AI应用兴起，带动了新一波的PCB板技术发展，也由於AI时代来临，PCB板开发的多物理模拟思维也变得越来越重要，它能帮助工程师更快速、准确地预测PCB在真实环境中的表现，进而提升PCB的可靠性和性能。

传统的PCB模拟主要集中在电磁场、热场等单一物理场的分析。而在AI时代，多物理模拟思维强调将电、热、机械、流体等多个物理场耦合起来进行分析，更全面地考虑PCB在实际工作环境中受到的各种影响。

AI伺服器的PCB板六大技术趋势

而受到AI应用的快速发展，以及对算力需求的激增所驱动，与生成式应用息息相关的HPC伺服器的PCB板技术，也出现了与传统不同的技术趋势，主要以下是几个主要的发展：

1. 高密度、高复杂度：AI伺服器需要处理大量的数据和复杂的运算，这对PCB板的密度和复杂度提出了更高的要求。因此，AI伺服器PCB板的层数不断增加，线路密度和布线复杂度也越来越高。

2. 高速传输、低延迟：AI运算需要高速的数据传输和极低的延迟，这使得AI伺服器PCB板需要采用更先进的材料和设计技术，例如高频高速材料、差分信号技术、背钻技术等，以满足高速传输和低延迟的需求。

3. 高功率、高效散热：AI伺服器功耗巨大，产生大量的热量。因此，AI伺服器PCB板需要采用高效的散热设计，例如多层板、厚铜箔、散热孔、散热器等，以确保伺服器的稳定运行。

4. 模组化设计、易於维护：AI伺服器通常采用模组化设计，以便於扩展和维护。PCB板作为伺服器的核心部件，也需要具备模组化设计的特点，以便於更换和升级。

5. 客制化设计、满足特定需求：不同类型的AI应用对伺服器的需求不同，因此AI伺服器PCB板也需要根据具体应用场景进行客制化设计，以满足特定的需求。

6. 环境友善、可持续发展：在全球关注环保的背景下，AI伺服器PCB板的设计也需要考虑环境因素，采用更环保的材料和工艺，实现可持续发展。

上述这些发展趋势将持续推动PCB技术的不断创新和发展，为AI的技术应用提供更强大的硬体支持。对於台湾的PCB板制造来说，随着AI技术的发展，台湾的PCB厂商也在积极投入AI伺服器PCB板的研发和生产，以持续保持在PCB板市场的领先地位。

PCB板的多物理模拟关键

PCB板的多物理模拟关键在於整合电、热、机械等多个物理领域的相互作用，以更全面地评估PCB在实际工作环境中的性能和可靠性。表一为PCB板多物理模拟的关键要素。

在耦合场分析方面．电流流经导体时会产生热量，而温度变化又会影响导体的电阻，进而影响电流分布。电热耦合分析可以模拟这种相互作用，评估PCB的热分布和电性能；温度变化会导致材料膨胀或收缩，产生应力。热机械耦合分析可以评估这种相互作用，分析PCB的热应力和变形。

至於材料特性，导体和绝缘材料的电导率、介电常数等电特性会影响电流分布和信号传输；材料的热导率、比热容等热特性则会影响热传递和温度分布；机械特性的杨氏模量、泊松比等会影响材料的应力和变形。

而电压、电流等电边界条件会影响电流分布和电势；温度、热流密度等热边界条件会影响温度分布；位移、力等机械边界条件会影响应力和变形。

AI世代引领PCB开发广泛采用多物理模拟技术

由於AI应用对於高速、高频的需求，也带动了PCB板朝向不同的设计，因此对於多物理场模拟的需求也有所提升。多物理模拟可以分析信号完整性、电源完整性、电磁干扰等问题，确保PCB的性能达到设计要求。

特别是对於AI伺服器的高功率密度PCB来说，多物理模拟可以分析热分布、散热效果等问题，确保PCB的温度在安全范围内。此外，对於可靠性要求高的PCB，多物理模拟可以分析振动、冲击、热循环等环境因素对PCB的影响，确保PCB在各种恶劣环境下都能正常工作。

PCB多物理模拟解决方案

为因应PCB开发的多物理模拟需求，相关的设计软体工具商也提供一系列的整合型解决方案，提供开发者更快速，同时也更具效益的进行PCB板设计。

在Cadence方面，该公司提供了全面的 PCB 设计工具套件，涵盖从概念到制造的整个流程。

· OrCAD Capture/PSpice Designer：业界标准的原理图设计和模拟工具，提供强大的电路设计和验证功能。

· Allegro X AI设计平台：整合了最新AI技术的高效PCB布局和布线工具，支援复杂的高速、高密度 PCB 设计，可大幅缩减 PCB 设计的时间。

· Allegro Package Designer：封装设计工具，可与Allegro PCB Designer整合，实现从晶片到系统的完整设计流程。

· Sigrity X：讯号和电源完整性分析工具，提供模拟和分析功能，确保 PCB 的电气性能。

图一 : Cadence的Allegro X AI设计平台，支援复杂的高速、高密度 PCB 设计。（source：Cadence）

工程模拟领先者Ansys在 PCB 多物理场模拟也提供了多种工具，涵盖电磁场、热、结构等领域：

· Ansys HFSS：高频电磁场模拟的黄金标准，广泛应用於天线、射频/微波电路、高速互连等领域。

· Ansys SIwave：专门针对 PCB 和 IC 封装的电源完整性、信号完整性及 EMI 分析工具。

· Ansys Q3D Extractor：快速准确的电感、电容、电阻叁数提取工具，用於电路和系统级模拟。

· Ansys Icepak：专业的电子散热分析工具，基於 CFD 技术，可模拟 PCB、电子元件、封装和系统的热传导、热对流和热辐射。

· Ansys Mechanical：综合性的结构分析工具，可模拟 PCB 的应力、变形和疲劳等机械性能。

· Ansys Workbench：Ansys 的多物理场耦合平台，可以将电磁场、热、结构等不同领域的模拟工具整合在一起，实现多物理场耦合分析。

图二 : Ansys针对 PCB的 设计，推出了一系列的模拟工具，包含电、热与结构。（source：Ansys）

至於Siemens EDA（原 Mentor Graphics），也提供了一系列PCB多物理场模拟工具，涵盖电磁场、热、结构等领域：

· HyperLynx SI/PI/Thermal：讯号完整性、电源完整性、电磁干扰和热分析的综合解决方案，提供快速、准确的模拟和分析。

· Xpedition：PCB 设计和分析平台，内建 HyperLynx 模拟引擎，实现设计与模拟整合。

· FloTHERM XT：业界领先的电子散热分析软体，提供全面的热模拟功能，包括稳态和瞬态热分析、热应力分析等。

· Valor NPI：新产品导入 (NPI) 解决方案，提供PCB可制造性分析和优化，包括应力、变形和组装分析等。

· Simcenter：Siemens 的多物理场模拟和测试平台，可以整合电磁场、热、结构等不同领域的模拟工具，实现多物理场耦合分析。

图三 : 西门子Xpedition PCB 设计和分析平台，内建 HyperLynx 模拟引擎，实现设计与模拟整合。（source：Siemens EDA）

AI技术加速PCB设计多物理模拟效能

AI技术一方面刺激了PCB技术的发展，另一方面，也提升了PCB设计工具的成长。透过机器学习等AI技术，可以加速PCB的开发过程、优化设计叁数、预测潜在问题。AI技术可以帮助工程师更有效地利用多物理模拟，提升PCB设计的效率和品质。

再者，AI技术的应用使得PCB模拟模型的建立和求解变得更加高效和精确。例如，机器学习算法可以根据大量的实验数据或仿真数据，自动建立起复杂的PCB模型，从而提高模拟的精度和可靠性。而AI技术的引入使得PCB模拟流程变得更加智能化。例如，AI算法可以根据设计要求和模拟结果，自动调整PCB的布局、布线等叁数，从而实现PCB设计的最优化。

多物理模拟思维不仅适用於PCB的设计阶段，还可以在PCB的制造、测试和维护等环节发挥重要作用。包含在PCB制造过程中，可以利用多物理模拟来预测PCB的翘曲、应力等问题，进而优化整体的制造品质。

总结来说，AI技术为PCB的设计与多物理模拟带来了多项优势，包含缩短开发周期，可以在设计早期发现和解决潜在的问题，从而减少设计迭代的次数；降低开发成本，通过模拟预测PCB的性能和可靠性，可以减少原型制作和测试的次数，从而降低开发成本；提高产品质量，多物理模拟可以帮助工程师更好地理解PCB在各种工作环境下的表现，从而优化PCB的设计，提高产品的质量和可靠性。

结语

因应AI应用对PCB的高速、高频、高功率密度及可靠性要求，多物理模拟在PCB设计中扮演关键角色，能有效分析信号完整性、电源完整性、电磁干扰、散热、振动等问题。各大EDA厂商如Cadence、Ansys、Siemens EDA皆提供完整的多物理模拟解决方案，协助工程师克服设计挑战。

而AI技术的导入，也将进一步提升PCB多物理模拟的效能，透过机器学习加速开发流程、优化设计叁数、预测潜在问题，使模拟模型更精确高效，模拟流程更智能化。多物理模拟思维贯穿PCB设计、制造、测试、维护全流程，有效提升PCB品质、降低成本、缩短开发周期。

展??未来，AI与多物理模拟的深度融合将持续驱动PCB技术创新，为AI时代的电子产品开发奠定坚实基础。