В областях искусственного интеллекта (ИИ) и высокопроизводительных вычислений (HPC) развитие архитектуры чиплетов беспрецедентно расширяет границы технологий корпусирования. Как системный архитектор, специализирующийся на 2.5D/3D-интерконнектах, я понимаю, что точность каждого производственного этапа напрямую влияет на успех или отказ всей системы. На этих высокоинтегрированных ИИ-подложках и печатных платах (PCB) смешанные компоновки компонентов SMT (Surface Mount Technology) и THT (Through-Hole Technology) стали нормой. Как мы можем добиться идеальной, надежной пайки THT-компонентов в среде, плотно заполненной SMT-компонентами, не повреждая окружающие чувствительные чипы и схемы? Ответ кроется в критически важном процессе: селективной волновой пайке. Эта технология является не просто эволюцией традиционных методов пайки, но и ключевым столпом, обеспечивающим надежность, производительность и технологичность современных сложных электронных систем. Для подложек ускорителей ИИ, несущих десятки миллиардов транзисторов, любой дефект пайки может привести к катастрофическим сбоям. Традиционная волновая пайка без разбора погружает всю печатную плату в расплавленный припой, что неприемлемо для современных печатных плат, плотно упакованных прецизионными BGA и крошечными пассивными компонентами. Поэтому селективная волновая пайка, с ее точными и контролируемыми характеристиками, стала предпочтительным решением для подключения мощных разъемов, усилителей и специфических сквозных компонентов. Ведущие производители, такие как Highleap PCB Factory (HILPCB), осваивают такие передовые процессы сборки, предлагая клиентам комплексные решения от проектирования до окончательного тестирования, обеспечивая стабильную производительность мощных вычислительных возможностей чипов ИИ.

Почему современные подложки ИИ не могут обойтись без селективной волновой пайки?

Философия проектирования современных подложек ИИ - «каждый квадратный дюйм на счету». Для сокращения путей сигнала и уменьшения задержки, память с высокой пропускной способностью (HBM), логические чипы (SoC) и модули ввода/вывода интегрируются с чрезвычайно высокой плотностью на одной и той же печатной плате с ИС-подложкой. Эти компоненты почти полностью собираются с использованием процессов SMT и располагаются с обеих сторон платы. Однако все еще существуют критически важные части системы, которые не могут быть заменены компонентами SMT, такие как:

1. Сильноточные силовые разъемы: Чипы ИИ потребляют огромную мощность и требуют надежных разъемов, способных пропускать сотни ампер, которые обычно являются компонентами THT.
2. Высокоскоростные интерфейсы ввода-вывода: Разъемы для высокоскоростных шин, таких как PCIe и CXL, часто используют конструкции THT для обеспечения механической прочности и целостности сигнала.
3. Встроенные VRM и большие индукторы: Для удовлетворения переходных потребностей в мощности ИИ SoC, большие, тяжелые силовые модули и индукторы в основном основаны на THT для обеспечения надежных механических соединений.

В таких компоновках со смешанными технологиями традиционные методы пайки оказываются недостаточными. Полноплатная волновая пайка расплавит и повредит предварительно установленные компоненты SMT, в то время как чистая ручная пайка, хотя и гибкая, с трудом обеспечивает согласованность и надежность в массовом производстве, неэффективна и подвержена дефектам, вызванным человеческим фактором.

Технология селективной волновой пайки становится решением. Она использует миниатюрное, точно управляемое паяльное сопло для нацеливания только на указанные паяные соединения THT. Весь процесс автоматизирован, обеспечивая, чтобы каждое соединение получало постоянный объем припоя, температурные профили и время пайки, тем самым достигая высококачественной THT/сквозной пайки без затрагивания других компонентов на плате.

Как селективная волновая пайка обеспечивает целостность высокоскоростного сигнала?

Для систем ИИ скорость передачи данных является ключевым показателем производительности. От HBM до SoC и внешних интерфейсов PCIe 6.0 любое затухание или искажение сигнала недопустимо. Разъемы THT, являясь критически важными шлюзами для сигналов, входящих и выходящих из подложки, напрямую влияют на целостность сигнала (SI) через качество своей пайки.

Селективная волновая пайка обеспечивает стабильную высокоскоростную передачу сигнала следующими способами:

• Постоянный контроль импеданса: Ручная пайка затрудняет контроль количества и формы припоя, что может легко привести к рассогласованию импеданса в паяных соединениях и вызвать отражение сигнала. Селективная волновая пайка обеспечивает высокую согласованность морфологии и размеров паяных соединений для каждого вывода благодаря точному программному управлению, тем самым поддерживая непрерывность характеристического импеданса линий передачи.
• Устранение потенциальных холодных и сухих паек: Холодные или сухие пайки являются «невидимыми убийцами» высокоскоростных сигналов, вызывая прерывистые сбои и ошибки данных. Этот процесс обеспечивает формирование превосходного слоя интерметаллического соединения (IMC) между припоем, сквозными отверстиями и выводами благодаря точному контролю температуры предварительного нагрева и пайки, что принципиально устраняет такие дефекты.
• Минимизация воздействия термического напряжения: Локализованный нагрев позволяет избежать воздействия на всю печатную плату, особенно для чувствительных высокоскоростных дифференциальных пар вблизи THT-разъемов. Это защищает деликатные структуры микро-слепых и скрытых переходных отверстий в HDI PCB, поддерживая их проектные характеристики. В ходе этого процесса хорошо продуманная конструкция оснастки (ICT/FCT) не только защищает окружающие компоненты, но и обеспечивает плоскостность печатной платы во время термообработки, предотвращая изменения длины сигнального пути из-за деформации.

Прецизионное Термическое Управление: Основное Преимущество Процесса Селективной Пайки

Терморегулирование - вечная тема в проектировании ИИ-подложек. «Селективность» селективной пайки волной припоя проявляется не только в местоположении, но и в способе подачи тепла. В отличие от подхода «коврового бомбометания», когда целые платы проходят через печи оплавления, селективная пайка - это «высокоточный удар».

Это точное терморегулирование обеспечивает несколько ключевых преимуществ:

• Защита термочувствительных компонентов: ИИ-подложки могут содержать оптические модули, датчики или специальные материалы, чрезвычайно чувствительные к температуре. Селективная пайка строго ограничивает тепло областями THT всего в несколько квадратных миллиметров, эффективно защищая эти дорогие и хрупкие компоненты.
• Предотвращение деформации печатных плат: Большие ИИ-подложки с большим количеством слоев склонны к деформации после неравномерных или чрезмерных термических циклов. Деформация серьезно влияет на надежность паяных соединений BGA и может даже привести к сбоям микро-бамповых соединений между чиплетами и подложками. Характеристика локального нагрева при селективной пайке значительно снижает общую термическую нагрузку на плату, что делает ее ключевым процессом для контроля деформации.
• Более широкое технологическое окно: Без ограничений, налагаемых наименьшей температурной толерантностью компонентов по всей плате, параметры пайки могут быть оптимизированы специально для THT-компонентов, что приводит к превосходным результатам пайки.

Какова критическая роль конструкции оснастки в селективной пайке?

Если оборудование для селективной пайки волной является скальпелем, то паяльный поддон/оснастка - это операционный стол, который стабилизирует пациента, и защитный экран, изолирующий окружающие ткани. Отличный дизайн оснастки является необходимым условием успеха процесса.

Основные функции оснастки включают:

1. Защита-экранирование: Оснастка точно открывает окна, чтобы обнажить только THT-выводы, требующие пайки, при этом надежно закрывая и защищая все SMT-компоненты на плате от контакта с расплавленным припоем.
2. Поддержка и позиционирование: Для больших или нерегулярных печатных плат оснастка обеспечивает надежную поддержку, предотвращая провисание или деформацию во время пайки из-за гравитации или нагрева.
3. Направление потока припоя: Конструкция оснастки влияет на гидродинамику паяльной волны, обеспечивая плавное заполнение сквозных отверстий и формирование идеальных паяных соединений.

Таким образом, профессиональное проектирование оснастки (ICT/FCT) - это комплексная инженерная дисциплина, включающая материаловедение, термодинамику и прецизионную обработку. Поставщики услуг по сборке под ключ, такие как HILPCB, обычно рассматривают это как критически важную часть анализа DFM (Design for Manufacturability), сотрудничая с клиентами для оптимизации конструкций и обеспечения высочайшего качества пайки с самой первой платы.

### Как проверить качество пайки с помощью Boundary-Scan/JTAG? После завершения пайки проверка является важным шагом. Для плотно расположенных контактов THT-разъемов традиционное тестирование летающим зондом или внутрисхемное тестирование (ICT) может быть непрактичным из-за ограничений по пространству. В таких случаях тестирование **Boundary-Scan/JTAG** (стандарт IEEE 1149.1) становится особенно важным.

JTAG получает доступ к внутренней тестовой логике микросхем через контакты разъема, что позволяет обнаруживать обрывы цепи (разъединения) и короткие замыкания (соединенные соседние контакты), вызванные проблемами пайки, без необходимости использования физических зондов. После селективной волновой пайки запуск комплексной тестовой программы Boundary-Scan/JTAG может эффективно проверить:

• Правильность подключения всех контактов разъема к соответствующим сетям на печатной плате.
• Наличие непреднамеренных перемычек между контактами, возникших в процессе пайки.

Эта проверка на электрическом уровне в сочетании с проверками физического внешнего вида, такими как AOI (автоматическая оптическая инспекция) или рентген, формирует комплексную оценку качества пайки, гарантируя, что каждая поставляемая карта-ускоритель ИИ полностью функциональна.

Как система отслеживания (Traceability/MES) повышает надежность процесса?

В высокотехнологичном производстве аппаратного обеспечения ИИ контроль процессов и отслеживаемость являются жизненно важными. Надежная система Traceability/MES (Manufacturing Execution System) играет критическую роль в процессах селективной волновой пайки. Система создает уникальную цифровую запись для каждой печатной платы, проходящей через производственную линию, регистрируя все ключевые параметры на станции селективной пайки, такие как:

• Используемая партия припоя и тип флюса
• Профили температуры предварительного нагрева и пайки
• Время выдержки для каждого паяного соединения
• Скорость потока азотной защиты
• Идентификатор оператора и серийный номер оборудования

Это детальное управление прослеживаемостью/MES обеспечивает, с одной стороны, строгое производство каждой платы в соответствии с установленными параметрами процесса, гарантируя высокую согласованность. С другой стороны, если какие-либо проблемы обнаруживаются во время последующего тестирования или у клиента, инженеры могут быстро отследить конкретные производственные партии и данные процесса для анализа первопричин, что позволяет быстро решать проблемы и постоянно улучшать процесс.

Получить предложение по печатным платам