目前臺灣PCB產(chǎn)業(yè)除了積極轉(zhuǎn)型智慧製造節(jié)能以減碳之外，還須善用2024年上半年仍受惠於AI需求帶動出口好轉(zhuǎn)的契機(jī)，驅(qū)動AI伺服器供應(yīng)鏈加工技術(shù)與材料革新開源，成為確保PCB產(chǎn)值能穩(wěn)定成長的關(guān)鍵。

回顧自2023年生成式AI浪潮席捲世界以來，若從臺廠最擅長的硬體供應(yīng)鏈角度來看最重要的設(shè)備，無疑是專為處理複雜的AI運(yùn)算、訓(xùn)練及推論任務(wù)而設(shè)計的AI伺服器，不僅驅(qū)動了世界各地的雲(yún)端服務(wù)業(yè)者（CSP）紛紛藉此擴(kuò)大業(yè)務(wù)，帶來強(qiáng)勁的市場需求，並尋求與臺灣等供應(yīng)鏈夥伴緊密合作。

圖一 : AI伺服器不僅驅(qū)動了世界各地的雲(yún)端服務(wù)業(yè)者紛紛藉此擴(kuò)大業(yè)務(wù)，帶來強(qiáng)勁的市場需求，並尋求與臺灣等供應(yīng)鏈夥伴緊密合作。

臺灣身為全球主要的伺服器代工重鎮(zhèn)，在AI伺服器出貨中占近9成比重，美系伺服器品牌商全部仰賴臺廠代工，陸系品牌則有近7成伺服器由臺灣生產(chǎn)，尤值得深入觀察臺灣PCB產(chǎn)品在伺服器應(yīng)用的產(chǎn)值表現(xiàn)。

依工研院IEK估計2024年全球伺服器出貨量將達(dá)到1,410萬臺，年成長5.2%；其中AI伺服器成長84.7%，預(yù)估出貨量為219萬臺、整體市占率約15.5%，將成為市場規(guī)模主要驅(qū)動力，將以複合年均成長率（CAGR）22%的速度迅速擴(kuò)張；同時提高產(chǎn)品單價和價值，已對整體伺服器產(chǎn)值造成明顯影響。

臺廠雖然在AI伺服器的表面黏著（SMT）、組裝（PCBA）技術(shù)和量產(chǎn)實(shí)力上具有競爭優(yōu)勢，但因?yàn)榻陙鞟I技術(shù)快速發(fā)展，不僅帶動伺服器和相關(guān)硬體市場成長，也對PCB市場造成新挑戰(zhàn)和機(jī)遇，於高階供應(yīng)鏈的自主程度上仍有改善空間。

據(jù)統(tǒng)計2023年臺灣伺服器PCB主要以多層板占比56%為主，其次是載板（33%）、HDI（11%），金像電為臺灣最大的伺服器PCB供應(yīng)商，還有健鼎、瀚宇博德、博智等業(yè)者共同參與此市場；載板則是欣興、南電和景碩，並列全球10大載板製造商，均可供應(yīng)核心的ABF載板。

尤其是針對AI伺服器的高密度構(gòu)裝基板，必須具備高速運(yùn)算、傳輸並確保準(zhǔn)確與穩(wěn)定性，未來將朝向「線路/孔徑微縮」、「基板面積放大」發(fā)展。從而分別透過超多層電路載板HDI、高頻高速PCB材料Ultra Low Loss、矽光子等多樣技術(shù)齊頭並進(jìn)，以提高數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)元件之間的傳輸速度和效率，從而降低損耗。

圖二 : 臺廠雖然在AI伺服器的表面黏著（SMT）、組裝（PCBA）技術(shù)和量產(chǎn)實(shí)力上具有競爭優(yōu)勢，但在高階供應(yīng)鏈的自主程度上仍有改善空間。（攝影：陳念舜）

應(yīng)對先進(jìn)封裝技術(shù)　高頻高速載板滿足三力需求

工研院IEK研究員張淵菘進(jìn)一步指出，倘若拆解目前AI伺服器PCB的成本清單，可見扮演核心零組件角色的GPU模組，約占整體PCB成本80%；並伴隨著AI算力需求不斷成長，推進(jìn)異質(zhì)整合封裝技術(shù)、ABF載板需求穩(wěn)步成長。因目前新一代伺服器GPU的ABF載板面積與層數(shù)規(guī)格的設(shè)計皆有所提升，也使之需求量平均增加了33%~39%。

藉此滿足所需「運(yùn)算力」，關(guān)鍵PCB要素為ABF載板、玻璃基板；「傳輸力」，代表數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)元件之間傳輸?shù)乃俣群托?，關(guān)鍵PCB要素是須利用多層、高頻高速PCB材料或矽光子模組；「散熱力」，則是克服AI運(yùn)算往往會產(chǎn)生高熱量，須能有效散出，才能避免性能下降，甚至損壞硬體。

其中為了處理龐大的數(shù)據(jù)流量，AI伺服器對資料傳遞速率和頻寬有極高需求，在高速傳輸過程中，還須確保訊號的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。主導(dǎo)了高頻高速PCB的技術(shù)發(fā)展趨勢，用來處理高階數(shù)據(jù)和運(yùn)算等任務(wù)；同時推動了PCB產(chǎn)業(yè)封裝用的ABF載板設(shè)計朝向大面積、多層數(shù)、細(xì)線路等方向演化，以容納更多電晶體與I/O數(shù)量、佈線密度等相關(guān)先進(jìn)封裝技術(shù)。

同時考量銅箔基板、新疊構(gòu)設(shè)計和高階算力需求等因素，彼此連接CPU、GPU；並分別以高階HDI製作GPU加速卡、HLC（High Layer Count高階多層板）製作GPU主板，用來促進(jìn)高頻高速PCB市場成長。

HDI具備的輕薄小巧特性，不僅有助於提升佈線密度、降低產(chǎn)品體積和重量，還能有效利用組裝空間；同時透過更高層數(shù)及更細(xì)的線寬線距設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)更快的訊號傳輸與更小的訊號損失，通常應(yīng)用於汽車?yán)走_(dá)、衛(wèi)星天線等系統(tǒng)。

且隨著算力需求日益增加，AI伺服器未來將有機(jī)會擴(kuò)大HDI設(shè)計的比例。PCB層數(shù)更多，如OAM便採用5-8-5、5-10-5疊構(gòu)設(shè)計的五階多層HDI，以改善訊號品質(zhì)與可靠性，並應(yīng)對I/O數(shù)量的增加，須進(jìn)一步提高布線密度。

HLC則主要用於伺服器的主機(jī)板、地面站的天線系統(tǒng)、發(fā)射器、接收器等，且為了滿足高效低損耗的訊號傳輸需求，HLC在加工方面還會採用「Back Drill背鑽」的鑽孔技術(shù)，透過鑽孔移除Via Stub（未發(fā)揮連接或傳輸功能的通孔段），以有效減少造成的寄生電感與電容對系統(tǒng)的不利影響，避免在高速傳輸中可能引起反射、散射、延遲等干擾，從而提高整體訊號完整性。

但由於背鑽不能將通孔完全去除，必須保留可用的導(dǎo)通段，所以鑽孔設(shè)備需要具備優(yōu)秀的深度控制（±75μm）與鑽孔精度（D+150μm）。近來由臺灣網(wǎng)通設(shè)備廠新漢、工研院電光所與材化所、PCB大廠高技、材料廠臺燿組成A+國家隊，提出一種新疊構(gòu)設(shè)計來提升訊號完整性。包含採用極低損PCB材料（Extreme Low Loss；ELL）、創(chuàng)新的低雜訊同軸貫通孔（Low-Noise Coaxial Via；LCV）與超低損連接埠（Super Low Loss Connective-Bus）等技術(shù)。有別於傳統(tǒng)由端子組成的高速連接器，往往難以提供高穩(wěn)定、低耗損的效能，而是顯著提升了阻抗控制功能、降低插入損失及近場、遠(yuǎn)場串?dāng)_（Near-End/Far-End Crosstalk）效應(yīng)。

目前所稱新一代AI硬體先進(jìn)封裝解決方案，則包含矽光子（Silicon Photonics）領(lǐng)域，配合CPO（共同封裝光學(xué)元件），將光學(xué)和電子晶片整合於同一封裝模組內(nèi)，藉此縮短元件之間的距離，減少光子傳輸?shù)挠嵦枔p耗，預(yù)估矽光子市場從2022年~2030年126億美元增至786億美元的，CAGR為25.7%?？梢灶A(yù)見一旦配合矽光子CPO模組時，載板面積將會再擴(kuò)大，以適應(yīng)矽光子的封裝需求；並迎合元件逐步整合及光模組微型化等趨勢，底部PCB將朝向縮小面積或簡化設(shè)計等趨勢發(fā)展。

另有新一代玻璃基板（Glass Core）封裝方案，則強(qiáng)調(diào)具有優(yōu)異的低介電常數(shù)與熱膨脹係數(shù)、更平滑的介面，細(xì)線路製作更穩(wěn)定等特性，可用來解決現(xiàn)有載板材料在處理上億顆規(guī)模的電晶體封裝時，所面臨能耗、膨脹和翹曲等問題。未來更有望成為FC-BGA載板核心材料的替代品，將應(yīng)用於伺服器CPU、加速器晶片等，特別適用於尺寸在110mmx110mm以上的大型載板需求。

圖三 : 配合矽光子CPO模組發(fā)展，可以預(yù)見載板面積將會再擴(kuò)大，並迎合元件逐步整合及光模組微型化等趨勢，底部PCB將往縮小面積或簡化設(shè)計等趨勢發(fā)展。（攝影：陳念舜）

PCB材料後勢看好　強(qiáng)化創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計與研發(fā)競爭力

此外，目前AI伺服器PCB常用的高頻高速銅箔基板（CCL），係由銅箔與經(jīng)樹脂含浸後之基材（如絕緣紙、玻璃纖維布等）疊合而成，為製造PCB的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。又可分為：玻璃纖維板（FR-4）、陶瓷基板（Ceramic Substrate）與氟系材料聚四氟乙烯（PTFE），或稱鐵氟龍（Teflon），再依Df（耗散係數(shù)越小，表示該材料對訊號傳輸?shù)膿p失越少），細(xì)分為：very low loss、ultra low low loss、super low loss等不同材料等級。

臺灣供應(yīng)銅箔基板的上游廠商眾多，且硬式、軟性基板皆有布局，直接外銷比重約占6成。依財政部統(tǒng)計按基材種類區(qū)分，臺灣銅箔基板出口以玻璃纖維環(huán)氧樹脂為襯料者占逾半數(shù)（55%）；其次為生產(chǎn)軟板的聚醯亞氨，約占3成；相對低階的酚樹脂，則占1成。2024年隨著AI等創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展，景氣逐步改善、銅價波動等趨勢，有望終止連2年下滑，推升1~7月以新臺幣計算產(chǎn)值成長16.0%，以美元計1-8月出口值年增2成。

其中very low loss（M6）材料Df範(fàn)圍約0.004~0.005，是目前應(yīng)用最廣泛的高頻高速CCL材料，例如在400G/800G網(wǎng)通設(shè)備、AI伺服器等產(chǎn)品。並考慮在GPU內(nèi)部互相高速傳輸要求下，主板選用的銅箔基板規(guī)格也從泛用型的Low loss，提升至高階高頻高速的ultra low low loss等級（M7），材料價格約增28%。

其中高速PCB可在高速傳輸時表現(xiàn)出更好的訊號完整性和抗干擾能力，其應(yīng)用範(fàn)圍涵括MHz~GHz，並為了能有效抑制電磁干擾（EMI），傾向選用較厚板及等長性線路設(shè)計；常見選用的材料，為FR4、PI等，廣泛應(yīng)用於電腦、伺服器主機(jī)板及工業(yè)控制儀器等領(lǐng)域。

在高頻工作環(huán)境下，應(yīng)用頻率範(fàn)圍通常在1GHz以上，則一般採取細(xì)線路設(shè)計、板厚也相對較薄，可展現(xiàn)出優(yōu)異的傳輸性能；選擇材料以PTFE較為常見，除了具有耐熱與腐蝕、低吸水率等特性外，更擁有極低的介電常數(shù)（Dk）、Df，對訊號傳輸速度越快、損失越小，有助於減少訊號損失、提高訊號傳輸效率及接收靈敏度。

因此，儘管PTFE在熱傳導(dǎo)性、剛性和機(jī)械加工面上存在一頂?shù)奶魬?zhàn)和相對高的成本，仍被廣泛應(yīng)用在5G通訊、汽車?yán)走_(dá)，航太工程與衛(wèi)星通訊等領(lǐng)域。多家臺灣PCB材料廠如臺光電、臺燿、聯(lián)茂、臺虹等，皆已在其高階產(chǎn)品線推出PTFE，現(xiàn)以美日外商設(shè)備為主要供應(yīng)商，包括Rogers、AGC、Taconic等。

近來也有PCB製造廠商為解決PTFE的加工性與成本問題，提出了採用混壓（Hybrid）疊構(gòu)設(shè)計，將PTFE與其他高頻材料混合壓合製作，即在非訊號層改用一般等級材料，選擇在主訊號層才用上高等級材料，不僅能滿足高頻訊號傳輸需求，也可以節(jié)省成本並提高板材剛性與加工性。

但缺點(diǎn)卻是會提高加工困難度，必須克服異質(zhì)材料同時製作的技術(shù)挑戰(zhàn)，如材料交界面的結(jié)合性、熱膨脹係數(shù)不同引起的應(yīng)力和變形、製程參數(shù)控制等，導(dǎo)致全球有能力量產(chǎn)的製造商數(shù)量有限。

為了鎖定未來5G高頻高速商機(jī)，工研院也從電路板材料著手，致力於創(chuàng)新材料開發(fā)，以協(xié)助臺灣電路板產(chǎn)業(yè)掌握前瞻科技；近年來更與中石化聯(lián)手投入毫米波銅箔基板（CCL）材料開發(fā)，開發(fā)低損耗環(huán)烯烴樹脂合成技術(shù)，兼併低介電、高導(dǎo)熱等特性於一體，開發(fā)出電氣特性優(yōu)於市場的材料。

圖四 : 工研院與中石化聯(lián)手投入毫米波銅箔基板（CCL）材料開發(fā)，加強(qiáng)高階電路板原料在地供應(yīng)能力。（source:工研院）

藉此不僅克服傳統(tǒng)材料瓶頸，提升基板材料電性穩(wěn)定性，使訊號在高頻傳輸下具有更高的穩(wěn)定度及可靠度，滿足毫米波時代所需的高速資訊處理及大量數(shù)據(jù)傳輸，為臺灣PCB產(chǎn)業(yè)提供一個具實(shí)際效益的配套方案。且成功協(xié)助中石化從傳統(tǒng)石化產(chǎn)業(yè)跨足高階電路板材料領(lǐng)域，強(qiáng)化臺灣高階電路板原料的自主性，而成為高階電子材料市場重要奧援之一，加強(qiáng)高階電路板原料在地供應(yīng)能力。

工研院協(xié)理暨材料與化工所所長李宗銘表示，臺灣電路板產(chǎn)業(yè)長年領(lǐng)先全球，但許多高階製程原料仍得仰賴進(jìn)口，若能掌握未來關(guān)鍵樹脂原物料及專利，將有助於產(chǎn)業(yè)發(fā)展及穩(wěn)固國際競爭力。

中石化此次與工研院合作開發(fā)的樹脂材料，除可幫助業(yè)者大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，其優(yōu)異的基板穩(wěn)定性，希望有助於下世代電子產(chǎn)品的高階電路板開發(fā)。目前中石化正與產(chǎn)業(yè)客戶進(jìn)行配方樹脂調(diào)整與相關(guān)驗(yàn)證作業(yè)，期望有機(jī)會導(dǎo)入臺灣電路板產(chǎn)業(yè)鏈中，提升高階電路板原料自主性及在地供應(yīng)需求。