AI大潮下通讯基板材料的普遍适用性（上）

开篇，笔者想引用一句耳熟能详的名言：“电子电路，材料是基石。”这句话深刻地揭示了材料在电子电路设计与制造中的重要性。

众所周知，传统的FR-4基板材料主要由树脂、玻璃增强材料、陶瓷粉填充物和铜箔组成。这些成分决定了基板材料在设计性能要求上的适应性与可制造性。

与此同时，采用PPO树脂改性的高速基板材料，在当前瞬息万变的市场环境中，承担着独特而重要的角色，既具有出色的性能，又展现了其卓越的外观。

图6 高端覆铜板构成要求(图片来源：华正新材)

论及AI，无法回避的是所谓大数据处理之服务器应用，对于服务器行业的演变进步历程，可谓是“可圈可点”，非“乏善可陈”以述之。

图7 服务器行业的演进历程

对于未来已来之“不断涌现”的AI模型推动算力需求急增，下图8形象直观的以柱图的方式进行了诠释。

图8 不断涌现之AI大模型推动算力需求的增加

对于关注未来社会发展的读者来说，加大对科技观察和研究变得尤其重要。科技迭代进入如此之快，就像前面所说是越来越快，呈现出指数曲线上升趋势。

图9 通信材料之服务器“PCle等级”一览(图片来源：华正新材)

深入探讨，何为AI服务器的主要构成，无外乎“芯片”、“存储”两大方面。

图10 芯片和存储是AI服务器的主要构成

PCle是Intel主导的高速串行计算机扩展总线标准，迭代周期为3年，两年前来讲：3.0是消费市场主流选择，Intel/AMD等主流CPU厂商正快速推出了PCle5.0产品，首先在高性能企业级服务器市场应用。

“PCle标准升级对PCB要求高，5.0平台则在16层以上，同时配套5.0的PCB价值量更高，预计PCle5.0的升级有望为服务器平台PCB带来百亿的价值增量。”——如此这般的话语，貌似依旧在大家的耳畔回响。

下图11，针对于AI应用场景下的算力需求急增，专家推断：PCle已成为主流互联接口。未来PCle6.0传输速率将会进一步提升至64GT/s。

图11 为服务器数据高速及远距离传输保驾护航的PCle技术

回顾服务器功能实现的所谓“高速”基板材料。

如下图12所示：高速基板材料的Dk/Df值决定了其能否“行稳致远”。

在此，笔者要特别感谢Prismark的姜旭高博士，他不远万里从美国带来了最新的研修报告（如期为2024年5月2日），该报告具有专业性、权威性与知识性。

笔者将节选其中与本文“相对契合”的内容，以飨读者。

接下来，我们将采用“蒙太奇”手法，快速展示各大国际知名品牌企业的积极应对决策，以飨读者。

图14 当代通讯基板材料需求

基础设施建设是AI发展的首要任务，这其中包括AI服务器（这完全依赖于高速基板材料的支持）、加速卡、光模块和交换机等产品。这些产品的技术难度较大，通常由台资厂商主导，因为大陆企业在技术稳定性方面尚需提升。目前大陆在这方面表现突出的企业包括深南电路、开平依利安达、生益、方正、东莞美维，以及以前的惠亚等。

此外，后续则是应用层的产品，如AIPC和AIPhone，这些主要涉及HDI（高密度互连）、键盘板、屏幕板等。因此，下半年对于HDI的需求可能会非常紧张，前提是AI应用能赢得广泛的认可。

接下来，让我们继续探索“世界的奇妙”、“不看不知道”的事物，并给好奇的朋友们一个“窥探”技术专利（隐私）的机会。

图17 腾辉产品形象展示

排名不分先后。俗话说得好，术业有专攻，闻道有先后。

然而，尽管了解高速基板材料如何满足终端客户的性能指标，真正实现这一目标仍需行业内的专家、学者和工匠们以持之以恒的态度和咬定青山不放松的决心，展现出敢于创新、勇于实践的革命英雄主义精神。

图24 上海南亚新材之“与时俱进”——高速产品系列展示

如图27所示，AGC的损耗非常低，直至极限水平。这种低损耗材料在基板材料性能上的表现可称得上“独领风骚”。详细性能数据请参见下图28。

关于具体材料牌号的选择，我们可以从下面的图表中进行清晰、直观且具有权威性的解读。

图31 低损耗介电材料的开发一览

“毋庸讳言”，点题本章节的重点之处：基板材料的“可用性”！也就是说，某些方面性能再优秀的材料，也必须满足不同终端应用设计者的法眼。

下图33，再次隆重推介了一个针对5G产品（时过境迁、物是人非事事休）“不错的”基板材料“可用性”选择，也是按照5G应用场景频段的不同而归纳的。

图32 可用性基板材料分类终结

随着5G通讯等领域的高速发展，电子产品高频化、高速化、高数字化、（大或）小型化、高多层设计化，高频高速材料的“低频设计”化、高可靠性化，电子市场对高频高速板的需求日趋增长。

简而言之，由于应用场景不同，高频板和高速板既有共同点也有区别。

首先，高频材料，应该是满足现代通讯发展之大趋势，不可或缺的材料之存在。至于本文中心之高速板产品注重材料的介电损耗（Df），对材料介电常数（Dk）的要求并不十分严格（此处言语千万别误会了）。

市场上，常用的高速材料的等级也是根据介电损耗（Df）的大小来划分的。主要用于电脑、计算机、存储器，服务器，交换机，高端路由器，数据中心和通讯电子等产品。

从本质上来看，高频是高速的基础（此言不假，必须当真），传输的PCB 介质层，不仅“发挥着”导体之间的绝缘层的作用，更重要的是它“承担着”设计和加工实现之“特性阻抗”的作用，还会影响信号传输速度、信号衰减和发热。

常用的高速高频树脂包括但不限于：

（1）改性环氧（MEP）类：普通的环氧树脂基CCL（FR-4 或FR-5 等）一般无法满足高频/高速的性能要求。使用一些低介电的高性能树脂对环氧进行改性，使Dk满足高频CCL的使用要求，但Df 一般很难无法满足高速CCL 的使用要求。

（2）聚四氟乙烯（PTFE）类：是市场上比较成熟的高频基板材料，而且是目前超高频率（≥30GHz）的毫米波段电路基材的最佳选择之一。其介电性能优异。市场上大多采用陶瓷粉末与玻纤布来进行增强改性，行业典型代表为美国的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公司收购）AD350A/25N系列、Taconic公司的传统产品系列之TLY5A/RF-30/RF-35A 系列。

（3）碳氢树脂（PCH）类：由不饱和的碳氢化合物聚合而成（如苯乙烯、丁二烯共聚物，液态1,2-聚丁二烯，SBS 等）。其分子因只有C和H两种元素而得名。PCH是热塑性的聚合物，因此，PCH制作高频覆铜板时，需要添加低介电的陶瓷粉末与玻纤布，来进行增强改性，并通过交联的方式实现向热固型树脂的转变，目前市场上PCH类基板的典型代表为美国Rogers公司的传统强项产品 RO4000®系列。

（4）液晶聚合物（LCP）类 and 聚酰亚胺（PI）类：液晶聚合物即液晶高分子（LCP， Liquid Crystal Polymer），在特定条件下能以液晶相存在的高分子聚合物。目前LCP的原材料树脂供应主要由日美企业所主导，包括美国的Dupont（杜邦），日本的PolyPlastics（宝理塑料），日本的可乐丽公司（该公司有两款产品，其1，是所谓的介质膜；其2，是多层印制电路板制造必须的“粘结膜”）。

另一软板基材是聚酰亚胺（PI），由于PI基材的介电常数和损耗大，吸湿性高，加工性差，已很少应用于高频场景（此言差矣，因为，在基板材料强项之杜邦家族中，一直就存在着一种，所谓挠性电路板多层化粘结片材料，名称不重要。于是乎，在LCP 基板材料存在两大致命弱点的情况下，杜邦公司适时推出了所谓MPI产品）。

（5）聚苯醚（PPO）类：聚苯醚（简称PPO或PPE），PPO 综合性能优异，特别在介电性能、热学性能和力学性能方面。高频和高速CCL用的PPO原料树脂的主要供应商有沙特的SABIC（沙比克）、日本Asahi KASEI（旭化成）（当今世界，风云变幻，危机四伏，所以，国产化替代，已经是“箭在弦上不得不发”）、于是乎，涌现出：“稀稀拉拉”、“林林总总”、“日出江花红胜火”的替代树脂，号称完全可以对标替代传统沙比克的9000树脂产品。姑且信之？详见下图33。

典型的高速基板材料代表，为松下公司的Megtron 6G、Megtron 7N /8等。

图33 未来已来之PPO/PPE替代产品

（6）三嗪树脂（BT）类：BT树脂制出的基板材料，在耐蒸煮性（PCT）、耐金属离子迁移性（CAF）、耐热性、介电特性等方面具有一定的优势。BT树脂基板材料主要应用在IC封装场景。

国之重器，拥有国家实验室的东莞生益科技有限公司，为此等重中之重领域，也不惜代价，开疆辟土，大展拳脚了一把。

未完待续

来源：作者供稿