Aplicações e Requisitos de Fabricação de PCBs para Fontes de Alimentação de Servidores

Com o desenvolvimento da computação em nuvem, inteligência artificial, big data e computação de alto desempenho, a capacidade de processamento e o consumo geral de energia dos servidores de data center continuam a aumentar. Particularmente em servidores de IA e servidores de computação de alto desempenho, componentes de alta potência, como CPUs, GPUs e aceleradores de IA, impõem maiores exigências à capacidade de fornecimento de energia dos sistemas de alimentação. As fontes de alimentação de servidores devem alcançar conversão e fornecimento de energia estáveis ​​e eficientes em um espaço limitado, resultando em maiores requisitos de densidade de potência, eficiência de conversão, gerenciamento térmico e confiabilidade operacional a longo prazo.

 

As placas de circuito impresso (PCBs) são uma parte importante dos sistemas de alimentação de servidores. Elas suportam principalmente a montagem de componentes, conexões elétricas e transmissão de corrente, além de contribuírem para a condução e dissipação de calor. À medida que a potência e a densidade de potência das fontes de alimentação de servidores aumentam, as áreas de alta corrente em algumas PCBs precisam suportar correntes mais elevadas e, ao mesmo tempo, resistir a maiores tensões térmicas. Isso impõe requisitos mais rigorosos à capacidade de condução de corrente, resistência ao calor, desempenho de isolamento e consistência de fabricação das PCBs.

 

A HoYoGo é uma fabricante profissional de PCBs especializada na produção de PCBs de alta confiabilidade, multicamadas e com grande quantidade de cobre . Oferecemos serviços de fabricação de PCBs com base nos requisitos específicos de aplicações para fontes de alimentação de servidores, servidores de IA e equipamentos de data center. 

 

PCBs em sistemas de alimentação de servidores

As fontes de alimentação de servidores convertem a energia de entrada na energia CC necessária para os componentes internos do servidor e fornecem energia estável para placas-mãe, dispositivos de armazenamento e outros módulos funcionais por meio da arquitetura de distribuição de energia correspondente. Para componentes essenciais, como CPUs, GPUs e aceleradores de IA, a energia de baixa tensão e alta corrente que eles exigem geralmente precisa ser regulada por circuitos de conversão de energia na placa-mãe ou na placa aceleradora. Comparados com eletrônicos de consumo comuns, os servidores normalmente precisam operar continuamente por longos períodos, o que resulta em maiores exigências quanto à estabilidade da fonte de alimentação, eficiência de conversão e confiabilidade a longo prazo.

 

Em módulos de fontes de alimentação para servidores, as placas de circuito impresso (PCBs) fornecem suporte de montagem e conexões elétricas para semicondutores de potência, transformadores, indutores, capacitores, controladores, conectores e outros componentes, além de conduzirem a corrente necessária. Em fontes de alimentação para servidores de alta potência e alta densidade de potência, as PCBs devem manter conexões elétricas estáveis ​​durante a operação prolongada e atender aos requisitos do produto em termos de capacidade de condução de corrente, resistência ao calor e desempenho de isolamento.

 

Requisitos de fabricação de PCBs para transmissão de alta corrente

Em servidores de alto desempenho e servidores de IA, as maiores demandas de energia exercem maior pressão sobre o sistema de alimentação, tanto em termos de corrente quanto de gerenciamento térmico. Consequentemente, as áreas de alta corrente em algumas placas de circuito impresso (PCBs) das fontes de alimentação também precisam oferecer capacidade de condução de corrente suficiente e confiabilidade operacional a longo prazo.

 

A espessura da camada de cobre é um dos principais fatores que afetam a capacidade de condução de corrente de uma placa de circuito impresso (PCB). Para PCBs de fontes de alimentação de servidores com requisitos de condução de corrente mais elevados, uma espessura de cobre adequada pode ser selecionada com base na potência do produto, na corrente, na elevação de temperatura permitida e em outros requisitos para reduzir a resistência do condutor e as perdas de transmissão. A espessura de cobre necessária também deve ser determinada considerando o percurso da corrente, a elevação de temperatura permitida, o ambiente operacional, as especificações do produto e os requisitos específicos de fabricação.

 

Além da espessura do cobre, a consistência da espessura final do cobre, a precisão do processamento do circuito, a distribuição uniforme do cobre e a qualidade da metalização das paredes dos furos também devem ser rigorosamente controladas. Espessura de cobre insuficiente em áreas específicas, anormalidades na metalização das paredes dos furos ou defeitos no circuito podem aumentar o risco de elevação localizada da temperatura e falha na conexão elétrica sob condições de alta corrente e ciclos térmicos prolongados.

 

Gestão Térmica e Confiabilidade Térmica a Longo Prazo

Os servidores geralmente precisam operar continuamente por longos períodos. Componentes como MOSFETs, retificadores, transformadores e indutores nos módulos de alimentação geram calor durante a operação. À medida que as fontes de alimentação de servidores evoluem para densidades de potência mais altas, as placas de circuito impresso (PCBs) enfrentam requisitos cada vez mais exigentes em termos de condução e dissipação de calor, além de confiabilidade térmica a longo prazo.

 

A resistência térmica do substrato da placa de circuito impresso (PCB), a força de adesão entre a folha de cobre e o substrato, e a confiabilidade entre as camadas de PCBs multicamadas afetam a estabilidade da PCB sob exposição prolongada ao calor e flutuações de temperatura. Para algumas PCBs de fontes de alimentação de servidores de alta potência, a espessura do cobre e os sistemas de substrato adequados devem ser selecionados de acordo com a temperatura de operação, os requisitos de confiabilidade e as especificações de fabricação. Para aplicações sujeitas a maior estresse térmico, sistemas de materiais com alta temperatura de transição vítrea (Tg) e com a confiabilidade térmica necessária podem ser selecionados de acordo com as especificações do produto.

 

Durante a fabricação, deve-se prestar atenção especial à qualidade do material, à qualidade da laminação, ao revestimento das paredes dos furos e à adesão entre as camadas. O controle instável do processo pode aumentar o risco de delaminação, fissuras nas paredes dos furos e outros problemas de confiabilidade sob exposição prolongada ao calor ou condições de ciclos térmicos.

 

Desempenho do isolamento e confiabilidade elétrica

As fontes de alimentação de servidores convertem energia em diferentes níveis de tensão, resultando em altos requisitos de desempenho de isolamento da placa de circuito impresso (PCB) e confiabilidade elétrica. Defeitos de isolamento, anormalidades no processamento do circuito ou contaminação da superfície da PCB podem afetar o funcionamento normal do módulo da fonte de alimentação.

 

Do ponto de vista da fabricação de PCBs, as propriedades do substrato, a precisão do processamento do circuito, a qualidade da máscara de solda e a limpeza da superfície podem afetar a confiabilidade do isolamento da PCB. Para PCBs de fontes de alimentação que envolvem diferentes níveis de tensão, o processo de fabricação também deve garantir que o produto final atenda aos requisitos de distância de isolamento, distância de fuga e isolamento especificados nos arquivos de projeto. Deve-se dar atenção especial a problemas como cobre residual, defeitos na máscara de solda e contaminação da superfície.

 

Dependendo dos requisitos do produto, podem ser realizados testes elétricos para detectar circuitos abertos, curtos-circuitos e outras anomalias. Para produtos com requisitos específicos de isolamento, também podem ser realizados testes de resistência de isolamento e tensão suportável, de acordo com as especificações aplicáveis, para verificar se o desempenho elétrico da placa de circuito impresso atende aos requisitos do produto.

 

Produção em grande escala e consistência do produto

Durante a produção em larga escala de placas de circuito impresso (PCBs) para fontes de alimentação de servidores, a consistência entre os lotes de produção é tão importante quanto atender aos requisitos de desempenho e confiabilidade. Variações na espessura do cobre, na espessura da placa, na precisão do processamento do circuito, na metalização das paredes dos furos e na qualidade do acabamento superficial podem afetar as conexões elétricas e a confiabilidade da PCB a longo prazo.

 

Desde a preparação do material até o processamento do circuito, metalização das paredes dos furos, aplicação da máscara de solda e acabamento da superfície, cada etapa de fabricação deve ser controlada de forma consistente de acordo com os requisitos do produto. Manter os parâmetros relevantes dentro das faixas especificadas por meio do monitoramento crítico do processo, inspeção da primeira peça e inspeção do produto final ajuda a reduzir as variações entre lotes e a melhorar a consistência na produção e entrega em larga escala.

 

Tendências de desenvolvimento em placas de circuito impresso para fontes de alimentação de servidores

Com o desenvolvimento de servidores de IA, aplicações de computação de alto desempenho e infraestrutura de data centers, a densidade de potência de alguns servidores e racks de servidores de alto desempenho continua a aumentar. Os sistemas de alimentação também estão evoluindo em direção a maior densidade de potência, maior eficiência de conversão e confiabilidade aprimorada.

 

As melhorias no desempenho das fontes de alimentação de servidores impõem maiores exigências à capacidade de condução de corrente das placas de circuito impresso (PCBs), ao gerenciamento térmico, ao isolamento e à confiabilidade a longo prazo. Dependendo da potência, da temperatura de operação e dos requisitos estruturais de diferentes produtos, o uso de PCBs com alta densidade de cobre , PCBs multicamadas e sistemas de materiais com maior confiabilidade térmica está se tornando cada vez mais diversificado. Isso também impõe maiores exigências ao gerenciamento de materiais, às capacidades de processamento, à estabilidade do processo e ao controle de qualidade dos fabricantes de PCBs . 

 

A HoYoGo é especializada na fabricação de PCBs de alta confiabilidade, multicamadas e com grande espessura de cobre , e oferece serviços personalizados de fabricação de PCBs com base nos requisitos específicos de aplicações para fontes de alimentação de servidores, servidores de IA e equipamentos de data center. A HoYoGo realiza a produção e o controle de qualidade de acordo com os padrões IPC aplicáveis ​​e as especificações do produto do cliente, com atenção contínua à espessura final do cobre, à metalização das paredes dos furos, à confiabilidade entre camadas e à consistência da produção, fornecendo suporte estável e confiável para a fabricação de PCBs para fontes de alimentação de servidores e equipamentos de data center.