1. 引言

AI芯片（如GPU、FPGA）算力提升带来功耗激增，主流AI芯片功耗已达300W~500W，高速PCB作为热量传导核心载体，热管理失效会导致芯片温度超95℃（安全阈值），引发性能降频、寿命缩短——某AI服务器厂商曾因PCB散热不足，导致GPU芯片温度达108℃，算力下降30%，数据处理效率降低40%。AI芯片高速PCB热管理需符合**IPC-2221第6章（热设计条款）** 与**JEDEC JESD51-2（半导体热测试标准）** ，捷配深耕高功耗PCB领域6年，累计交付AI芯片PCB超60万片，芯片温度控制精度±2℃，本文拆解热管理核心原理、散热方案及量产验证方法，助力AI企业攻克高功耗散热难题。

2. 核心技术解析

3. 实操方案

3.1 热管理优化四步法（操作要点 + 数据标准 + 工具 / 材料）

1. 基材与铜厚选型：优先选用生益 S3100 高导热基材（热导率 1.2W/(m?K)，Tg=180℃），若功耗超 400W，选用氧化铝陶瓷基板（热导率 20W/(m?K)，厚度 1.0mm）；电源层、接地层铜厚≥3oz（105μm），信号层铜厚≥2oz，通过捷配铜厚检测工具（JPE-Copper-500）验证，误差≤±5μm；
2. 铺铜设计：芯片焊盘周围铺铜覆盖率≥90%，铺铜与焊盘直接连接（无间隙），电源层铺铜采用 “网格 + 实心” 结合（网格尺寸 2mm×2mm，实心区域覆盖芯片下方），用 Altium Designer 23 的铺铜工具自动生成，通过捷配 DFM 预审系统（JPE-DFM 7.0）检查铺铜与信号冲突；
3. 散热过孔阵列：在芯片下方 PCB 设置 4×4 过孔阵列（16 个 /cm²），孔径 0.5mm，孔距 1.5mm，过孔内壁镀铜厚度≥20μm，按IPC-A-600G Class 3 标准，过孔导通电阻≤50mΩ，用捷配过孔检测设备（JPE-Via-600）验证；
4. 辅助散热结构：PCB 背面粘贴导热垫（厚度 1.0mm，热导率 8W/(m?K)，选用莱尔德 Tflex HD900），导热垫与散热片贴合压力 0.5MPa±0.1MPa，散热片采用铝合金材质（热导率 200W/(m?K)），表面阳极氧化处理。

3.2 量产测试与管控（操作要点 + 数据标准 + 工具 / 材料）

1. 热阻测试：每批次首件 PCB 送捷配热学实验室，按JEDEC JESD51-1 测试热阻，芯片焊盘至 PCB 背面热阻≤0.8℃/W，符合高功耗要求；
2. 温度测试：将 PCB 搭载 AI 芯片（350W 功耗），在 25℃环境下测试，芯片温度需≤85℃，用红外热像仪（JPE-Thermal-800）监测，温度分布均匀性 ±3℃；
3. 可靠性验证：进行 1000 次温度循环测试（-40℃~105℃），PCB 无开裂、分层，散热过孔导通电阻变化≤10%，符合IPC-9701（PCB 可靠性标准） 。