Пайка THT/Through-Hole: Преодоление проблем высокоскоростных соединений в объединительных платах серверов ИИ

technology7 ноября 2025 г. 13 мин чтения

Пайка THT/Through-HoleПрослеживаемость/MESПлата материнской платы сервера ИИ для центров обработки данныхСелективная волновая пайкаКачество платы материнской платы сервера ИИПроверка первого образца (FAI)

С взрывным ростом генеративного ИИ, больших языковых моделей (БЯМ) и высокопроизводительных вычислений (ВВ), центры обработки данных претерпевают беспрецедентную архитектурную трансформацию. Являясь ядром этой революции, серверы ИИ достигли ошеломляющих уровней внутренней пропускной способности данных и плотности мощности. Выступая в качестве «нейронного узла», соединяющего графические процессоры, центральные процессоры, память и модули ввода-вывода, проектирование и производство печатных плат серверных объединительных панелей сталкиваются с серьезными проблемами. В эпоху, когда доминирует SMT (технология поверхностного монтажа), казалось бы, традиционная техника — THT/пайка в отверстия — играет незаменимую роль в объединительных панелях серверов ИИ. Она не только обеспечивает механическую прочность, но и напрямую влияет на целостность высокоскоростных сигналов, эффективность распределения питания и общую тепловую производительность. С точки зрения эксперта по архитектуре высокоскоростных межсоединений серверов ИИ и объединительных плат, эта статья углубляется в основную ценность, технические проблемы и передовые производственные процессы THT/пайки в сквозные отверстия в современном дизайне серверов ИИ. Мы рассмотрим, как оптимизировать процессы THT для соответствия требованиям высокоскоростных шин, таких как PCIe Gen5/Gen6 и CXL, а также рассмотрим, как критически важные рабочие процессы, такие как селективная пайка волной, контроль первого образца (FAI) и отслеживаемость/MES, совместно обеспечивают высочайшее качество печатных плат материнских плат серверов ИИ. Обладая глубоким опытом в производстве и сборке сложных печатных плат, Highleap PCB Factory (HILPCB) стремится предоставлять клиентам комплексные решения, отвечающие строгим требованиям к производительности.

Почему THT/пайка в сквозные отверстия по-прежнему незаменима в серверах ИИ?

Несмотря на доминирование технологии SMT благодаря ее преимуществам в высокой плотности и автоматизации, THT/пайка в сквозные отверстия остается незаменимой в серверах ИИ, где энергопотребление может превышать тысячи ватт, а скорость передачи данных достигает 64 ГТ/с. Его основная ценность заключается в трех ключевых аспектах:

Непревзойденная механическая прочность: Объединительные платы AI-серверов должны поддерживать крупные, тяжелые разъемы, такие как высокоскоростные объединительные разъемы, клеммы ввода питания и интерфейсы вентиляторов. Эти разъемы выдерживают значительные механические нагрузки во время установки/удаления и длительной эксплуатации. Выводы THT-компонентов проникают в печатную плату и надежно припаиваются по всей стенке отверстия, создавая паяные соединения, гораздо более прочные, чем у SMT-компонентов, прикрепленных только к поверхностным площадкам. Это надежное соединение является основополагающим для обеспечения долгосрочной надежности печатных плат материнских плат AI-серверов для центров обработки данных.
Исключительная способность пропускать высокие токи: Карты AI-ускорителей (например, NVIDIA H100/B200) требуют чрезвычайно высоких пиковых токов, что предъявляет строгие требования к сетям распределения питания (PDN). THT-разъемы и силовые клеммы имеют толстые выводы и большие площади пайки, обеспечивая низкоомные, низкоиндуктивные токовые пути, способные пропускать сотни ампер. Это минимизирует падения напряжения и потери мощности, обеспечивая стабильную подачу питания на GPU-кластеры.
Оптимизированные тепловые пути: Выводы компонентов THT служат не только электрическими проводниками, но и эффективными путями рассеивания тепла. Для тепловыделяющих компонентов, таких как силовые индукторы и MOSFET в VRM (модулях регулятора напряжения), выводы THT быстро передают тепло внутренним слоям тяжелой меди печатной платы и тепловым плоскостям, что способствует управлению тепловым режимом системы и предотвращает снижение производительности или повреждение оборудования из-за локального перегрева.

Целостность высокоскоростного сигнала: Проблемы SI и оптимизация для THT-разъемов

В эпоху PCIe Gen5/Gen6 и CXL 3.0 удвоение скорости передачи сигнала сделало точки подключения THT критическим узким местом в проектировании целостности сигнала (SI). Неоптимизированные переходные отверстия THT и штыревые заглушки могут вызывать серьезные разрывы импеданса, отражения сигнала и межсимвольные помехи (ISI), что приводит к резкому увеличению частоты битовых ошибок (BER) канала связи.

Для решения этих проблем необходимо применять точные стратегии оптимизации:

Обратное сверление (Back-drilling): Это одна из наиболее эффективных методов оптимизации. Путем высверливания избыточных, неиспользуемых медных заглушек (т.е. stub'ов) с обратной стороны печатной платы можно устранить резонанс, вызванный заглушками, значительно улучшая S-параметры (вносимые потери и возвратные потери) и обеспечивая плавную передачу высокоскоростных сигналов.
Оптимизированный дизайн антипада: Разработка антипадов (изоляционных областей) соответствующего размера вокруг переходных отверстий в опорных плоскостях (GND/VCC) позволяет точно контролировать характеристический импеданс переходного отверстия, согласуя его с импедансом 100 Ом или 90 Ом дифференциальных пар, тем самым уменьшая разрывы импеданса.
Дизайн в виде капли: Добавление плавных медных переходов (каплевидных) на стыках между контактными площадками и дорожками повышает механическую прочность и улучшает согласование импеданса для высокочастотных сигналов, что крайне важно для общего качества печатных плат материнских плат AI-серверов.

В HILPCB используются передовые инструменты EDA для точного 3D-моделирования электромагнитных полей при производстве высокоскоростных печатных плат (high-speed pcb), оптимизируя структуры переходных отверстий THT-разъемов для клиентов, чтобы обеспечить исключительную целостность сигнала даже при скоростях до 112 Гбит/с/PAM4.

Ключевые моменты для оптимизации целостности высокоскоростных сигналов THT

Контроль длины шлейфа: Для PCIe Gen5 и более высоких скоростей длина шлейфа должна строго контролироваться ниже 10 мил, при этом обратное сверление является стандартным процессом для достижения этой цели.

Непрерывность импеданса: Обеспечьте плавные переходы импеданса по всей линии связи — от шариков BGA, дорожек печатной платы, переходных отверстий, контактов разъемов до дочерних плат — избегая любых резких изменений, превышающих ±7%.

Связь дифференциальных пар: В областях переходных отверстий поддерживайте плотную связь дифференциальных пар путем оптимизации расположения GND-переходных отверстий (Stitching Vias) для подавления синфазного шума.

Выбор материала: Используйте материалы печатных плат со сверхнизкими потерями (например, Megtron 6/7, Tachyon 100G) для минимизации диэлектрических потерь и затухания высокоскоростных сигналов.

### Селективная пайка волной: прецизионное решение для современных печатных плат AI-серверов

Для сложных печатных плат материнских плат AI-серверов для центров обработки данных, которые содержат большое количество SMT-компонентов наряду с несколькими THT-компонентами, традиционные процессы пайки волной подвергают уже установленные SMT-компоненты многократным высокотемпературным ударам, что создает риск термического повреждения. Для решения этой проблемы селективная пайка волной стала инновационным решением.

Селективная пайка волной — это высокоавтоматизированный процесс пайки THT/сквозных отверстий, который использует миниатюрное, точно управляемое паяльное сопло для воздействия только на обозначенные паяные соединения THT. Его основные преимущества включают:

Точный контроль нагрева: Тепло подается точно на целевую область, избегая теплового удара по близлежащим чувствительным SMT-компонентам (таким как BGA и оптические модули), что значительно повышает надежность продукта.
Высокая гибкость: Путем программирования можно установить уникальные параметры пайки (время предварительного нагрева, температура пайки, время контакта) для различных типов THT-компонентов, достигая оптимальных результатов пайки.
Исключительное качество пайки: Автоматизированный процесс обеспечивает согласованность и повторяемость паяных соединений с полным заполнением припоем, эффективно устраняя дефекты ручной пайки. Это ключевая технология для обеспечения качества печатных плат материнских плат AI-серверов.

Производственная линия HILPCB по сквозному монтажу (Through-Hole Assembly) оснащена передовым оборудованием для селективной пайки волной, что позволяет предоставлять клиентам высокоточные и высоконадежные услуги по сборке PCBA со смешанными технологиями.

Целостность питания (PI) и тепловое управление: Двойные преимущества THT

Целостность питания (PI) и тепловое управление в AI-серверах являются взаимосвязанными системными проблемами. Компоненты THT играют двойную роль в решении этих вопросов. С точки зрения PI, объединительная плата служит центральным узлом распределения питания, требуя эффективной и стабильной подачи киловатт мощности на различные вычислительные модули. Силовые разъемы THT, сильноточные клеммы и разъемы Press-fit обеспечивают чрезвычайно низкое сопротивление постоянному току, минимизируя потери I²R. Кроме того, их прочная конструкция может выдерживать электромагнитные силы, генерируемые высокими токами, обеспечивая долгосрочную стабильность соединения.

Для управления тепловым режимом выводы компонентов THT действуют как критические каналы рассеивания тепла. Например, на объединительной печатной плате силовые индукторы и MOSFET модулей VRM передают тепло через выводы THT во встроенные толстые медные слои печатной платы, которые затем равномерно рассеивают тепло по большим плоскостям GND/VCC или передают его на радиаторы шасси. Такая конструкция эффективно снижает рабочие температуры компонентов, повышая эффективность и срок службы силовых модулей.

Токонесущая способность

> 200A

Поддерживается разъем THT

Падение напряжения PDN

< 2%

Оптимизированный путь подачи питания

Тепловое сопротивление

Снижено на 15%

Теплоотвод через THT-выводы

Механическая надежность

Улучшение в 3 раза

По сравнению с SMT-соединениями

Проверка первого образца (FAI): Первая линия защиты для обеспечения качества пайки THT

Для высокоценных, высоконадежных материнских плат AI-серверов даже малейшее производственное отклонение может привести к катастрофическим последствиям. Проверка первого образца (FAI) — это всеобъемлющий и строгий процесс верификации, проводимый на первом изделии или партии продукции перед массовым производством, служащий критически важным шагом в рабочем процессе контроля качества.

Для THT/пайки в отверстия процесс FAI сосредоточен на следующих аспектах:

Точность компонентов: Убедитесь, что номера деталей и спецификации THT-компонентов точно соответствуют BOM (спецификации материалов).
Ориентация установки: Проверьте, правильно ли установлены поляризованные компоненты (например, электролитические конденсаторы, диоды).
Качество пайки: Используйте микроскопы с высоким увеличением, рентгеновское оборудование и другие инструменты для проверки паяных соединений на внешний вид, блеск, смачиваемость, длину выступа штыря и, что наиболее важно, степень заполнения отверстия в соответствии со стандартами IPC-A-610 Класс 3. Для высоконадежных продуктов, таких как AI-серверы, степень заполнения отверстия обычно должна превышать 75%.
Проверка параметров процесса: Подтвердите, соответствуют ли параметры селективной волновой пайки — такие как температурные профили, скорость конвейера и тип сопла — инженерной документации (ECN). Благодаря строгой Первичной инспекции изделия (FAI), HILPCB может выявлять и устранять потенциальные проблемы процесса на ранних этапах массового производства, гарантируя, что каждая поставляемая печатная плата материнской платы AI-сервера для центров обработки данных соответствует самым строгим стандартам качества.

Как система отслеживания/MES обеспечивает полную прослеживаемость процесса для THT-сборки?

В сложном производстве PCBA прослеживаемость является краеугольным камнем исключительного контроля качества и быстрого решения проблем. Система Отслеживания/MES (Manufacturing Execution System) присваивает уникальный серийный номер каждой печатной плате, обеспечивая сквозную запись и мониторинг данных от сырья до готовой продукции.

Для THT/пайки в сквозные отверстия система Отслеживания/MES играет ключевую роль:

Прослеживаемость материалов: Система регистрирует номера партий, данные поставщиков для каждого THT-компонента, а также используемые партии припоя и флюса. В случае возникновения проблем, связанных с материалами, все затронутые продукты могут быть быстро идентифицированы.
Прослеживаемость параметров процесса: Ключевые параметры во время селективной пайки волной – такие как температура предварительного нагрева, температура пайки и время пайки – записываются автоматически. При возникновении дефектов пайки инженеры могут просмотреть эти данные для быстрого выявления первопричины.
Прослеживаемость персонала и оборудования: Идентификаторы операторов и серийные номера оборудования документируются. Это помогает соотнести проблемы с конкретным персоналом или машинами для целенаправленного обучения или обслуживания.
Интеграция данных о качестве: Результаты тестов FAI, AOI, рентгеновского контроля и функциональных испытаний привязываются к серийному номеру печатной платы, создавая полную запись о качестве. Это обеспечивает надежную поддержку данных для непрерывного улучшения процессов и отчетов о качестве для клиентов.

Интеллектуальные производственные мощности HILPCB полностью оснащены передовыми системами Прослеживаемости/MES, предлагая клиентам сквозную прослеживаемость от голых печатных плат до готовых изделий PCBA. Это обеспечивает беспрецедентную прозрачность и надежность на протяжении всего жизненного цикла продукта.

Комплексный сервис сборки HILPCB: Сквозное обеспечение качества от проектирования до поставки

Этап обслуживания	Основные виды деятельности	Меры по обеспечению качества
Анализ DFM/DFA	Обзор конструкции на технологичность/сборность

Оптимизация конструкции контактных площадок и переходных отверстий THT для обеспечения надежности пайки Изготовление печатных плат Производство многослойных, толстомедных, высокоскоростных плат Контроль импеданса, процесс обратного сверления, инспекция AOI/AVI Сборка PCBA Монтаж SMT и пайка THT Инспекция первого образца (FAI), Селективная волновая пайка Контроль качества Полный контроль и тестирование процесса 3D SPI, 3D AOI, Рентген, ICT, FCT Системная интеграция Сборка системы и отслеживаемость Отслеживаемость/MES Общесистемный мониторинг

### Анализ дефектов THT-пайки и стандартов IPC

Несмотря на то, что THT/сквозная пайка является зрелым процессом, она все еще может демонстрировать типичные дефекты, которые влияют на производительность и надежность продукта. Производители должны проводить строгие проверки и контроль процессов в соответствии со стандартом IPC-A-610 («Приемлемость электронных сборок»). Для требовательных приложений, таких как серверы ИИ, обычно соблюдаются стандарты высшего класса 3.

Распространенные дефекты и их последствия:

Холодные паяные соединения: Тусклые, шероховатые поверхности припоя, вызванные недостаточной температурой или продолжительностью. Эти соединения имеют низкую механическую прочность и ненадежные электрические соединения, что потенциально может привести к периодическим сбоям.
Паяные перемычки (Короткие замыкания): Избыток припоя, соединяющий соседние выводы, напрямую вызывая короткие замыкания в цепи.
Плохое смачивание: Припой не образует надлежащего интерметаллического слоя с выводами или стенками отверстия, снижая прочность соединения и проводимость.
Недостаточное заполнение отверстия: Один из наиболее критических показателей THT-пайки. IPC Класс 3 обычно требует ≥75% вертикального заполнения сквозного отверстия. Недостаточное заполнение ослабляет механическую прочность и токонесущую способность. Для систематического предотвращения этих дефектов HILPCB внедряет комплексные меры контроля процессов, включая входной контроль паяемости печатных плат, точное распыление флюса, строгий мониторинг профилей температуры предварительного нагрева и пайки, а также многоуровневые автоматизированные/ручные проверки для обеспечения соответствия каждого THT-соединения стандартам Класса 3.

Get PCB Quote

Заключение: Мастерский процесс THT — основа высокопроизводительных серверов ИИ

В заключение, THT/пайка в сквозные отверстия далеко не устарела. В стремлении к экстремальной производительности и надежности для серверов ИИ она остается незаменимым процессом благодаря своим уникальным преимуществам в механической прочности, обработке высоких токов и тепловом управлении. Однако успешное применение в передовых материнских платах серверов ИИ для центров обработки данных, несущих PCIe Gen6 и другие высокоскоростные сигналы, требует передовых оптимизаций дизайна (например, обратное сверление), точных производственных технологий (например, селективная волновая пайка) и строгих систем обеспечения качества (например, контроль первого образца (FAI) и системы отслеживания/MES). Выбор партнера, который понимает как принципы проектирования высокоскоростных печатных плат, так и обладает превосходными производственными и сборочными возможностями, имеет решающее значение. HILPCB стремится предоставлять комплексные услуги от оптимизации дизайна печатных плат, высококачественного производства голых плат до высоконадежной сборки PCBA, помогая клиентам решать серьезные проблемы, вызванные эрой ИИ, и гарантируя, что их продукция выделяется на жестко конкурентном рынке. Наша приверженность превосходству в качестве печатных плат материнских плат серверов ИИ пронизывает каждый этап производства.