一种对称叠层结构的AI算力卡板及其压合方法与流程

本发明涉及印刷电路板制造，具体涉及一种ai算力卡板及其压合方法，尤其涉及一种采用bt树脂基材料并通过对称叠层结构设计实现bga区域超高平整度的ai算力卡板及其制造过程中的压合方法。

背景技术：

1、ai算力卡是人工智能计算集群中的核心硬件载体，其承载的gpu或ai加速芯片通常采用bga封装形式与pcb板互连。随着芯片集成度提升，bga封装尺寸不断增大，对承载pcb板的bga区域平整度提出了严苛要求，通常需控制在3mil以内，否则smt回流焊过程中会出现虚焊、桥连等缺陷，导致组装良率下降。

2、在pcb基板材料选择上，ic载板领域常采用bt树脂基覆铜板材料。bt材料具有较高的玻璃化转变温度tg和较低的热膨胀系数cte，材料稳定性好，可获得较好的bga平整度。但传统ic载板用bt材料的树脂配方为高交联、低流动的纯bmi-三嗪体系，在多层板压合工艺中，树脂流动窗口极窄，容易产生以下问题：介质层厚度不均匀、玻纤布浸润不足、局部树脂富集或匮乏。上述缺陷导致pcb板不同位置的介质损耗因子df存在显著差异，有的区域df为0.002，有的区域则达0.005。虽然板卡整体平均df指标尚可接受，但在实际高速信号传输时，信号经过不同df路径产生的损耗差异会引发信号完整性的严重恶化，无法满足ai算力卡的高速信号传输要求。

3、另一方面，若采用常规fr-4材料体系，虽然配合m6等级高速配方可在一定程度上满足介电性能的均匀性要求，但fr-4材料的x/y轴cte通常为13-18ppm/℃，z轴cte（α1）通常高达50-70ppm/℃，远高于bt材料。在smt回流焊峰值温度245℃条件下，fr-4板材z向胀缩量大，对于含有厚铜内层用于大电流供电的ai算力卡板而言，厚铜层与薄铜层之间的胀缩量差异会导致孔环拉裂、盲孔孔壁铜裂等可靠性失效风险大幅增加。

4、因此，在现有技术中，bt材料方案和fr-4材料方案存在固有矛盾：bt材料可获良好平整度但无法满足高速信号均匀性要求，fr-4材料可满足高速性能但平整度和可靠性差。行业内缺乏一种能够同时兼顾bga超高平整度和高速信号完整性的ai算力卡板结构方案及其制造工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种对称叠层结构的ai算力卡板及其压合方法，以解决现有技术中无法同时满足bga超高平整度和高速信号完整性要求的技术问题。在本发明中，m6级高速bt树脂基材料是指满足以下性能参数的bt树脂基覆铜板材料：在10ghz频率下介质损耗因子df≤0.005，x/y轴热膨胀系数cte≤12ppm/℃，z轴热膨胀系数cteα1≤30ppm/℃，玻璃化转变温度tg≥200℃。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种ai算力卡板，包括多层导电层和绝缘介质层交替叠合压合而成的板体，所述ai算力卡板包括：对称叠层结构，其包括位于中部的厚铜电源层区域和对称分布于所述厚铜电源层区域两侧的薄铜信号层区域；所述厚铜电源层区域包含至少一层铜厚≥2oz的电源导电层；所述薄铜信号层区域包含至少一层铜厚≤1/3oz的信号导电层；其中，所述厚铜电源层区域和所述薄铜信号层区域中的绝缘介质层均由m6级高速bt树脂基材料制成。该方案通过采用m6级高速bt树脂基材料配合对称叠层结构设计，从材料源头降低热致尺寸变化量，同时利用对称结构使热应力均匀分布，实现了ai算力卡板bga区域3mil超高平整度与高速信号完整性的同时满足。

3、在本发明的ai算力卡板中，所述m6级高速bt树脂基材料为台光em-528 bt材料。台光em-528是典型的m6级高速bt树脂基材料，其df@10ghz≤0.005，tg≥200℃，x/y轴cte≤12ppm/℃，z轴cteα1≤30ppm/℃，且具备显著优于传统ic载板bt材料的高流动性。

4、进一步地，所述厚铜电源层区域的绝缘介质层包括与所述电源导电层交替层叠的bt芯板层，所述薄铜信号层区域的绝缘介质层包括与所述信号导电层交替层叠的bt半固化片层。bt芯板层提供稳定的介质厚度基准，bt半固化片层在压合过程中熔融流动填充导电层间的间隙，二者配合实现精确的层间介质厚度控制。

5、在一个优选的实施方式中，所述板体为18层结构，自顶面至底面依次为：第一阻焊层、位于第一阻焊层下方的第一薄铜信号层区域、位于第一薄铜信号层区域下方的所述厚铜电源层区域、位于所述厚铜电源层区域下方的第二薄铜信号层区域、以及位于第二薄铜信号层区域下方的第二阻焊层。

6、进一步地，所述电源导电层的铜厚为2oz，所述信号导电层的铜厚为1/3oz。2oz厚铜层为ai芯片提供大电流供电能力，1/3oz薄铜层满足精细线路蚀刻加工要求。

7、另一方面，本发明还提供一种ai算力卡的压合方法，用于压合采用m6级高速bt树脂基材料的叠层板，所述压合方法包括：s1预热排气阶段，以2.5～3.5℃/min的升温速率将叠层板从室温升温至135℃，在真空条件下施加100psi的接触压力；s2升压填充阶段，将温度从135℃逐步升温至220℃，同时将压力从100psi逐步提升至400psi主压，其中在180℃温度窗口恒温并升压至360psi以上；s3固化交联阶段，在220℃恒温条件下保持400psi主压，完成树脂主体交联固化；s4降温泄压阶段，将温度从220℃分步降至常温，将压力从400psi分步泄压至零。该压合方法专门适配m6级高速bt树脂基材料的高流动性特性：s1的缓慢升温配合真空和低接触压力充分排出层间挥发物并均匀预热；s2在180℃温度窗口恒温并升压至360psi以上，利用最低黏度状态实现树脂对层间间隙和玻纤束内部空隙的充分填充；s3在高于材料tg的温度完成充分交联固化；s4分步泄压降温梯度释放内应力。

8、在一个优选的实施方式中，所述降温泄压阶段包括：第一降温段，从220℃降至215℃并泄压至300psi；第二降温段，从215℃降至165℃并泄压至100psi；第三降温段，从165℃降至130℃并保持100psi；第四降温段，从130℃降至100℃并保持100psi且关闭真空；第五降温段，从100℃降至70℃并保持100psi。

9、进一步地，所述升压填充阶段包括：在180℃恒温保持至少5分钟，并在此阶段将压力升至400psi。

10、在上述ai算力卡板中，所述m6级高速bt树脂基材料在10ghz下的介质损耗因子df≤0.005，x/y轴热膨胀系数cte≤12ppm/℃，z轴热膨胀系数cteα1≤30ppm/℃。

11、对应地，在上述压合方法中，采用的m6级高速bt树脂基材料在10ghz下的介质损耗因子df≤0.005，x/y轴热膨胀系数cte≤12ppm/℃，z轴热膨胀系数cteα1≤30ppm/℃。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

13、效果1：bga区域平整度≤3mil。机理：m6级高速bt树脂基材料的低cte配合对称叠层结构，从材料源头降低热致尺寸变化量，同时对称结构使热应力对称分布，降低smt过炉热冲击时的板材翘曲。并非单一特征可达成，仅选材料不改结构则cte对称性不足，仅改结构不换材料则cte绝对值仍大，二者协同方产生平整度≤3mil效果。本领域技术人员在申请日前无法预见改良bt材料与对称叠层结构在厚薄铜并存结构上产生的平整度效果可如此显著。

14、效果2：高速信号完整性满足要求。机理：m6级高速bt树脂基材料的高流动性确保压合时树脂充分填充，介质层厚度均匀、玻纤浸润充分、无局部树脂富集或匮乏，df空间一致性显著优于传统bt材料。该效果在现有技术中无任何教导指出可通过改良bt材料的压合流动改善来控制df的空间一致性。

15、效果3：smt过炉可靠性提高。机理：低cte材料与对称叠层设计结合，z向胀缩量小且应力对称分布，孔环拉裂和盲孔孔壁铜裂风险大幅降低；分步泄压降温压合工艺使板材残余应力低。二者协同保障过炉可靠性，该效果在现有技术中无教导。

16、效果4：可量产性良好。基于现有商品化m6级高速bt材料和真空层压机，无需特殊设备或定制材料，适用于ai算力卡大批量生产场景。