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AI應用興起，帶動了新一波的PCB板技術發展，也由於AI時代來臨，PCB板開發的多物理模擬思維也變得越來越重要，它能幫助工程師更快速、準確地預測PCB在真實環境中的表現，進而提升PCB的可靠性和性能。

傳統的PCB模擬主要集中在電磁場、熱場等單一物理場的分析。而在AI時代，多物理模擬思維強調將電、熱、機械、流體等多個物理場耦合起來進行分析，更全面地考慮PCB在實際工作環境中受到的各種影響。

AI伺服器的PCB板六大技術趨勢

而受到AI應用的快速發展，以及對算力需求的激增所驅動，與生成式應用息息相關的HPC伺服器的PCB板技術，也出現了與傳統不同的技術趨勢，主要以下是幾個主要的發展：

1. 高密度、高複雜度：AI伺服器需要處理大量的數據和複雜的運算，這對PCB板的密度和複雜度提出了更高的要求。因此，AI伺服器PCB板的層數不斷增加，線路密度和佈線複雜度也越來越高。

2. 高速傳輸、低延遲：AI運算需要高速的數據傳輸和極低的延遲，這使得AI伺服器PCB板需要採用更先進的材料和設計技術，例如高頻高速材料、差分信號技術、背鑽技術等，以滿足高速傳輸和低延遲的需求。

3. 高功率、高效散熱：AI伺服器功耗巨大，產生大量的熱量。因此，AI伺服器PCB板需要採用高效的散熱設計，例如多層板、厚銅箔、散熱孔、散熱器等，以確保伺服器的穩定運行。

4. 模組化設計、易於維護：AI伺服器通常採用模組化設計，以便於擴展和維護。PCB板作為伺服器的核心部件，也需要具備模組化設計的特點，以便於更換和升級。

5. 客製化設計、滿足特定需求：不同類型的AI應用對伺服器的需求不同，因此AI伺服器PCB板也需要根據具體應用場景進行客製化設計，以滿足特定的需求。

6. 環境友善、可持續發展：在全球關注環保的背景下，AI伺服器PCB板的設計也需要考慮環境因素，採用更環保的材料和工藝，實現可持續發展。

上述這些發展趨勢將持續推動PCB技術的不斷創新和發展，為AI的技術應用提供更強大的硬體支持。對於臺灣的PCB板製造來說，隨著AI技術的發展，臺灣的PCB廠商也在積極投入AI伺服器PCB板的研發和生產，以持續保持在PCB板市場的領先地位。

PCB板的多物理模擬關鍵

PCB板的多物理模擬關鍵在於整合電、熱、機械等多個物理領域的相互作用，以更全面地評估PCB在實際工作環境中的性能和可靠性。表一為PCB板多物理模擬的關鍵要素。

在耦合場分析方面．電流流經導體時會產生熱量，而溫度變化又會影響導體的電阻，進而影響電流分布。電熱耦合分析可以模擬這種相互作用，評估PCB的熱分布和電性能；溫度變化會導致材料膨脹或收縮，產生應力。熱機械耦合分析可以評估這種相互作用，分析PCB的熱應力和變形。

至於材料特性，導體和絕緣材料的電導率、介電常數等電特性會影響電流分布和信號傳輸；材料的熱導率、比熱容等熱特性則會影響熱傳遞和溫度分布；機械特性的楊氏模量、泊松比等會影響材料的應力和變形。

而電壓、電流等電邊界條件會影響電流分布和電勢；溫度、熱流密度等熱邊界條件會影響溫度分布；位移、力等機械邊界條件會影響應力和變形。

AI世代引領PCB開發廣泛採用多物理模擬技術

由於AI應用對於高速、高頻的需求，也帶動了PCB板朝向不同的設計，因此對於多物理場模擬的需求也有所提升。多物理模擬可以分析信號完整性、電源完整性、電磁干擾等問題，確保PCB的性能達到設計要求。

特別是對於AI伺服器的高功率密度PCB來說，多物理模擬可以分析熱分布、散熱效果等問題，確保PCB的溫度在安全範圍內。此外，對於可靠性要求高的PCB，多物理模擬可以分析振動、衝擊、熱循環等環境因素對PCB的影響，確保PCB在各種惡劣環境下都能正常工作。

PCB多物理模擬解決方案

為因應PCB開發的多物理模擬需求，相關的設計軟體工具商也提供一系列的整合型解決方案，提供開發者更快速，同時也更具效益的進行PCB板設計。

在Cadence方面，該公司提供了全面的 PCB 設計工具套件，涵蓋從概念到製造的整個流程。

? OrCAD Capture/PSpice Designer：業界標準的原理圖設計和模擬工具，提供強大的電路設計和驗證功能。

? Allegro X AI設計平臺：整合了最新AI技術的高效PCB布局和布線工具，支援複雜的高速、高密度 PCB 設計，可大幅縮減 PCB 設計的時間。

? Allegro Package Designer：封裝設計工具，可與Allegro PCB Designer整合，實現從晶片到系統的完整設計流程。

? Sigrity X：訊號和電源完整性分析工具，提供模擬和分析功能，確保 PCB 的電氣性能。

圖一 : Cadence的Allegro X AI設計平臺，支援複雜的高速、高密度 PCB 設計。（source：Cadence）

工程模擬領先者Ansys在 PCB 多物理場模擬也提供了多種工具，涵蓋電磁場、熱、結構等領域：

? Ansys HFSS：高頻電磁場模擬的黃金標準，廣泛應用於天線、射頻/微波電路、高速互連等領域。

? Ansys SIwave：專門針對 PCB 和 IC 封裝的電源完整性、信號完整性及 EMI 分析工具。

? Ansys Q3D Extractor：快速準確的電感、電容、電阻參數提取工具，用於電路和系統級模擬。

? Ansys Icepak：專業的電子散熱分析工具，基於 CFD 技術，可模擬 PCB、電子元件、封裝和系統的熱傳導、熱對流和熱輻射。

? Ansys Mechanical：綜合性的結構分析工具，可模擬 PCB 的應力、變形和疲勞等機械性能。

? Ansys Workbench：Ansys 的多物理場耦合平臺，可以將電磁場、熱、結構等不同領域的模擬工具整合在一起，實現多物理場耦合分析。

圖二 : Ansys針對 PCB的 設計，推出了一系列的模擬工具，包含電、熱與結構。（source：Ansys）

至於Siemens EDA（原 Mentor Graphics），也提供了一系列PCB多物理場模擬工具，涵蓋電磁場、熱、結構等領域：

? HyperLynx SI/PI/Thermal：訊號完整性、電源完整性、電磁干擾和熱分析的綜合解決方案，提供快速、準確的模擬和分析。

? Xpedition：PCB 設計和分析平臺，內建 HyperLynx 模擬引擎，實現設計與模擬整合。

? FloTHERM XT：業界領先的電子散熱分析軟體，提供全面的熱模擬功能，包括穩態和瞬態熱分析、熱應力分析等。

? Valor NPI：新產品導入 (NPI) 解決方案，提供PCB可製造性分析和優化，包括應力、變形和組裝分析等。

? Simcenter：Siemens 的多物理場模擬和測試平臺，可以整合電磁場、熱、結構等不同領域的模擬工具，實現多物理場耦合分析。

圖三 : 西門子Xpedition PCB 設計和分析平臺，內建 HyperLynx 模擬引擎，實現設計與模擬整合。（source：Siemens EDA）

AI技術加速PCB設計多物理模擬效能

AI技術一方面刺激了PCB技術的發展，另一方面，也提升了PCB設計工具的成長。透過機器學習等AI技術，可以加速PCB的開發過程、優化設計參數、預測潛在問題。AI技術可以幫助工程師更有效地利用多物理模擬，提升PCB設計的效率和品質。

再者，AI技術的應用使得PCB模擬模型的建立和求解變得更加高效和精確。例如，機器學習算法可以根據大量的實驗數據或仿真數據，自動建立起複雜的PCB模型，從而提高模擬的精度和可靠性。而AI技術的引入使得PCB模擬流程變得更加智能化。例如，AI算法可以根據設計要求和模擬結果，自動調整PCB的佈局、布線等參數，從而實現PCB設計的最優化。

多物理模擬思維不僅適用於PCB的設計階段，還可以在PCB的製造、測試和維護等環節發揮重要作用。包含在PCB製造過程中，可以利用多物理模擬來預測PCB的翹曲、應力等問題，進而優化整體的製造品質。

總結來說，AI技術為PCB的設計與多物理模擬帶來了多項優勢，包含縮短開發週期，可以在設計早期發現和解決潛在的問題，從而減少設計迭代的次數；降低開發成本，通過模擬預測PCB的性能和可靠性，可以減少原型製作和測試的次數，從而降低開發成本；提高產品質量，多物理模擬可以幫助工程師更好地理解PCB在各種工作環境下的表現，從而優化PCB的設計，提高產品的質量和可靠性。

結語

因應AI應用對PCB的高速、高頻、高功率密度及可靠性要求，多物理模擬在PCB設計中扮演關鍵角色，能有效分析信號完整性、電源完整性、電磁干擾、散熱、振動等問題。各大EDA廠商如Cadence、Ansys、Siemens EDA皆提供完整的多物理模擬解決方案，協助工程師克服設計挑戰。

而AI技術的導入，也將進一步提升PCB多物理模擬的效能，透過機器學習加速開發流程、優化設計參數、預測潛在問題，使模擬模型更精確高效，模擬流程更智能化。多物理模擬思維貫穿PCB設計、製造、測試、維護全流程，有效提升PCB品質、降低成本、縮短開發週期。

展望未來，AI與多物理模擬的深度融合將持續驅動PCB技術創新，為AI時代的電子產品開發奠定堅實基礎。