液冷如何重塑 PCB 材料技術

教程

液冷

PCB 材料

銅箔基板

2026年3月6日

市場與功耗背景

Nvidia/AMD 次世代 AI 加速器 TDP 與 HBM4 規格

全球晶片巨頭在次世代 AI 加速器架構設計上，正迎來一場前所未有的算力與功耗軍備競賽。Nvidia 預計於 2026 年投入量產的 Vera Rubin 平台，為了在硬體規格上全面壓制競爭對手，其單一 GPU（GR100）的 TDP 預估已從原先的 1.8 kW 暴增至 2.3 kW，同時將高頻寬記憶體（HBM4）的系統資料傳輸率提升至 22.2 TB/s。

另一方面，AMD 預計於 2026 年下半年推出的 Instinct MI400 系列（包含主攻大規模訓練的 MI455X，以及針對高效能運算的 MI430X），將 HBM4 記憶體容量推升至超越對手的 432 GB，提供 19.6 TB/s 的頻寬，其單晶片 TDP 亦達到約 1.7 kW 的驚人水準。 TDP

機櫃級系統功耗與氣冷極限

當這些極端功耗的晶片被整合至機櫃級別（Rack-scale）的系統時，散熱挑戰呈現幾何級數放大。以 Nvidia 規劃的 VR300 NVL576 系統為例，單一機櫃將容納高達 576 顆 Rubin GPU，整體機櫃功耗將超過 600 kW。而 AMD 針對大規模叢集推出的 Helios 系統，單一機櫃整合 72 顆 MI400 加速器，同樣面臨極端的電力與散熱密度考驗。傳統氣冷技術在機櫃密度超過 50 至 60 kW 時，便在物理學與經濟學上失去了可行性，這直接驅動了資料中心全面轉向液冷散熱架構。

表 1：Nvidia 與 AMD 次世代 AI 平台規格對比

| 平台架構 | 預估量產時間 | 單晶片 TDP | 記憶體配置與頻寬 | 機櫃級別系統與功耗 | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | Nvidia Vera Rubin (VR200/VR300) | 2026 下半年 | ~2.3 kW | 288 GB HBM4 (22.2 TB/s) | NVL72 / NVL576 (>600 kW) | | AMD Instinct MI400 (MI455X/MI430X) | 2026 下半年 | ~1.7 kW | 432 GB HBM4 (19.6 TB/s) | Helios 系統 (72 顆 GPU) |

液冷技術與 PCB 挑戰

直接晶片液冷 (D2C) 的熱力與機械應力

直接晶片液冷（D2C, Direct-to-Chip）是目前市場接受度最高的方案。微通道冷水板直接貼附於 GPU 表面，透過冷卻液循環帶走熱量。然而，這項技術將巨大的機械與熱力學應力，直接轉移到了機構與 PCB 板材的交界面上。

為了壓制 2.3 kW 級別的熱量，液冷系統高壓與熱循環對 PCB 構成龐大應力。開放運算計畫（OCP）規範建議，冷水板的安裝下壓力必須大於 40 psi 以確保導熱效率。這股持續的下壓力，配合極端的高低溫交替，極易引發熱膨脹係數（CTE）的錯配，造成 PCB 變形、BGA 焊點龜裂以及微盲孔斷裂。這迫使 PCB 必須全面轉向具備高剛性、高模量與極低 CTE 的進階基材。 D2C

浸沒式冷卻的化學相容性與 CAF 危機

浸沒式冷卻將整台伺服器完全浸泡於非導電介電液中，雖然解決了局部熱點問題，但對 PCB 的化學相容性帶來了嚴峻考驗。最大的隱形殺手是 「導電性陽極絲」（CAF, Conductive Anodic Filament）。在浸沒環境中，液體若發生微量降解或吸收水分，將大幅加速銅離子沿著樹脂與玻璃纖維交界面遷移，導致微短路。

因此，基板樹脂必須具備超過 170°C 的極高玻璃轉化溫度（Tg），以阻斷銅離子遷移路徑。此外，PCB 表面的防焊層（綠漆, LPI）長時間浸泡在化學液中極易發生溶脹或剝離。剝落的微粒會堵塞冷卻系統，引發設備停機。防焊層必須採用交聯密度極高的特殊配方，並嚴格符合 IPC-SM-840 Class H 高可靠度標準。

高頻高速材料革命

224G PAM4 世代對 PCB 的訊號完整性要求

次世代 AI 伺服器不僅要解決高功耗散熱，還必須應付高達 224 Gbps PAM4（四階脈衝振幅調變）的超高速訊號完整性（Signal Integrity）要求。這對插入損耗（Insertion Loss）提出了極度嚴苛的限制，驅動了銅箔基板（CCL）材料的深層技術革命。

T-Glass、HVLP4、RCC 等材料技術

T-Glass（T型玻璃纖維）：傳統 E-Glass 介電損耗過高，業界正全面轉向 T-Glass。它具備極低的介電常數（Low-Dk）與低熱膨脹係數（Low-CTE），是控制載板翹曲的核心。但全球 T-Glass 產能高度集中於日美大廠，供應鏈瓶頸推升價格飆漲。
HVLP4 超低表面粗糙度銅箔：為了降低集膚效應導致的訊號衰減，必須採用表面粗糙度僅 0.5-1.5 μm 的 HVLP4 銅箔。然而，過於光滑的銅箔會降低與樹脂的附著力，這在液冷高壓環境下容易導致多層板分層，供應商必須開發特殊化學鍵結來克服此矛盾。
樹脂塗佈銅箔（RCC, Resin Coated Copper）：高階 HDI 設計開始引入無玻纖的 RCC 技術。RCC 去除玻璃纖維交錯結構，不僅達成極薄的介電層與穩定的 Dk 值，更從物理結構上直接消除了 CAF 生成的毛細路徑，被視為液冷世代的終極方案。

台灣 PCB/CCL 供應鏈優勢

核心供應商技術與液冷兼容性

在 AI 伺服器的材料升級潮中，台灣的 CCL 與 PCB 供應商憑藉在超低損耗與無鹵素高頻材料的技術積累，佔據了全球主導地位。面對液冷與高速傳輸挑戰，台廠的市場佈局呈現高度優勢。

表 2：台灣核心 PCB/CCL 供應商技術與市場佈局

對 RD/PM 的戰略建議

對於身處前線的台灣研發工程師（RD）與產品經理（PM）而言，面對 2026 年次世代液冷架構，產品開發思維必須進行根本性轉換：

1. 熱-固耦合分析

必須將 「熱-固耦合應力分析」 列為設計最高準則。隨著 D2C 冷水板裝配壓力超過 40 psi，傳統設計流程已無法應對。研發團隊需在初期導入模擬，評估高密度 HDI 板在極限壓力與熱循環下的翹曲風險，並強制採用低 CTE（如 T-Glass）與高模量基材，防範 BGA 焊點機械疲勞。

2. 化學相容性驗證

針對浸沒式冷卻專案，絕對不可沿用氣冷時代的 BOM 表。所有接觸介電液的高分子材料（包含防焊綠漆）皆須遵循 OCP 及 ASTM D3455 規範進行長時間化學相容性測試。PM 應嚴格要求防焊層符合 IPC-SM-840 Class H 標準，杜絕因溶脹剝離引發的系統癱瘓。

3. 高頻材料與 CAF 技術部署

因應 224G 傳輸，佈局 M7/M8 等級 CCL 與 HVLP4 銅箔是剛性需求。同時，為防範液冷環境的 CAF 風險，應積極評估台光電、聯茂等大廠的新型無鹵素高 Tg 樹脂，或針對超高密度 OAM 導入 RCC（樹脂塗佈銅箔）材料，從物理根源切斷 CAF 生長路徑。此外，T-Glass 與 HVLP4 恐將面臨嚴重缺貨，PM 必須與供應商提前綁定戰略備料，確保高單價專案順利放量。

結語

總結來看，次世代 AI 伺服器的散熱挑戰正在推動 PCB 材料技術全面升級。液冷技術的普及不僅提升能效，也對材料供應鏈和工程設計提出全新要求。掌握高頻高速、低損耗及高可靠度材料的廠商與研發團隊，將在 2026 年迎來市場競爭的決勝優勢。

時事新聞：次世代 AI 伺服器散熱革命：液冷如何重塑 PCB 材料技術