Madoka自动凝胶时间测试仪在高速CCL树脂材料研发中的应用

人工智能计算中心是以人工智能芯片集群为基础的算力基础设施，涵盖机房基建、硬件和软件系统，支撑深度学习模型开发、训练与推理，提供从芯片算力释放到应用使能的全栈能力。传统的通用服务器PCB可能只有十几层。而AI服务器由于集成了多颗高功耗GPU、复杂的供电模块和庞大的显存，其PCB（如UBB主板、OAM加速卡板）层数通常高达 20层到40层以上。PCB层数的增加，意味着压合这块PCB所需的CCL芯板（Core）和半固化片（PP）的数量成倍增长。一台AI服务器对CCL的消耗面积远超传统服务器。AI大模型训练需要海量数据在芯片之间以高的速度传输（如PCIe 5.0/6.0协议）。如果使用普通的CCL材料，高频信号在传输时会产生严重的衰减和延迟。因此，AI算力中心要求使用超低损耗（Ultra Low Loss, ULL） 或极低损耗（Extreme Low Loss） 级别的高速CCL材料（行业内通常以 M6、M7、M8、M9、M10等级来划分）。

AI算力中心配图

根据材料在特定频率（通常是10GHz）下的损耗因子（Df） ，高速CCL被划分为以下几个标准等级：

Standard Loss（标准损耗）： Df ≈ 0.015 ~ 0.020 （普通FR-4）

Mid Loss（中等损耗）：     Df ≈ 0.010 ~ 0.015 （如 PCIe 3.0 时代使用）

Low Loss（低损耗）：       Df ≈ 0.005 ~ 0.010 （Megtron 4等级）

Very Low Loss（很低损耗）： Df ≈ 0.003 ~ 0.005 （Megtron 6等级，PCIe 4.0/5.0主流）

Ultra Low Loss（超低损耗）： Df ≈ 0.0015 ~ 0.003 （Megtron 7等级，AI服务器、400G交换机主流）

Extreme Low Loss：         Df < 0.0015（对应Megtron 8等级，英伟达AI服务器、800G/1.6T交换机、PCIe 6.0需求）

IPC-TM-650标准是由国际电子工业联接协会（‌IPC‌）制定的一套测试方法标准，广泛应用于电子制造行业，为PCB及其组装产品的质量控制、可靠性验证和工艺优化提供统一、可重复的测试流程，涵盖目检测试、尺寸外观测试、化学测试、机械测试、电气测试、环境测试和连接器测试等多个方面，共计包含四百余种具体的测试方法。

凝胶时间是评估树脂材料固化特性与一致性的关键质量参数，而IPC-TM-650 2.3.18是关于CCL树脂材料凝胶时间主要行业测试标准。Madoka是按照IPC-TM-650 2.3.18测试方法设计的自动化凝胶时间测试仪。通过模拟人工手动搅拌操作，在设定的速度搅拌树脂样品的同时测定阻力扭矩，记录阻力扭矩随时间的变化，超过设定的临界值即为所测树脂材料的凝胶时间。

CCL树脂材料自动凝胶时间测试步骤：

1. 设置测量条件，热板温度，搅拌速度

2. 执行调零操作，后点击测量按钮。

3. 在第三次蜂鸣音同时投入树脂样品 ，热板开始自动升起。搅拌棒接触树脂样品，开始自动搅拌。

4. 搅拌子将严格按照IPC-TM-650 2.3.18测试方法要求，模拟人工手动搅拌操作，以直径10-13mm的圆周运动充分搅拌树脂。搅拌时,每一次圆周运动将中间部分的树脂搅动到外沿,外沿部分的树脂搅动到中间。

5. 达到设定的时间后测量结束。测量结束，凝胶时间会根据设置的搅拌扭矩值自动计算得出。

参考资料： 

1. IPC-TM-650 2.3.18测试方法

2. ISO 8987:2005 Specifies methods for the determination of the B-transformation time of phenolic resins