En l'arquitectura bàsica dels dispositius electrònics, la placa de circuit imprès (PCB) és com una xarxa neuronal complexa, que transporta la transmissió de senyals i el subministrament d'energia entre components electrònics. Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia electrònica cap a la miniaturització i l'alt rendiment, ha sorgit un tipus de PCB més avançat: la placa HDI. La placa HDI és significativament diferent de la PCB ordinària en molts aspectes, cosa que afecta profundament el rendiment i la direcció de desenvolupament dels equips electrònics.

Definició i diferències estructurals

Una placa de circuit imprès ordinària és una placa impresa que forma connexions punt a punt i components impresos sobre un substrat aïllant segons un disseny predeterminat. La seva estructura és relativament senzilla. Generalment està feta de plaques revestides de coure mitjançant perforació, gravat de circuits, galvanoplàstia i altres processos. El disseny del circuit i la configuració de les vies són relativament convencionals i són adequades per a dispositius electrònics que no requereixen un espai ni un rendiment elevats.

Les plaques HDI emfatitzen la interconnexió d'alta densitat. Utilitzen tecnologia de microforats i mitjans avançats com la perforació làser per aconseguir més connexions elèctriques en un espai més petit. Les plaques HDI solen tenir substrats més prims i circuits més fins, i el nombre de capes és relativament gran. Poden integrar més funcions en un espai limitat, millorant considerablement la integració de dispositius electrònics.

 Comparació de processos de producció

Procés de perforació

La perforació ordinària de PCB adopta principalment el mètode de perforació mecànica, i la broca gira sobre la placa revestida de coure per perforar el diàmetre del forat requerit. Tot i que aquest mètode és de baix cost, el diàmetre del forat és relativament gran, generalment superior a 0,3 mm, i és fàcil tenir desviacions per a la perforació d'alta precisió de plaques multicapa.

Les plaques HDI utilitzen àmpliament la tecnologia de perforació làser, utilitzant feixos làser d'alta densitat d'energia per fondre o vaporitzar instantàniament la placa per formar microforats, i el diàmetre del forat pot ser tan petit com 0,1 mm o fins i tot més petit. La perforació làser té una precisió extremadament alta i pot realitzar tipus de forats especials com ara forats cecs (que només connecten la capa exterior i la capa interior) i forats enterrats (que connecten la capa interior i la capa interior), cosa que millora considerablement la flexibilitat i la densitat de les connexions de línia.

 Procés de gravat lineal

Quan es graven línies en PCB normals, el control sobre l'amplada de la línia i l'espaiat entre línies és limitat, i l'amplada/espaiat entre línies generalment és d'uns 0,2 mm/0,2 mm. Durant el procés de gravat, és probable que es produeixin problemes com ara vores de línia rugoses i línies desiguals, que afecten la qualitat de la transmissió del senyal.

La producció de plaques HDI requereix una precisió de gravat de circuits extremadament alta. Les línies de producció de plaques HDI avançades poden aconseguir amplades de línia/espaiat de línia tan baixes com 0,05 mm/0,05 mm o fins i tot més fines. Mitjançant l'ús d'equips d'exposició i processos de gravat més sofisticats, es garanteix que les vores de les línies siguin netes i que les amplades de línia siguin uniformes, complint els requisits estrictes de transmissió de senyals d'alta velocitat i alta freqüència en línia.

Procés de laminació

El procés de laminació de les plaques de circuit imprès ordinàries consisteix principalment a unir múltiples capes de plaques revestides de coure mitjançant premsat en calent, amb l'objectiu de garantir la fermesa de la connexió bàsica entre les capes. Durant el procés de laminació, els requisits de precisió de l'alineació entre capes són relativament baixos.

A causa del gran nombre de capes i l'estructura complexa de les plaques HDI, els requisits del procés de laminació són extremadament estrictes. No només cal que les capes estiguin ben ajustades, sinó que també s'ha de garantir una alineació intercapa d'alta precisió per aconseguir una connexió precisa entre els forats petits i els circuits. Durant el procés de laminació, cal controlar amb precisió paràmetres com la temperatura, la pressió i el temps per evitar defectes com ara el desplaçament intercapa i les bombolles, i per garantir el rendiment general de la placa HDI.

 Diferències en les característiques de rendiment

Propietats elèctriques

Les plaques de circuit imprès ordinàries tenen certes limitacions pel que fa a la velocitat i la freqüència de transmissió del senyal. A mesura que augmenta la freqüència del senyal, problemes com l'atenuació del senyal i la diafonia esdevenen gradualment prominents. Això es deu al fet que les seves línies relativament gruixudes i les vies més grans produiran una resistència, inductància i capacitança més grans, cosa que afectarà la integritat del senyal.

Les plaques HDI es basen en línies fines i un disseny de microforats per reduir considerablement la resistència de línia, la inductància i la capacitança, reduint eficaçment les pèrdues i les interferències durant la transmissió del senyal. Tenen un bon rendiment en la transmissió de senyals d'alta velocitat i alta freqüència, i poden satisfer escenaris d'aplicació com ara comunicacions 5G i emmagatzematge de dades d'alta velocitat que tenen requisits extremadament alts per a la qualitat de transmissió del senyal.

Propietats mecàniques

La resistència mecànica de les plaques de circuit imprès ordinàries depèn principalment del material i del gruix del substrat, i hi ha certs colls d'ampolla en la miniaturització i la primesa. A causa de la seva estructura relativament simple, és propensa a problemes com la deformació de la placa i l'esquerdament de les juntes de soldadura quan se sotmet a tensions complexes.

Les plaques HDI utilitzen substrats més prims, lleugers i resistents, i alhora milloren l'estabilitat mecànica general optimitzant el disseny de l'estructura multicapa. Tot i garantir la primesa, poden suportar un cert grau d'estrès mecànic com ara vibracions i impactes, i són adequades per a dispositius electrònics mòbils i altres camps que tenen requisits estrictes sobre el volum i el pes del dispositiu.

Diferents camps d'aplicació

Les plaques de circuit imprès ordinàries s'utilitzen àmpliament en alguns dispositius electrònics que no tenen requisits elevats de rendiment i espai a causa del seu baix cost i procés de fabricació relativament senzill, com ara electrodomèstics ordinaris (com ara televisors, rentadores), productes electrònics de consum de gamma baixa (com ara ràdios ordinàries, comandaments a distància simples) i peces de circuits no essencials en alguns equips de control industrial.

Les plaques HDI s'utilitzen principalment en equips electrònics d'alta gamma a causa del seu excel·lent rendiment i capacitats d'integració d'alta densitat. Per exemple, els telèfons intel·ligents necessiten integrar un gran nombre de funcions en un espai reduït, i les plaques HDI poden satisfer les seves necessitats de transmissió de senyals d'alta velocitat, miniaturització i primesa; en el camp informàtic, les plaques base de servidors, les targetes gràfiques d'alta gamma i altres components amb requisits de rendiment extremadament alts també utilitzen plaques HDI en grans quantitats per garantir el processament i la transmissió de dades d'alta velocitat; a més, en camps d'alta precisió com l'aeroespacial i els equips mèdics, les plaques HDI també tenen un paper clau, proporcionant suport per al funcionament estable de sistemes electrònics complexos.

Hi ha diferències significatives entre les plaques HDI i les PCB ordinàries pel que fa a la definició de l'estructura, el procés de fabricació, les característiques de rendiment i les àrees d'aplicació. Amb la seva tecnologia avançada i el seu excel·lent rendiment, les plaques HDI tenen un paper important en la promoció del desenvolupament d'equips electrònics cap a la miniaturització i l'alt rendiment, mentre que les PCB ordinàries continuen mostrant els seus avantatges de costos en àrees d'aplicació de gamma mitjana i baixa. Comprendre la diferència entre les dues ajudarà els fabricants d'equips electrònics a triar les solucions de plaques de circuit adequades segons els requisits del producte i promourà el desenvolupament continu de la indústria electrònica.