PCB de Serveur EPYC

PCB de serveur EPYC : définition, portée et à qui s'adresse ce guide

Une PCB de serveur EPYC est la carte de circuit imprimé spécialisée conçue pour héberger les processeurs de la série AMD EPYC™ (tels que Genoa, Bergamo ou Turin). Contrairement aux cartes de bureau standard ou aux cartes de serveur d'entrée de gamme, ces PCB doivent prendre en charge des capacités d'E/S massives, y compris jusqu'à 128 voies PCIe, 12 canaux de mémoire DDR5 et des réseaux de distribution d'énergie capables de maintenir 300W à 400W+ TDP par socket. La complexité réside dans la gestion de l'intégrité du signal pour PCIe Gen 5.0 (et la future Gen 6.0) tout en maintenant la stabilité thermique sur une grande surface.

Ce guide couvre le processus complet d'approvisionnement et de validation technique pour ces cartes haute performance. Il va au-delà des notes de fabrication de base pour aborder les défis spécifiques de l'écosystème de socket SP5, des empilements à grand nombre de couches et de la sélection de matériaux à très faible perte. Nous nous concentrons sur la fabrication physique de la carte (carte nue) et les contraintes d'assemblage critiques qui influencent le rendement.

Ce guide est destiné aux ingénieurs hardware, aux ingénieurs en intégrité du signal (SI) et aux responsables des achats qui passent du prototype à la production pilote ou de masse. Si vous êtes responsable de l'approvisionnement en matériel fiable pour les centres de données, les clusters HPC ou les unités de calcul en périphérie, ce guide fournit le cadre technique et commercial pour minimiser les risques.

Quand utiliser une PCB de serveur EPYC (et quand une approche standard est préférable)

Comprendre les exigences architecturales spécifiques de la plateforme AMD aide à déterminer quand un processus de fabrication spécialisé à haute vitesse est strictement nécessaire par rapport à quand un processus de serveur standard suffit.

Utilisez un processus de fabrication de PCB de serveur EPYC dédié lorsque :

Virtualisation à grand nombre de cœurs : Vous déployez des systèmes à double socket où la communication inter-socket (Infinity Fabric) nécessite une adaptation d'impédance précise pour éviter la corruption des données.
Charges de travail IA et HPC : Vous construisez un PCB de serveur IA qui intègre plusieurs accélérateurs GPU. La portée du signal PCIe Gen 5.0 nécessite des matériaux à très faible perte et un backdrilling pour minimiser la réflexion du signal.
Stockage haute densité : La conception utilise les 128 voies PCIe pour le stockage NVMe, nécessitant des interconnexions haute densité (HDI) pour extraire les signaux de l'énorme socket SP5 LGA.
Extrêmes thermiques : Le châssis du serveur est un PCB de serveur 1U compact où le flux d'air est restreint, exigeant des couches de cuivre épaisses (2oz ou 3oz) pour une distribution d'énergie efficace sans surchauffe.

Optez pour un processus standard ou de spécification inférieure lorsque :

Architectures héritées : Vous utilisez des processeurs d'ancienne génération (par exemple, Naples) où les vitesses PCIe Gen 3.0 ne nécessitent pas de backdrilling avancé ni de matériaux exotiques.
Nœuds Edge à faible consommation : Vous concevez une carte d'entrée de gamme à socket unique qui n'utilise pas toute la bande passante mémoire ou la capacité d'E/S.
Usage général sensible aux coûts : Vous comparez avec un PCB de serveur ARM d'entrée de gamme pour l'hébergement web basique, où les vitesses de signal ne poussent pas les limites des matériaux FR-4.

Spécifications du PCB de serveur EPYC (matériaux, empilement, tolérances)

Pour éviter que les requêtes d'ingénierie (EQ) ne bloquent votre production, vous devez définir des paramètres spécifiques qui s'alignent sur les besoins électriques et mécaniques de la plateforme EPYC.

Nombre de couches et empilement :
- Cible : 12 à 26 couches.
- Exigence : Empilement symétrique pour éviter la déformation. Dédier des couches spécifiques aux signaux haute vitesse, prises en sandwich entre des plans de masse.
Matériau de base (Stratifié) :
- Cible : Ultra-faible perte ou Super faible perte.
- Spécificités : Panasonic Megtron 6, Megtron 7 ou Isola Tachyon 100G. Le FR-4 standard est généralement insuffisant pour des longueurs de trace PCIe Gen 5.0 supérieures à 5-7 pouces.
Poids du cuivre :
- Cible : 1oz (signal interne), 2oz+ (plans d'alimentation).
- Exigence : Les processeurs EPYC ont des transitoires de courant élevés. Assurez-vous que les plans d'alimentation peuvent gérer une livraison de 300A+ sans chute de tension excessive (chute IR).
Contrôle d'impédance :
- Cible : Paires différentielles de 85Ω ou 100Ω (PCIe, DDR5, USB).
- Tolérance : Une tolérance stricte de ±5% ou ±7% est requise. La tolérance standard de ±10% est souvent trop lâche pour une signalisation à 32 GT/s.
Rétroperçage (Perçage à profondeur contrôlée) :
- Cible : Tronçons < 10 mils (0,25 mm).
Exigence : Essentiel pour toutes les vias haute vitesse afin d'éliminer la longueur de barillet inutilisée qui agit comme une antenne, provoquant une résonance du signal.
Finition de surface :
- Cible : ENIG (Nickel Chimique Or Immersion) ou OSP (Protecteur de Soudabilité Organique).
- Exigence : Doit fournir une surface parfaitement plane pour le grand socket LGA SP5 et les composants BGA à pas fin. Le HASL n'est pas acceptable.
Technologie des vias :
- Cible : Vias traversantes, aveugles et enterrées.
- Exigence : Capacité de rapport d'aspect de 12:1 ou plus pour accueillir des cartes épaisses (2,4 mm - 3,0 mm) nécessaires à la rigidité.
Déformation / Cambrure et Torsion :
- Cible : < 0,5 % (IPC Classe 3 préférée).
- Exigence : Critique pour le grand socket LGA. Une déformation excessive entraîne des connexions ouvertes sur les broches du processeur.
Fiabilité thermique :
- Cible : Tg > 170°C, Td > 340°C.
- Exigence : Le matériau doit résister à plusieurs cycles de refusion (côté supérieur, côté inférieur, reprise) sans délaminage.
Propreté :
- Cible : Contamination ionique < 1,56 µg/cm² (équivalent NaCl).
- Exigence : Prévient la migration électrochimique (croissance dendritique) dans les environnements de centres de données à haute tension et forte humidité.

Risques de fabrication des PCB de serveurs EPYC (causes profondes et prévention)

Le passage d'un prototype fonctionnel à un lot de plus de 1 000 unités introduit de la variabilité. Voici les risques spécifiques pour les cartes de classe EPYC et comment les atténuer. 1. Croissance de filaments anodiques conducteurs (CAF)

Risque : Courts-circuits électriques se formant entre les vias ou les pistes le long des faisceaux de fibres de verre à l'intérieur du matériau du PCB.
Causes : Haute densité de tension dans les cartes de serveur combinée à l'humidité et aux cycles thermiques.
Détection : Test de résistance d'isolation haute tension.
Prévention : Spécifier des matériaux "résistants au CAF" et assurer des ratios verre-résine appropriés. Concevoir avec un espacement mur-à-mur adéquat entre les vias.

2. Cratering des pastilles sous le socket SP5

Risque : La pastille de cuivre se sépare de la résine du PCB, rompant la connexion.
Causes : La force de serrage massive du refroidisseur et du socket EPYC crée des contraintes mécaniques lors de la manipulation ou des vibrations.
Détection : Tests de teinture et de décollement (dye-and-pry) ou sectionnement après des tests de choc mécanique.
Prévention : Utiliser le "corner bonding" ou l'underfill sur les BGA. Utiliser des systèmes de résine avec une ténacité à la rupture plus élevée. Ajouter des "larmes" (teardrops) aux jonctions pastille-piste.

3. Perte d'intégrité du signal due à l'effet de tissage

Risque : Les paires différentielles haute vitesse subissent un décalage (désynchronisation temporelle) car une piste passe sur des faisceaux de verre et l'autre sur de la résine.
Causes : La constante diélectrique (Dk) du verre diffère de celle de la résine. À 32 GT/s, ce désaccord est fatal pour les marges de synchronisation.
Détection : TDR (Réflectométrie dans le domaine temporel) montrant des variations d'impédance ; effondrement du diagramme de l'œil.
Prévention : Utilisez des styles de "verre étalé" (par exemple, 1067, 1078) où les fibres sont aplaties. Faites pivoter le tracé (routage en zigzag) de 10 degrés par rapport au tissage.

4. Fatigue des trous traversants métallisés (PTH)

Risque : Fissures du barillet dans les vias, entraînant des circuits ouverts intermittents.
Cause : Les PCB épais se dilatent dans l'axe Z pendant les cycles thermiques. Si le placage de cuivre est trop fin ou cassant, il se rompt.
Détection : Test de contrainte d'interconnexion (IST).
Prévention : Spécifiez une épaisseur minimale de placage de cuivre de 25 µm (1 mil) en moyenne, sans aucune lecture inférieure à 20 µm.

5. Erreurs de profondeur de défonçage

Risque : Le perçage n'est pas assez profond (laissant un moignon) ou va trop loin (coupant la connexion active).
Cause : Variation de l'épaisseur de la carte sur le panneau.
Détection : Inspection aux rayons X des trous défoncés ; test TDR.
Prévention : Utilisez des machines de perçage à profondeur contrôlée qui détectent les couches de cuivre. Définissez une zone spécifique "à couper absolument" et "à ne pas couper" dans le dessin de fabrication.

6. Décalages d'enregistrement du masque de soudure

Risque : Le masque de soudure monte sur les pastilles (mauvaise soudure) ou expose le cuivre adjacent (pontage).
Cause : Mise à l'échelle/retrait du matériau lors de la stratification de grands panneaux.
Détection : Inspection Optique Automatisée (AOI).
Prévention : Utilisez l'imagerie directe laser (LDI) pour l'application du masque de soudure, qui s'adapte dynamiquement aux dimensions réelles du panneau. 7. Discontinuité d'impédance aux transitions de couche
Risque : Réflexion du signal lorsqu'une piste passe d'une couche interne à une couche externe.
Pourquoi cela se produit : Mauvaise conception des vias ou manque de vias de raccordement à la masse.
Détection : Test TDR.
Prévention : Simuler les transitions de via dans des solveurs de champ 3D. Placer des vias de raccordement à la masse près des vias de signal pour maintenir le chemin de retour.

8. Le gauchissement empêchant l'assemblage SMT

Risque : La carte n'est pas plate, ce qui provoque le soulèvement du socket SP5 ou des grands BGA pendant le refusion (défauts "Head-in-Pillow").
Pourquoi cela se produit : Distribution de cuivre déséquilibrée ou profil de durcissement incorrect.
Détection : Mesure par Moiré d'ombre.
Prévention : Équilibrer la couverture de cuivre sur toutes les couches. Utiliser un cycle de laminage "à faible contrainte". Utiliser des palettes pendant l'assemblage si nécessaire.

Validation et acceptation des PCB de serveur EPYC (tests et critères de réussite)

Ne vous fiez pas uniquement au certificat de conformité (CoC) du fabricant. Mettez en œuvre un plan de validation qui prouve que la carte peut survivre au cycle de vie du serveur.

1. Analyse par microsection (coupons)

Objectif : Vérifier l'intégrité de la structure interne.
Méthode : Coupons de qualité en coupe transversale provenant du bord du panneau.
Critères : Pas de délaminage, pas de retrait de résine, épaisseur de placage > 25µm, enregistrement correct des couches.

2. Test de contrainte d'interconnexion (IST)

Objectif : Test de durée de vie accéléré pour les vias.
Méthode : Cycler les coupons entre la température ambiante et 150°C pendant plus de 500 cycles.
Critères : Changement de résistance < 10 %. Pas de fissures dans les barillets.

3. Test d'impédance TDR

Objectif : Vérifier les spécifications d'intégrité du signal.
Méthode : Tester 100 % des coupons d'impédance ; vérifier ponctuellement les cartes réelles si la conception le permet.
Critères : Toutes les paires différentielles dans la tolérance spécifiée (par exemple, 85 Ω ±5 %).

4. Test de contamination ionique (ROSE)

Objectif : Assurer la propreté de la carte.
Méthode : Test de résistivité de l'extrait de solvant (ROSE).
Critères : < 1,56 µg/cm² équivalent NaCl.

5. Test de soudabilité

Objectif : S'assurer que les pastilles accepteront la soudure lors de l'assemblage.
Méthode : Test d'immersion et d'inspection visuelle / Test d'équilibre de mouillage.
Critères : > 95 % de couverture de la pastille avec de la soudure fraîche.

6. Contrainte thermique (Flottement dans la soudure)

Objectif : Simuler la survie au refusion.
Méthode : Faire flotter l'échantillon dans un pot de soudure à 288 °C pendant 10 secondes (3x).
Critères : Pas de cloques, de taches ou de délaminage.

7. Test de haute tension (Hi-Pot)

Objectif : Vérifier l'isolation entre l'alimentation et la masse.
Méthode : Appliquer une haute tension (par exemple, 500 V-1000 V) entre les réseaux.
Critères : Pas de courant de fuite dépassant la limite ; pas de claquage.

8. Vérification dimensionnelle

Objectif : Assurer l'ajustement mécanique dans le châssis (1U/2U/4U).
Méthode : MMT (Machine à Mesurer Tridimensionnelle).
Critères : Dimensions du contour, emplacements des trous et tailles des fentes dans une tolérance de ±0,1 mm.

Liste de contrôle de qualification des fournisseurs de PCB pour serveurs EPYC (RFQ, audit, traçabilité)

Lors de l'évaluation d'un fournisseur de PCB pour serveurs EPYC, les capacités générales ne suffisent pas. Utilisez cette liste de contrôle pour filtrer les compétences en matière de haute fiabilité. APTPCB (APTPCB PCB Factory) recommande d'utiliser ces critères spécifiques pour évaluer tout partenaire potentiel.

Groupe 1 : Données d'entrée RFQ pour PCB de serveurs EPYC (Ce que vous devez fournir)

Fichiers Gerber/ODB++ : Sont-ils complets avec toutes les couches de cuivre, de perçage et de masque ?
Dessin d'empilement : Spécifie-t-il les matériaux diélectriques par leur nom (par exemple, Megtron 6) et leur épaisseur ?
Tableau d'impédance : Les lignes cibles sont-elles clairement identifiées par couche et largeur ?
Tableau de perçage : Les trous défoncés sont-ils explicitement identifiés avec les exigences de profondeur ?
Netlist : La netlist IPC-356 est-elle incluse pour la comparaison des tests électriques ?
Panélisation : Les rails et les repères de positionnement sont-ils définis pour votre ligne d'assemblage ?
Exigence de classe : La classe IPC 2 ou la classe IPC 3 est-elle clairement indiquée ?
Finition de surface : L'épaisseur spécifique ENIG/OSP est-elle définie ?

Groupe 2 : Preuve de capacité pour PCB de serveurs EPYC (Demandez au fournisseur)

Nombre de couches : Peuvent-ils fabriquer plus de 20 couches en interne sans sous-traitance ?
Rapport d'aspect : Peuvent-ils plaquer un via avec un rapport d'aspect de 12:1 ou 15:1 de manière fiable ?
Contre-perçage : Disposent-ils d'un perçage automatisé à profondeur contrôlée avec vérification par rayons X ?
LDI : Utilisent-ils l'imagerie directe laser (LDI) pour l'enregistrement du masque de soudure ?
Stock de matériaux: Stockent-ils des stratifiés haute vitesse (Megtron/Tachyon) ou achètent-ils sur demande ? (affecte le délai de livraison).
Précision de l'impédance: Peuvent-ils garantir une tolérance de ±5% ?

Groupe 3: Système Qualité & Traçabilité

Certifications: Détiennent-ils les certifications ISO 9001 et UL pour la combinaison empilement/matériau spécifique ?
AOI: L'inspection optique automatisée (AOI) est-elle effectuée sur chaque couche interne ?
ET: Le test électrique à 100% (sonde volante ou lit d'aiguilles) est-il obligatoire ?
Microsectionnement: Effectuent-ils des microsections sur chaque panneau de production ?
Traçabilité: Peuvent-ils tracer une carte spécifique jusqu'au lot de matière première et au cycle de presse de laminage ?
Âge de l'équipement: L'équipement de laminage et de perçage est-il suffisamment moderne pour un travail de haute précision ?

Groupe 4: Contrôle des Changements & Livraison

Politique de PCN: Acceptent-ils de fournir une notification de changement de produit (PCN) avant de modifier les matériaux ou la chimie ?
Gestion des EQ: Ont-ils des ingénieurs CAM anglophones pour résoudre rapidement les requêtes d'ingénierie (EQ) ?
Capacité: Ont-ils une capacité de réserve pour gérer votre montée en puissance de 50 à 5 000 unités ?
Emballage: Utilisent-ils un emballage scellé sous vide, antistatique (ESD) avec des cartes indicatrices d'humidité ?
Support DFA: Peuvent-ils fournir des retours sur les risques d'assemblage (par exemple, espacement des composants) ?
Logistique: Ont-ils de l'expérience dans l'expédition de cartes à cuivre épais sans dommage ?

Comment choisir une carte PCB de serveur EPYC (compromis et règles de décision)

L'ingénierie est l'art du compromis. Voici comment naviguer parmi les compromis courants dans la conception de PCB de serveurs EPYC.

1. Coût du matériau vs. Perte de signal

Compromis : Le Megtron 7 est nettement plus cher que le FR4 High-Tg standard.
Conseil : Si votre trace PCIe Gen 5 la plus longue est < 4 pouces, vous pourriez vous en sortir avec un matériau à perte moyenne (comme l'Isola 370HR) si vous simulez attentivement. Si les traces dépassent 5-6 pouces, choisissez Megtron 6/7. Le coût du matériau est inférieur au coût d'un serveur non fonctionnel.

2. Densité vs. Nombre de couches

Compromis : L'utilisation de HDI (Microvias) réduit le nombre de couches mais augmente la complexité du processus et les coûts.
Conseil : Si vous êtes contraint par la hauteur Z (par exemple, un serveur lame dense), choisissez le HDI. Si vous disposez d'espace vertical (carte PCB de serveur 2U standard ou PCB de serveur 4U), choisissez un nombre de couches plus élevé avec des trous traversants. C'est généralement plus robuste et moins cher pour les faibles volumes.

3. Rétroperçage vs. Vias borgnes

Compromis : Le rétroperçage élimine les stubs des trous traversants ; les vias borgnes évitent entièrement les stubs mais sont plus difficiles à laminer séquentiellement.
Conseil : Pour les cartes mères de serveurs standard, choisissez le rétroperçage. C'est la norme industrielle pour les cartes EPYC et c'est plus rentable que les multiples cycles de laminage séquentiels requis pour les vias borgnes profonds.

4. Finition de surface OSP vs. ENIG

Compromis : L'OSP est plus plat et moins cher mais a une durée de conservation plus courte. L'ENIG est robuste mais peut souffrir du "Black Pad" s'il est mal traité.
Recommandation : Pour les grands sockets BGA (SP5), choisissez l'OSP si vous contrôlez strictement le calendrier d'assemblage. Il offre la meilleure coplanarité. Si les cartes doivent être stockées pendant des mois avant l'assemblage, choisissez l'ENIG.

5. Conception thermique 1U vs 4U

Compromis : Les conceptions de PCB de serveur 1U ont une résistance élevée au flux d'air ; les conceptions de PCB de serveur 4U ont amplement d'espace.
Recommandation : En 1U, privilégiez les couches internes en cuivre épais pour diffuser la chaleur latéralement. En 4U, vous pouvez davantage compter sur les dissipateurs thermiques et le flux d'air, ce qui permet des poids de cuivre standard.

FAQ sur les PCB de serveur EPYC (La constante diélectrique (DK)/Df)

Q : Quelle est la taille maximale de carte pour un PCB de serveur EPYC ? R : La plupart des fabricants peuvent gérer jusqu'à 24" x 30", mais les facteurs de forme standard E-ATX ou SSI EEB sont les plus courants. APTPCB peut accueillir des fonds de panier surdimensionnés si nécessaire.

Q : Ai-je vraiment besoin d'un contre-perçage pour PCIe Gen 4 ? R : Pour la Gen 4, c'est recommandé mais parfois facultatif selon la longueur de la trace. Pour PCIe Gen 5 (standard sur la série EPYC 9004), le contre-perçage est obligatoire pour réduire la résonance des stubs.

Q : Comment éviter le gauchissement sur une carte aussi grande ? R : Utilisez un empilement strictement symétrique (équilibre du cuivre et épaisseur diélectrique). Assurez-vous que la teneur en résine est uniforme. Pendant l'assemblage, utilisez un gabarit/palette pour soutenir la carte. Q: Puis-je utiliser du FR4 standard pour les couches externes et du Megtron pour les couches internes ? A: Oui, cela s'appelle un "empilement hybride" (Hybrid Stackup). Cela permet de réduire les coûts. Cependant, cela nécessite une gestion attentive des déséquilibres de CTE (Coefficient de Dilatation Thermique) pour éviter le délaminage.

Q: Quel est le délai de livraison typique pour ces cartes ? A: Les prototypes prennent généralement 10 à 15 jours en raison des étapes complexes de laminage et de contre-perçage. La production en volume est généralement de 4 à 5 semaines.

Q: Le socket SP5 nécessite-t-il un renforcement spécial du PCB ? A: Oui. Une plaque arrière est toujours utilisée, mais le PCB lui-même doit avoir une épaisseur suffisante (généralement 2,4 mm ou environ 93 mils) pour supporter la pression de montage sans fléchir.

Q: Combien de couches sont typiques pour une carte EPYC à double socket ? A: Une conception à double socket nécessite généralement 16 à 24 couches pour acheminer avec succès tous les canaux DDR5 et les voies PCIe.

Q: Quelle est la taille de perçage minimale pour ces cartes épaisses ? A: En raison du rapport d'aspect élevé (épaisseur de la carte par rapport au diamètre du trou), essayez de maintenir les perçages mécaniques au-dessus de 0,25 mm (10 mils) si possible. 0,2 mm (8 mils) est possible mais augmente les coûts et le risque de vides de placage.

Ressources pour les PCB de serveurs EPYC (pages et outils connexes)

Solutions de PCB pour serveurs et centres de données: Explorez les capacités spécifiques pour l'informatique haute performance et l'infrastructure de stockage.
Fabrication de PCB haute vitesse: Une plongée approfondie dans l'intégrité du signal, le contrôle d'impédance et la sélection des matériaux pour les applications haute fréquence.
Matériaux PCB Megtron: Comprenez pourquoi Panasonic Megtron est la référence pour les conceptions PCIe Gen 5 et Gen 6.
Technologie PCB HDI: Découvrez comment les interconnexions haute densité (HDI) permettent le routage d'un grand nombre de broches BGA dans les environnements de serveurs.
Fabrication de PCB de fond de panier: Passez en revue les techniques spécialisées utilisées pour les cartes épaisses à grand nombre de couches qui servent de colonne vertébrale aux châssis de serveurs.

Demander un devis pour un PCB de serveur EPYC (revue DFM + tarification)

Obtenir un devis précis pour un PCB de serveur EPYC nécessite plus que de simples dimensions. Pour garantir que votre conception est fabricable et optimisée en termes de coûts, nous offrons une revue DFM (Design for Manufacturability) gratuite avec chaque demande.

Ce qu'il faut envoyer pour un devis précis :

Fichiers Gerber (RS-274X) ou ODB++ : L'ensemble de données complet.
Diagramme d'empilement : Incluant les types de matériaux (par exemple, Megtron 7) et les exigences d'impédance.
Fichier de perçage : Indiquant clairement les emplacements de contre-perçage.
Volume et délai : Quantité de prototypes vs. objectifs de production.

Cliquez ici pour télécharger vos fichiers et obtenir un devis d'APTPCB. Notre équipe d'ingénieurs examinera votre empilement pour détecter les risques d'intégrité du signal et fournira une ventilation détaillée des coûts dans les 24 heures.

Conclusion : Prochaines étapes pour les PCB de serveur EPYC

Le déploiement réussi d'un PCB de serveur EPYC nécessite de naviguer dans un paysage complexe de physique de l'intégrité du signal, de science des matériaux et de contraintes mécaniques. En définissant des spécifications strictes pour les matériaux et le backdrilling, en comprenant les risques de mise à l'échelle comme le CAF et le gauchissement, et en validant rigoureusement votre fournisseur, vous pouvez assurer une base stable pour votre infrastructure haute performance. Ce guide vous servira de feuille de route pour garantir que le matériel que vous acquérez correspond à l'incroyable potentiel du silicium qu'il prend en charge.