Applications et exigences de fabrication des cartes de circuits imprimés pour alimentations de serveurs

Avec le développement du cloud computing, de l'intelligence artificielle, du big data et du calcul haute performance, la puissance de calcul et la consommation énergétique globale des serveurs de centres de données ne cessent d'augmenter. En particulier, les serveurs dédiés à l'IA et au calcul haute performance, dont les composants gourmands en énergie tels que les CPU, les GPU et les accélérateurs d'IA, imposent des exigences accrues aux systèmes d'alimentation. Ces derniers doivent garantir une conversion et une distribution d'énergie stables et efficaces dans un espace restreint, ce qui engendre des exigences plus élevées en matière de densité de puissance, d'efficacité de conversion, de gestion thermique et de fiabilité opérationnelle à long terme.

Les cartes de circuits imprimés (PCB) sont essentielles aux systèmes d'alimentation des serveurs. Elles assurent principalement le montage des composants, les connexions électriques et la transmission du courant, tout en contribuant à la conduction et à la dissipation de la chaleur. Avec l'augmentation de la puissance et de la densité de puissance des alimentations de serveurs, les zones à fort courant de certaines PCB doivent supporter des courants plus élevés tout en résistant à des contraintes thermiques accrues. Ceci impose des exigences plus strictes en matière de capacité de transport de courant, de résistance thermique, de performance d'isolation et de régularité de fabrication des PCB.

HoYoGo est un fabricant professionnel de circuits imprimés, spécialisé dans la production de circuits imprimés multicouches haute fiabilité à forte teneur en cuivre . Nous proposons des services de fabrication de circuits imprimés adaptés aux exigences spécifiques des alimentations pour serveurs, des serveurs d'IA et des équipements de centres de données. 

Cartes de circuits imprimés dans les systèmes d'alimentation des serveurs

Les alimentations pour serveurs convertissent l'énergie d'entrée en courant continu (CC) nécessaire aux composants internes du serveur et fournissent une alimentation stable aux cartes mères, aux périphériques de stockage et aux autres modules fonctionnels grâce à l'architecture d'alimentation correspondante. Pour les composants essentiels tels que les processeurs (CPU), les cartes graphiques (GPU) et les accélérateurs d'IA, l'alimentation basse tension et courant élevé qu'ils requièrent doit généralement être régulée par des circuits de conversion de puissance intégrés à la carte mère ou à la carte d'accélération. Contrairement aux appareils électroniques grand public, les serveurs fonctionnent généralement en continu pendant de longues périodes, ce qui impose des exigences plus élevées en matière de stabilité de l'alimentation, d'efficacité de conversion et de fiabilité à long terme.

Dans les modules d'alimentation pour serveurs, les circuits imprimés assurent le support de montage et les connexions électriques des semi-conducteurs de puissance, transformateurs, inductances, condensateurs, contrôleurs, connecteurs et autres composants, tout en transportant le courant requis. Dans les alimentations pour serveurs haute puissance et haute densité de puissance, les circuits imprimés doivent garantir des connexions électriques stables en fonctionnement continu et répondre aux exigences du produit en matière de capacité de transport de courant, de résistance thermique et d'isolation.

Exigences de fabrication des circuits imprimés pour la transmission à courant élevé

Dans les serveurs hautes performances et les serveurs d'IA, les besoins énergétiques accrus exercent une pression plus forte sur le système d'alimentation en termes de gestion du courant et de la température. Par conséquent, les zones à courant élevé de certaines cartes de circuits imprimés d'alimentation doivent également garantir une capacité de transport de courant suffisante et une fiabilité de fonctionnement à long terme.

L'épaisseur du cuivre est un facteur déterminant de la capacité de transport de courant d'un circuit imprimé. Pour les alimentations de serveurs, dont les besoins en courant sont élevés, l'épaisseur de cuivre finale doit être choisie en fonction de la puissance, du courant, de l'élévation de température admissible et d'autres exigences afin de réduire la résistance des conducteurs et les pertes de transmission. L'épaisseur de cuivre requise doit également être déterminée en tenant compte du cheminement du courant, de l'élévation de température admissible, de l'environnement d'exploitation, des spécifications du produit et des exigences de fabrication.

Outre l'épaisseur du cuivre, il est impératif de contrôler rigoureusement l'homogénéité de cette épaisseur après métallisation, la précision du traitement des circuits, la répartition uniforme du cuivre et la qualité du métallisation des parois des trous. Une épaisseur de cuivre localement insuffisante, des anomalies de métallisation des parois des trous ou des défauts de circuit peuvent accroître le risque d'élévation localisée de la température et de défaillance des connexions électriques en cas d'utilisation prolongée sous courant élevé et de cycles thermiques.

Gestion thermique et fiabilité thermique à long terme

Les serveurs sont généralement conçus pour fonctionner en continu pendant de longues périodes. Les composants tels que les MOSFET, les redresseurs, les transformateurs et les inductances des modules d'alimentation génèrent de la chaleur en fonctionnement. Avec l'augmentation de la densité de puissance des alimentations pour serveurs, les circuits imprimés doivent répondre à des exigences toujours plus strictes en matière de conduction et de dissipation thermique, ainsi que de fiabilité thermique à long terme.

La résistance thermique du substrat du circuit imprimé, la force d'adhérence entre la feuille de cuivre et le substrat, ainsi que la fiabilité des couches intermédiaires des circuits imprimés multicouches influent sur la stabilité de ces derniers lors d'une exposition prolongée à la chaleur et aux fluctuations de température. Pour certains circuits imprimés d'alimentation de serveurs haute puissance, il est impératif de sélectionner des épaisseurs de cuivre et des systèmes de substrat adaptés en fonction de la température de fonctionnement, des exigences de fiabilité et des spécifications de fabrication. Pour les applications soumises à des contraintes thermiques plus importantes, des matériaux à haute température de transition vitreuse (Tg) présentant la fiabilité thermique requise peuvent être sélectionnés conformément aux spécifications du produit.

Lors de la fabrication, une attention particulière doit être portée à la qualité des matériaux, à la qualité du laminage, au métallisation des parois des trous et à la liaison intercouche. Un contrôle instable du processus peut accroître le risque de délaminage, de fissuration des parois des trous et d'autres problèmes de fiabilité en cas d'exposition prolongée à la chaleur ou de cycles thermiques.

Performances d'isolation et fiabilité électrique

Les alimentations pour serveurs convertissent l'énergie à différents niveaux de tension, ce qui impose des exigences élevées en matière d'isolation des circuits imprimés et de fiabilité électrique. Des défauts d'isolation, des anomalies de fabrication ou une contamination de surface sur un circuit imprimé peuvent affecter le fonctionnement normal du module d'alimentation.

Du point de vue de la fabrication des circuits imprimés, les propriétés du substrat, la précision du traitement des circuits, la qualité du vernis épargne et la propreté de surface influent sur la fiabilité de l'isolation. Pour les circuits imprimés d'alimentation fonctionnant avec différents niveaux de tension, le processus de fabrication doit également garantir que le produit fini respecte les exigences d'isolement électrique, de distance de fuite et d'isolation spécifiées dans les fichiers de conception. Une attention particulière doit être portée aux problèmes tels que les résidus de cuivre, les défauts du vernis épargne et la contamination de surface.

Selon les exigences du produit, des tests électriques peuvent être effectués pour détecter les circuits ouverts, les courts-circuits et autres anomalies. Pour les produits présentant des exigences d'isolation spécifiques, des tests de résistance d'isolement et de tenue en tension peuvent également être réalisés conformément aux spécifications applicables afin de vérifier que les performances électriques du circuit imprimé répondent aux exigences du produit.

Production en volume et constance des produits

Lors de la production en série de cartes de circuits imprimés pour alimentations de serveurs, la constance entre les lots de production est aussi importante que le respect des exigences de performance et de fiabilité. Les variations d'épaisseur du cuivre fini, d'épaisseur de la carte, de précision de traitement des circuits, de métallisation des parois des trous et de qualité de finition de surface peuvent affecter les connexions électriques et la fiabilité à long terme des cartes de circuits imprimés.

De la préparation des matériaux au traitement des circuits, en passant par le métallisation des parois des trous, l'application du vernis épargne et la finition de surface, chaque étape de fabrication doit être rigoureusement contrôlée conformément aux exigences du produit. Le maintien des paramètres pertinents dans les plages spécifiées, grâce à une surveillance critique des processus, à l'inspection du premier article et à l'inspection finale du produit, contribue à réduire les variations d'un lot à l'autre et à améliorer la constance de la production et de la livraison en grande série.

Tendances de développement des cartes de circuits imprimés pour alimentations de serveurs

Avec le développement des serveurs d'IA, des applications de calcul haute performance et des infrastructures de centres de données, la densité de puissance de certains serveurs et baies de serveurs haute performance ne cesse d'augmenter. Les systèmes d'alimentation évoluent également vers une densité de puissance plus élevée, un meilleur rendement de conversion et une fiabilité accrue.

L'amélioration des performances des alimentations pour serveurs impose des exigences accrues en matière de capacité de transport de courant des circuits imprimés, de gestion thermique, d'isolation et de fiabilité à long terme. Selon la puissance, la température de fonctionnement et les exigences structurelles des différents produits, l'utilisation de circuits imprimés à forte épaisseur de cuivre , de circuits imprimés multicouches et de matériaux à haute fiabilité thermique se diversifie. Ceci impose également des exigences plus élevées aux fabricants de circuits imprimés en matière de gestion des matériaux, de capacités de traitement, de stabilité des processus et de contrôle qualité. 

HoYoGo est spécialisée dans la fabrication de circuits imprimés multicouches à haute fiabilité et à forte épaisseur de cuivre  . L'entreprise propose des services de fabrication de circuits imprimés personnalisés, adaptés aux exigences spécifiques des alimentations de serveurs, des serveurs d'IA et des équipements de centres de données. HoYoGo assure la production et le contrôle qualité conformément aux normes IPC applicables et aux spécifications des clients, en portant une attention particulière à l'épaisseur du cuivre, au métallisation des parois des trous, à la fiabilité des intercouches et à la régularité de la production. HoYoGo garantit ainsi une fabrication de circuits imprimés stable et fiable pour les alimentations de serveurs et les équipements de centres de données.