Warum ist die Leiterplatte (PCB) das versteckte Schlachtfeld des KI-Wettbewerbs? (Teil 2)

Im letzten Artikel haben wir besprochen, dass der Rechenleistungssturm der KI die PCB-Industrie in einen völlig neuen Boomzyklus treibt. Doch die Beobachtungen von Herrn Qianyan zeigen, dass eine einfache Kapazitätserweiterung bei weitem nicht ausreicht, um die Anforderungen an Hochleistungsanwendungen wie KI-Server und Hochgeschwindigkeits-Switches zu erfüllen. Die echten Veränderungen finden auf einer mikroskopischeren Ebene statt - die umfassende Aufwertung von Materialien, Technologien und Architekturen formt derzeit die Wertschöpfungskette der PCB-Industrie neu. In diesem Prozess der "Evolution" wird derjenige, der die Formeln für Kernmaterialien beherrscht, die Engpässe der Spitzentechnologien überwindet und die Architektur der nächsten Generation definiert, die Vorherrschaft in der zukünftigen Konkurrenz erringen.

Materialrevolution: Die "Dreifachpforte" von Harz, Kupferfolie und Glasfasermatte

Die Verbesserung der PCB-Leistung beruht letztendlich auf Fortschritten in der Materialwissenschaft. Die Leistung der Kupferkaschierte Leiterplatten (CCL), die die Kernbasis der PCB bilden, wird hauptsächlich von drei Rohstoffen bestimmt: Harz, Kupferfolie und Glasfasermatte. Diese drei Elemente sind wie die "Seele", die "Blutbahn" und das "Skelett" der CCL. Jede Aufwertung dieser Elemente treibt die PCB in Richtung höherer Frequenzen und Geschwindigkeiten voran.

1. Harz: Die "Seele", die die Signallaufgeschwindigkeit bestimmt

Harz ist die Matrix der CCL. Seine Dielektrizitätskonstante (Dk) und der dielektrische Verlustfaktor (Df) bestimmen direkt die Geschwindigkeit und den Verlust der Signalübertragung. Je niedriger der Dk/Df-Wert ist, desto schneller ist die Signalübertragung und desto geringer der Verlust. Angeregt durch KI-Server und Hochfrequenzkommunikation durchläuft das Harzmaterial derzeit eine rasche Entwicklung. Derzeit wird in der Branche weitgehend die Klassifizierungsnorm der Panasonic Electric Works MEGTRON-Serie als Referenz herangezogen, und es wird von M4 zu M9 oder sogar höheren Stufen hin entwickelt. Gegenwärtig werden Hochleistungsharze wie PPO (Polyphenylenoxid) und Kohlenwasserstoffharz zur Hauptauswahl für CCL der Stufen M8/M9.

Chinesische Unternehmen haben sich bereits in diesem Harzmaterial-Aufwertungskampf hervorgetan. Die Shengquan Group hat seit 2005 den Bereich der Elektronischen Chemikalien betreten und die Fähigkeit zur Lösung von Problemen in Bezug auf die gesamte Serie von elektronischen Harzen von M4 bis M9 aufgebaut. Ihre Produkte umfassen DCPD-Epoxidharz, reaktive Ester, Bismaleimid/Polymaleimid-Harz und sogar Kohlenwasserstoffharz und PPO mit niedrigerem Df. Die Shengquan Group ist mittlerweile ein wichtiger Lieferant von elektronischen Harzen für CCL in China und arbeitet eng mit bekannten CCL-Herstellern wie Shengyi Technology und Nanya New Materials zusammen. Die Produktionskapazitäten für PPO und Kohlenwasserstoffharz werden ständig erweitert, und es ist geplant, die Kapazitäten weiter zu erhöhen, um das Problem der Abhängigkeit Chinas von Importen von Hochleistungs-Elektronischen Chemikalien zu lösen.

Ebenfalls bemerkenswert ist Dongcai Technology. Als führendes Unternehmen für Kohlenwasserstoffharz in China hat es selbständig elektronische Harze wie Bismaleimidharz, reaktive Esterharz, Kohlenwasserstoffharz und Polyphenylenoxidharz entwickelt. Diese Produkte werden über erste-rangige CCL-Hersteller wie Taikang and Shengyi Technology an Hauptserverhersteller wie NVIDIA, Huawei, Apple und Intel geliefert. Das von Dongcai Technology mit einer Investition von 700 Millionen Yuan errichtete "Projekt zur Herstellung von 20.000 Tonnen elektronischen Materialien für Hochgeschwindigkeits-Kommunikations-Leiterplatten pro Jahr", das 3.500 Tonnen Kohlenwasserstoffharz umfasst, wird die Produktionskette von elektronischen Materialien im Bereich M8/M9 weiter vervollständigen.

2. Kupferfolie: Die "Blutbahn", die Hochgeschwindigkeitssignale trägt

Die Kupferfolie ist die leitende Metallschicht auf der CCL. Ihre Oberflächenrauheit ist der Schlüssel, der die Integrität der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung beeinflusst. Je rauer die Oberfläche ist, desto deutlicher ist der "Skin-Effekt" während der Signalübertragung und desto höher ist der Verlust. Daher ist die HVLP (Ultra-Low Profile Kupferfolie) aufgrund ihrer extrem geringen Oberflächenrauheit das Kernmaterial für Hochgeschwindigkeitsleiterplatten in KI-Servern und 5G-Kommunikationsgeräten.

Abbildung: Schematische Darstellung der Signalübertragung durch Kupferfolie

Die HVLP-Kupferfolie wird gemäß der Rauheit (Rz) in mehrere Stufen eingeteilt. Bei der Spitzenspezifikation wie HVLP5 kann der Rz-Wert auf weniger als 0,4 Mikrometer gesteuert werden. Dies ist ein notwendiges Material für die PCB in Top-Rechenleistungseinheiten wie der NVIDIA NVL288.

Der Markt für hochwertige HVLP-Kupferfolie wird derzeit von japanischen und taiwanesischen Herstellern dominiert, doch chinesische Hersteller auf dem Festland setzen stark auf. Die Defu Technology, als führendes Unternehmen für PCB-Kupferfolie in China, hat in diesem Bereich bemerkenswerte Fortschritte erzielt.

3. Glasfasermatte: Das "Skelett", das die strukturelle Stabilität bestimmt

Die elektronische Glasfasermatte als Verstärkungsmaterial für CCL bestimmt zusammen mit der Harzmatrix die Gesamtleistung der CCL. Die traditionelle E-Glasfasermatte weist einen hohen dielektrischen Verlust auf und kann daher nicht die Anforderungen an hohe Frequenzen und Geschwindigkeiten erfüllen. Die Quarzmatte hat den niedrigsten dielektrischen Verlust und den niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten und bietet damit die besten Gesamtleistungen. Daher werden Glasfasermatten mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-Dk) und sogar Quarzmatten (Q-Matten) zum Ziel der Aufwertung.

Chinesische Unternehmen haben auch in diesem Bereich wichtige Durchbrüche erzielt. Die Taishan Fiberglass, eine Tochtergesellschaft der Sinoma Science & Technology, ist das führende Unternehmen für elektronische Glasfasermatten in China. Ihre zweite Generation von Glasfasern mit niedriger Dielektrizitätskonstante ist bereits in Massenproduktion, was sie zur dritten Firma weltweit und zur ersten in China macht, die in der Lage ist, diese Produkte in großen Mengen zu liefern. Die Glasfasermatte mit ultra-niedrigem Verlust und niedriger Dielektrizitätskonstante wurde erstmals von führenden CCL-Herstellern in der Branche zertifiziert und auf den Markt gebracht. Die Glasfasermatte mit niedriger Wärmeausdehnung hat das ausländische Monopol gebrochen und die Firma ist die einzige in China und die zweite weltweit, die diese Produkte in großem Maßstab herstellen kann.

Innovation in Technologie und Architektur: Umfassende Evolution von mikroskopischer Verarbeitung bis hin zu makroskopischen Systemen

Die Aufwertung der Materialien bildet die Grundlage für die Verbesserung der PCB-Leistung. Um diese Hochleistungsmaterialien in Endprodukte umzuwandeln, ist jedoch eine gleichzeitige Innovation in der Herstellungstechnologie und der Systemarchitektur erforderlich.

1. Technologie: Entwicklung in Richtung dichterer, präziserer und tieferer Strukturen

Die Herstellung von PCB umfasst mehrere Dutzend komplexe Verfahrensschritte wie Belichtung, Laminierung, Bohren und Galvanisieren. Mit der zunehmenden Integrationsdichte von KI-Chips müssen die Leiterbahnen und -abstände der PCB immer enger werden, die Anzahl der Schichten muss zunehmen und die Struktur der Durchgangslöcher wird immer komplexer. Hierauf gehen wir nicht weiter ein.

2. Architektur: Systemnahe Innovation für Cluster aus Tausenden von Karten

Wenn die KI-Rechenleistung von Einzelsystemen auf Cluster aus Tausenden von Chips erweitert wird, kann die PCB-Entwicklung nicht mehr isoliert erfolgen, sondern muss eng mit der gesamten Systemarchitektur verknüpft werden. Lösungsansätze wie das CoWoP-Packaging-Schema und das orthogonale Backplane-Schema sind Beispiele für Lösungsrichtungen.

Kernausrüstung: Die "Wasserhändler" bei der Boomübertragung

Wie das Sprichwort sagt: "Die Enten spüren zuerst, wenn das Wasser im Frühjahr warm wird." Angesichts der massiven Kapazitätserweiterung der PCB-Hersteller profitieren die weiter stromaufwärts in der Lieferkette liegenden Ausrüstungshersteller als "Wasserhändler" zuerst und sicher von der Branchenboomphase.

Zum Beispiel hat die Han's CNC, als der größte Hersteller von spezieller PCB-Herstellungsausrüstung in China, einen Gesamtmarktanteil von 10,1 % auf dem chinesischen Markt, wobei der Marktanteil bei Bohrmaschinen sogar über 30 % liegt. Angeregt durch die rasche Kapazitätserweiterung und die Technologieaufwertung in der KI-Rechenleistung-PCB-Industrie erzielte das Unternehmen 2025 einen Umsatz von 5,773 Milliarden Yuan, was einem Anstieg von 72,68 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Das nach Steuer gewinnbringende Ergebnis belief sich auf 824 Millionen Yuan, was einem Anstieg von 173,68 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Ihre Lieferant, die Haozhi Electromechanical, produziert die Spindeln, die Kernkomponenten von PCB-Bohrmaschinen und -Fräsmaschinen. Derzeit werden die Spindeln, die in den Schlüsselschritten der Bohr- und Fräsbearbeitung von den meisten KI-bezogenen Leiterplatten (von GPU bis zu Speichern) in China verwendet werden, von dieser Firma geliefert. Es wird erwartet, dass das Unternehmen 2025 ein nach Steuer gewinnbringendes Ergebnis zwischen 128 Millionen und 165 Millionen Yuan erzielen wird, was einem Anstieg zwischen 54,40 % und 99,03 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.

Es ist zu beachten, dass der Aufwertungsprozess der PCB eine tiefgreifende Veränderung von außen nach innen und von der Oberfläche bis ins Innere ist, die von Materialien bis hin zu Technologien reicht. Es ist nicht einfach eine Ersetzung von Leiterplatten, sondern das Ergebnis der Kombination von Durchbrüchen in der Materialwissenschaft, der Weiterentwicklung der Präzisionsfertigung und der Umgestaltung der Systemarchitektur. Jeder Teil dieser Lieferkette, von einem Harzpartikel bis hin zu einer Laserbohrmaschine, sammelt Kraft für die kommende Ära der Rechenleistung von Tausenden und Millionen von Karten. Technologische Führung, Ausrüstungsvorsprung und technologische Führung sind für alle Unternehmen dringende Herausforderungen. Im nächsten Artikel werden wir uns auf die Wettbewerbssituation der chinesischen PCB-Hersteller konzentrieren, die Strategiepläne und den Investitionswert der führenden Unternehmen analysieren und die Entwicklungstrends der gesamten Branche betrachten.

Dieser Artikel stammt aus dem WeChat-Account "Bowang Finance", Autor: Herr Qianyan. Veröffentlicht von 36Kr mit Genehmigung.