Anwendungen und Herausforderungen bei der Herstellung von DPU-Beschleunigerkarten-Leiterplatten

KI-Computing, Cloud-Rechenzentren und Hochleistungsrechnerplattformen verarbeiten große Mengen an Netzwerk-, Speicher- und sicherheitsrelevanten Daten. DPUs (Data Processing Units) übernehmen Aufgaben wie Netzwerkübertragung, Speicherzugriff, Sicherheit und Infrastrukturmanagement und entlasten so die Host-CPUs. Mit steigender Netzwerkbandbreite der DPUs und zunehmenden Schnittstellengeschwindigkeiten der Hosts steigen die Anforderungen an die Signalübertragungsleistung, Fertigungspräzision und Langzeitstabilität der Leiterplatten durch die Hochgeschwindigkeitsverbindungen auf den Beschleunigerkarten.

DPU-Beschleunigerkarten integrieren typischerweise DPU-Chips, Hochgeschwindigkeits-Netzwerkschnittstellen, Speicher, Stromversorgungsschaltungen und weitere Funktionskomponenten und werden über Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie PCIe mit Serversystemen verbunden. Verschiedene Produkte unterscheiden sich hinsichtlich Netzwerkgeschwindigkeit, Schnittstellenkonfigurationen, Platinenarchitektur und Funktionsdesign. Leiterplattenmaterialien, Lagenaufbau und Verbindungsmethoden zwischen den Schichten müssen daher gemäß den jeweiligen Produktspezifikationen festgelegt werden.

HoYoGo ist ein professioneller Hersteller von Leiterplatten für DPU-Beschleunigerkarten mit Kompetenzen in der Fertigung hochzuverlässiger, hochpräziser, mehrlagiger und schneller Leiterplatten. DPU-Beschleunigerkarten stellen hohe Anforderungen an die Hochgeschwindigkeitssignalübertragung, dichte Verbindungen und den Langzeitbetrieb. Dieser Artikel beschreibt wichtige Aspekte der Leiterplattenfertigung, darunter Fertigungspräzision, verlustarme Materialien, mehrlagige Verbindungen, Rückseitenbohrung und Zuverlässigkeit.

Präzision in der Leiterplattenfertigung für Hochgeschwindigkeitsschnittstellen

DPU-Beschleunigerkarten ermöglichen die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zwischen DPU-Chips, Netzwerkschnittstellen, Speicher und Host-Schnittstellen. Bei Leiterbahnen mit kontrollierter Impedanz können Faktoren wie Leiterbahnbreite, Leiterbahnabstand, Kupferdicke, dielektrische Dicke und Materialeigenschaften die tatsächliche Impedanz beeinflussen.

Die Leiterplattenfertigung erfordert die sorgfältige Kontrolle von Leiterbahnabmessungen, Kupferdicke, Dielektrikumdicke, Ätzgleichmäßigkeit und anderen Schlüsselparametern gemäß den kundenspezifischen Lagenaufbauten, Impedanzvorgaben und technischen Anforderungen. Impedanzkontrollierte Leiterbahnen müssen zudem unter festgelegten Bedingungen getestet werden, um sicherzustellen, dass ihre tatsächliche Impedanz innerhalb des geforderten Toleranzbereichs liegt.

Verlustarme Materialien und Hochgeschwindigkeitssignalübertragung

Hochgeschwindigkeitssignale, die durch eine Leiterplatte übertragen werden, unterliegen sowohl dielektrischen als auch Leiterverlusten. Bei einigen Leiterplatten für DPU-Beschleunigerkarten können Faktoren wie die Dielektrizitätskonstante (Dk), der Verlustfaktor (Df), die Oberflächenrauheit der Kupferfolie und die Leiterbahngeometrie die Übertragungsverluste entlang der Hochgeschwindigkeitsleitungen beeinflussen.

Je nach Leiterbahngeometrie, Übertragungsdistanz und Produktleistungsanforderungen können auf einigen Leiterplatten für DPU-Beschleunigerkarten verlustarme Materialien zum Einsatz kommen. Unterschiedliche Materialien unterscheiden sich hinsichtlich Harzsystemen, Dimensionsstabilität und Verarbeitungseigenschaften. Die Fertigungsbedingungen für Laminierung, Bohren und Schaltungsherstellung müssen daher entsprechend den Materialeigenschaften festgelegt werden. Auch die dielektrische Dicke nach der Laminierung und die Konsistenz der zugehörigen Strukturparameter erfordern eine sorgfältige Kontrolle.

Mehrlagige Leiterplatten und hochdichte Verbindungen

DPU-Beschleunigerkarten müssen Hochgeschwindigkeits-Signalverbindungen und Stromanschlüsse zwischen mehreren Funktionsmodulen auf begrenztem Platz ermöglichen. Mehrlagige Leiterplatten bilden die Grundlage für die Konfiguration von Signal-, Strom- und Masseebenen.

Bei Leiterplatten mit hoher Leiterbahndichte und komplexen Verbindungen zwischen den Lagen erfordern Prozesse wie Lagenregistrierung, Laminierung, Bohren und Lochmetallisierung eine präzise Steuerung. Einige hochdichte Leiterplatten für DPU-Beschleunigerkarten können je nach Designanforderungen auch HDI-Strukturen mit Mikro-Vias und anderen Verbindungen zwischen den Lagen verwenden. Bei diesen Leiterplatten ist besonderes Augenmerk auf die Lagenregistrierung, die Genauigkeit der Lochpositionierung, die Qualität des Laserbohrens und die Lochmetallisierung zu legen.

Hochgeschwindigkeits-Vias und Rückbohrung

Beim Übergang von Hochgeschwindigkeitssignalen zwischen verschiedenen Lagen auf DPU-Beschleunigerkarten werden üblicherweise Durchkontaktierungen (Vias) zur Herstellung elektrischer Verbindungen verwendet. Bei einigen Hochgeschwindigkeitsleiterbahnen können ungenutzte Bereiche von Vias, sogenannte Via-Stubs, Reflexionen verursachen und die Signalübertragungsleistung beeinträchtigen.

Abhängig vom spezifischen Lagenaufbau und der Leiterbahnführung für Hochgeschwindigkeitsleitungen wird bei einigen DPU-Beschleunigerkarten-Leiterplatten das Rückbohren eingesetzt, um die Kupferbeschichtung von ungenutzten Abschnitten durchkontaktierter Durchkontaktierungen zu entfernen und so die Länge der Durchkontaktierungsstubs zu reduzieren. Während der Fertigung müssen die Rückbohrtiefe, die Positioniergenauigkeit und die verbleibende Stublänge gemäß den Kundenzeichnungen, dem Leiterplattenaufbau und den Ziellagenpositionen kontrolliert werden. 

Zuverlässigkeit von Leiterplatten unter thermischer Belastung

DPU-Chips, Hochgeschwindigkeits-Netzwerkschnittstellen und Leistungskomponenten erzeugen im Dauerbetrieb Wärme. Das Wärmemanagement der Beschleunigerkarte hängt primär vom thermischen Systemdesign ab, aber auch die thermomechanischen Eigenschaften der Leiterplattenmaterialien, die Verbindung zwischen den Lagen und die Qualität der Durchkontaktierungen können die Langzeitstabilität beeinflussen.

Bei Leiterplatten, die über längere Zeiträume erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind oder Temperaturwechseln unterliegen, müssen die Materialien entsprechend den Betriebsbedingungen und Zuverlässigkeitsanforderungen ausgewählt werden. Auch die Qualität der Laminierung, der Zwischenlagenverbindung und der Kupferbeschichtung der Lochwände erfordert eine sorgfältige Kontrolle, um das Risiko von Delamination und Rissbildung im Langzeitbetrieb zu minimieren.

Fertigungskonstanz in der Serienproduktion

Sobald die Serienproduktion von Leiterplatten für DPU-Beschleunigerkarten anläuft, ist die Gewährleistung einer gleichbleibenden Qualität über verschiedene Produktionschargen hinweg von entscheidender Bedeutung. Abweichungen bei den Materialeigenschaften, der Dicke des Dielektrikums, den Leiterbahnabmessungen, der Kupferdicke und den Durchkontaktierungsstrukturen können die Impedanz, die Abmessungen und die elektrischen Eigenschaften der fertigen Leiterplatten beeinflussen.

Von der Rohstoffbewirtschaftung und der Herstellung von Innen- und Außenschichtschaltungen bis hin zu Laminierung, Bohren, stromloser Kupferabscheidung, Galvanisierung und abschließender elektrischer Prüfung erfordert jeder kritische Fertigungsprozess eine konsequente Kontrolle, um sicherzustellen, dass die in Serie produzierten Leiterplatten die vorgegebenen technischen Anforderungen erfüllen.

Auswirkungen der DPU-Entwicklung auf die Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenfertigung

DPUs entwickeln sich hin zu höherer Netzwerkbandbreite, größerer Datenverarbeitungskapazität und schnelleren Host-Verbindungen. Mit steigenden Schnittstellengeschwindigkeiten stehen die Leiterplattenhersteller vor immer höheren Anforderungen an verlustarme Materialien, präzise Schaltungsfertigung, Impedanzkontrolle, mehrlagige Verbindungen und die Herstellung komplexer Durchkontaktierungen.

Unterschiedliche DPU-Beschleunigerkarten unterscheiden sich hinsichtlich Chips, Netzwerkschnittstellen, Platinenarchitektur und Schichtaufbau. Leiterplattenmaterialien und Fertigungsprozesse müssen daher entsprechend den spezifischen Produktspezifikationen und den technischen Anforderungen des Kunden festgelegt werden.

HoYoGo ist ein professioneller Hersteller von Leiterplatten für DPU-Beschleunigerkarten und spezialisiert auf die Fertigung hochzuverlässiger, hochpräziser, mehrlagiger und schneller Leiterplatten. Um den Anforderungen von DPU-Beschleunigerkarten hinsichtlich Hochgeschwindigkeitssignalübertragung, komplexer Verbindungen und Fertigungskonsistenz gerecht zu werden, bieten wir kundenspezifische Leiterplattenfertigung auf Basis der jeweiligen Produktspezifikationen und technischen Anforderungen. Produktion und Qualitätskontrolle erfolgen gemäß den geltenden IPC-Standards und den technischen Spezifikationen des Kunden. So gewährleisten wir zuverlässige Unterstützung bei der Leiterplattenfertigung für DPU-Beschleunigerkarten und zugehörige Rechenzentrumshardware.