AI服務(wù)器的主要構(gòu)成

PCle是Intel主導(dǎo)的高速串行計算機擴展總線標(biāo)準(zhǔn)，迭代周期為3年，兩年前來講：3.0是消費市場主流選擇，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)級服務(wù)器市場應(yīng)用。

“PCle標(biāo)準(zhǔn)升級對PCB要求高，5.0平臺則在16層以上，同時配套5.0的PCB價值量更高，預(yù)計PCle5.0的升級有望為服務(wù)器平臺PCB帶來百億的價值增量?！薄绱诉@般的話語，貌似依舊在大家的耳畔回響。

下圖11，針對于AI應(yīng)用場景下的算力需求急增，專家推斷：PCle已成為主流互聯(lián)接口。未來PCle6.0傳輸速率將會進一步提升至64GT/s。

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

回顧服務(wù)器功能實現(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”。

在此，筆者要特別感謝Prismark的姜旭高博士，他不遠萬里從美國帶來了最新的研修報告（如期為2024年5月2日），該報告具有專業(yè)性、權(quán)威性與知識性。

筆者將節(jié)選其中與本文“相對契合”的內(nèi)容，以饗讀者。

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

圖13 取材于筆者的演講PPT（圖片來源：生益科技）

從上表中，我們可以窺見高速基板材料研發(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，循序漸進地展開。

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

圖14 當(dāng)代通訊基板材料需求

圖15 來源：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（這完全依賴于高速基板材料的支持）、加速卡、光模塊和交換機等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的技術(shù)難度較大，通常由臺資廠商主導(dǎo)，因為大陸企業(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、開平依利安達、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）、鍵盤板、屏幕板等。因此，下半年對于HDI的需求可能會非常緊張，前提是AI應(yīng)用能贏得廣泛的認(rèn)可。

接下來，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“窺探”技術(shù)專利（隱私）的機會。

圖17 騰輝產(chǎn)品形象展示

圖18 以色列“純藍”公司

圖19 臺燿高速基板材料

排名不分先后。俗話說得好，術(shù)業(yè)有專攻，聞道有先后。

圖20 聯(lián)茂之榮譽產(chǎn)品布局（無PTFE基板材料）

圖21 “臺光”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)布的最新研修報告。該報告對本文的核心主題——“生成式AI供應(yīng)鏈”進行了簡潔而有力的分析。請?zhí)貏e注意下圖中藍色和綠色框中的信息，這兩個框中均清晰地標(biāo)注了高速基板材料的供應(yīng)來源為“臺光電子材料有限公司”（EMC）。

圖22 臺光電子材料“榮譽產(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)，真正實現(xiàn)這一目標(biāo)仍需行業(yè)內(nèi)的專家、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、勇于實踐的革命英雄主義精神。

圖24 上海南亞新材之“與時俱進”——高速產(chǎn)品系列展示

圖25 來自生益科技的最終問題“解決”方案

圖26 高速基板不斷進步的一種學(xué)說

2.2

進一步延伸：

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)可稱得上“獨領(lǐng)風(fēng)騷”。詳細性能數(shù)據(jù)請參見下圖28。

圖27maybe PPO resin systems（來源：AGC）

圖28 帶狀線的插入損耗測試結(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)于具體材料牌號的選擇，我們可以從下面的圖表中進行清晰、直觀且具有權(quán)威性的解讀。

圖31 低損耗介電材料的開發(fā)一覽

2.3

得“樹脂”者得天下（全局觀）

“毋庸諱言”，點題本章節(jié)的重點之處：基板材料的“可用性”！也就是說，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)計者的法眼。

下圖33，再次隆重推介了一個針對5G產(chǎn)品（時過境遷、物是人非事事休）“不錯的”基板材料“可用性”選擇，也是按照5G應(yīng)用場景頻段的不同而歸納的。

圖32 可用性基板材料分類終結(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)計化，高頻高速材料的“低頻設(shè)計”化、高可靠性化，電子市場對高頻高速板的需求日趨增長。

簡而言之，由于應(yīng)用場景不同，高頻板和高速板既有共同點也有區(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，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），對材料介電常數(shù)（Dk）的要求并不十分嚴(yán)格（此處言語千萬別誤會了）。

市場上，常用的高速材料的等級也是根據(jù)介電損耗（Df）的大小來劃分的。主要用于電腦、計算機、存儲器，服務(wù)器，交換機，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)計和加工實現(xiàn)之“特性阻抗”的作用，還會影響信號傳輸速度、信號衰減和發(fā)熱。

常用的高速高頻樹脂包括但不限于：

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

（2）聚四氟乙烯（PTFE）類：是市場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。市場上大多采用陶瓷粉末與玻纖布來進行增強改性，行業(yè)典型代表為美國的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）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）碳氫樹脂（PCH）類：由不飽和的碳氫化合物聚合而成（如苯乙烯、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，需要添加低介電的陶瓷粉末與玻纖布，來進行增強改性，并通過交聯(lián)的方式實現(xiàn)向熱固型樹脂的轉(zhuǎn)變，目前市場上PCH類基板的典型代表為美國Rogers公司的傳統(tǒng)強項產(chǎn)品 RO4000系列。

（4）液晶聚合物（LCP）類 and 聚酰亞胺（PI）類：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的原材料樹脂供應(yīng)主要由日美企業(yè)所主導(dǎo)，包括美國的Dupont（杜邦），日本的PolyPlastics（寶理塑料），日本的可樂麗公司（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)用于高頻場景（此言差矣，因為，在基板材料強項之杜邦家族中，一直就存在著一種，所謂撓性電路板多層化粘結(jié)片材料，名稱不重要。于是乎，在LCP 基板材料存在兩大致命弱點的情況下，杜邦公司適時推出了所謂MPI產(chǎn)品）。

（5）聚苯醚（PPO）類：聚苯醚（簡稱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，危機四伏，所以，國產(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”的替代樹脂，號稱完全可以對標(biāo)替代傳統(tǒng)沙比克的9000樹脂產(chǎn)品。姑且信之？詳見下圖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 未來已來之PPO/PPE替代產(chǎn)品

（6）三嗪樹脂（BT）類：BT樹脂制出的基板材料，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。BT樹脂基板材料主要應(yīng)用在IC封裝場景。

國之重器，擁有國家實驗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，開疆辟土，大展拳腳了一把。

未完待續(xù)