Aplicações e requisitos de fabricação de PCBs para switches de data center com IA

O treinamento e a inferência de IA em larga escala exigem troca de dados em alta velocidade entre servidores e nós de computação, o que aumenta a demanda por largura de banda de rede e eficiência na transmissão de dados. Como componente essencial das redes de data center, os switches gerenciam o encaminhamento de dados e a interconexão de alta velocidade entre nós de computação e dispositivos de rede. Conexões Ethernet de alta velocidade, como 400G e 800G, já são utilizadas em algumas redes de data center de IA e de alto desempenho, enquanto as redes de data center continuam a evoluir em direção a larguras de banda ainda maiores. À medida que a velocidade das portas dos switches, o número de canais e a taxa de transferência de dados aumentam, a fabricação de PCBs enfrenta requisitos mais rigorosos em relação ao desempenho de materiais com baixa perda, precisão na fabricação de circuitos, controle de impedância e interconexão multicamadas. 

 

As placas de circuito impresso (PCBs) fornecem conexões elétricas e caminhos de transmissão de sinal para chips de comutação, interfaces de alta velocidade, circuitos de alimentação e outros módulos funcionais. Em switches de data center de alta velocidade, as PCBs precisam suportar não apenas interconexões de alta densidade, mas também transmissão de sinal confiável em alta velocidade, distribuição de energia e operação de longo prazo. Os switches variam em velocidade de porta, densidade de portas, capacidade de comutação e arquitetura interna, resultando em diferentes requisitos para materiais de PCB, número de camadas, estruturas de empilhamento e fabricação de circuitos. Durante a fabricação, os materiais, as configurações de empilhamento, a fabricação de circuitos e os parâmetros de processo relacionados precisam ser controlados de acordo com os requisitos específicos do produto.

 

A HoYoGo é uma fabricante profissional de PCBs para switches de data center com IA, especializada na fabricação de PCBs de alta confiabilidade, alta precisão, multicamadas e alta velocidade. Oferecemos serviços de fabricação de PCBs personalizados para atender aos requisitos de aplicação de switches de data center com IA, servidores e equipamentos de rede de alta velocidade. 

 

Requisitos de fabricação de PCBs para transmissão de dados em alta velocidade

Os switches de data center com IA processam internamente um grande número de sinais de alta velocidade, impondo requisitos exigentes à fabricação de circuitos de PCB e ao controle de impedância. Para trilhas de alta velocidade com requisitos específicos de impedância, fatores como dimensões da trilha, espessura do dielétrico, espessura do cobre e propriedades do material podem afetar a impedância real e o desempenho da transmissão de sinal.

 

Durante a fabricação de PCBs, parâmetros-chave como largura e espaçamento das trilhas, espessura do cobre, espessura do dielétrico e uniformidade da corrosão precisam ser controlados de acordo com a estrutura de empilhamento, as metas de impedância e os requisitos técnicos especificados pelo cliente. Trilhas de impedância controlada também devem ser verificadas de acordo com as metas de impedância e condições de teste especificadas para minimizar o impacto das variações de fabricação na consistência da impedância.

 

Materiais de baixa perda para transmissão de alta velocidade

Os sinais de alta velocidade que trafegam em uma placa de circuito impresso (PCB) estão sujeitos a perdas dielétricas e de condução. Para algumas PCBs de comutação de alta velocidade, fatores como a constante dielétrica (Dk), o fator de dissipação (Df), as características da superfície da folha de cobre e a espessura do dielétrico podem afetar o desempenho da transmissão de sinais de alta velocidade. Dentre esses fatores, a perda dielétrica e a rugosidade da superfície da folha de cobre são contribuintes importantes para a perda de transmissão em trilhas de alta velocidade.

 

Dependendo da velocidade da interface, do comprimento das trilhas e dos requisitos de desempenho do produto, algumas placas de circuito impresso (PCBs) de alta velocidade para switches podem utilizar sistemas de materiais de baixa ou ultrabaixa perda. Esses materiais podem diferir em termos de sistemas de resina, estabilidade dimensional e características de processamento. Portanto, processos de fabricação como laminação, furação e fabricação de circuitos precisam ser ajustados de acordo com as características do material, enquanto a variação entre lotes de materiais e a consistência de parâmetros-chave também exigem um controle cuidadoso.

 

Estruturas multicamadas e interconexão entre camadas

Os switches de data center de alta performance integram múltiplos módulos funcionais, incluindo chips de comutação, interfaces de alta velocidade, circuitos de alimentação e funções de gerenciamento e controle. Suas placas de circuito impresso (PCBs) normalmente utilizam estruturas multicamadas para suportar a transmissão de sinal, a distribuição de energia e a interconexão entre os módulos funcionais. A maior densidade de roteamento e as conexões intercamadas mais complexas aumentam os desafios de fabricação em relação ao registro camada a camada, laminação, furação e metalização dos furos.

 

Alguns produtos de alta densidade podem usar estruturas HDI com vias cegas, vias enterradas e microvias, dependendo dos requisitos do projeto. Para essas placas de circuito impresso (PCBs), processos-chave como registro camada a camada, precisão do posicionamento dos furos, qualidade da perfuração a laser e metalização dos furos exigem controle rigoroso para reduzir o impacto das variações de fabricação na confiabilidade da conexão entre camadas.

 

Vias de alta velocidade e transmissão de sinais

Quando sinais de alta velocidade trafegam entre diferentes camadas de uma placa de circuito impresso (PCB), os furos de passagem (vias) fornecem as conexões intercamadas necessárias. Para trilhas de alta velocidade, trechos de vias não utilizados podem causar reflexões de sinal e afetar o desempenho da transmissão. Algumas PCBs de comutadores de alta velocidade, portanto, utilizam perfuração reversa (back drilling), dependendo dos requisitos do projeto, para reduzir o impacto dos trechos de vias não utilizados na integridade do sinal de alta velocidade.

 

Para placas de circuito impresso (PCBs) que requerem furação traseira, parâmetros-chave como profundidade de furação, precisão posicional e comprimento restante do stub precisam ser controlados de acordo com os desenhos do cliente, estruturas de empilhamento e requisitos de projeto de vias para garantir que a placa final atenda aos requisitos de projeto especificados.

 

Confiabilidade térmica da placa de circuito impresso sob operação de alta carga

AI data center switches typically integrate switch chips, high-speed interfaces, power circuits, and other components that generate considerable heat under high-load operation. Overall heat dissipation depends primarily on the system's thermal design, but PCB material properties such as glass transition temperature (Tg), coefficient of thermal expansion (CTE), thermal stability, interlayer bonding strength, and via interconnection quality can also affect long-term reliability.

 

PCB manufacturing requires appropriate materials to be used according to product operating temperatures, reliability requirements, and customer technical specifications, while key manufacturing factors such as lamination quality, interlayer bonding, and hole-wall plating require careful control. For products exposed to elevated temperatures or repeated temperature cycling over extended periods, particular attention should be paid to material thermal stability and via interconnection reliability to reduce the risk of issues such as delamination and barrel cracking.

 

Consistency Control in Volume Manufacturing

Once high-speed switch PCBs enter volume production, manufacturing consistency across different production batches becomes equally important. Variations in material properties, dielectric thickness, trace dimensions, copper thickness, and via structures can affect the impedance, dimensions, and electrical performance of finished PCBs.

 

From raw material management and circuit fabrication to lamination, drilling, electroless copper deposition, electroplating, and final testing, critical processes and manufacturing parameters need to be controlled according to product specifications to keep key characteristics stable and reduce batch-to-batch variation. In volume production, process monitoring, first-article inspection, impedance testing, and reliability verification can also be used to improve manufacturing stability.

 

Development Trends of AI Data Center Switch PCBs

AI data center networks are moving toward higher bandwidth and higher-density interconnection, increasing both the number of high-speed signals and the complexity of interconnections within switches. For PCB manufacturing, capabilities in low-loss material processing, fine-line fabrication, multilayer lamination, impedance control, and high-speed via processing are becoming increasingly important.

 

Switches vary in port speed, switching capacity, board architecture, and thermal design, resulting in different PCB material, stack-up, and interconnection requirements. Manufacturing therefore needs to be tailored to specific product specifications and customer technical requirements, with appropriate control over material selection, process parameters, and manufacturing workflows.

 

A HoYoGo é uma fabricante profissional de PCBs para switches de data center com IA, especializada na produção de PCBs de alta confiabilidade, alta precisão, multicamadas e alta velocidade. A produção e o controle de qualidade são realizados de acordo com os padrões IPC aplicáveis ​​e as especificações técnicas do cliente, com rigoroso controle sobre os principais processos de fabricação, como fabricação de circuitos, laminação, perfuração, galvanoplastia e inspeção. Isso ajuda a manter a consistência da fabricação desde a prototipagem até a produção em volume e fornece suporte estável e confiável para a fabricação de PCBs para switches de data center com IA e equipamentos de comunicação de dados de alta velocidade.