V základní architektuře elektronických zařízení je deska plošných spojů (PCB) jako komplexní neuronová síť, která zajišťuje přenos signálu a dodávku energie mezi elektronickými součástkami. S rychlým rozvojem elektronických technologií směrem k miniaturizaci a vysokému výkonu se objevil pokročilejší typ desek plošných spojů – deska HDI. Deska HDI se v mnoha ohledech výrazně liší od běžných desek plošných spojů, což zásadně ovlivňuje výkon a směr vývoje elektronických zařízení.

Definice a strukturální rozdíly

Běžná deska plošných spojů (PCB) je deska s plošnými spoji, která vytváří bodové spoje a tištěné součástky na izolačním substrátu podle předem stanoveného návrhu. Její struktura je relativně jednoduchá. Obvykle se vyrábí z desek potažených mědí vrtáním, leptáním obvodů, galvanickým pokovováním a dalšími procesy. Rozložení obvodů a uspořádání propojení jsou relativně konvenční a je vhodná pro elektronická zařízení, která nevyžadují mnoho prostoru a výkonu.

Desky HDI kladou důraz na vysokou hustotu propojení. Využívají technologii mikrootvorů a pokročilé prostředky, jako je laserové vrtání, k dosažení více elektrických spojení v menším prostoru. Desky HDI mají obvykle tenčí substráty a jemnější obvody a počet vrstev je relativně velký. Dokážou integrovat více funkcí v omezeném prostoru, což výrazně zlepšuje integraci elektronických zařízení.

 Porovnání výrobních procesů

Proces vrtání

Běžné vrtání desek plošných spojů se většinou provádí mechanickou metodou vrtání, při které se vrták otáčí na měděné desce a vyvrtá otvor o požadovaném průměru. I když je tato metoda levná, průměr otvoru je relativně velký, obvykle nad 0,3 mm, a u vícevrstvých desek s vysokou přesností se snadno vyskytnou odchylky.

Desky HDI široce využívají technologii laserového vrtání, která využívá laserové paprsky s vysokou hustotou energie k okamžitému roztavení nebo odpaření desky za vzniku mikrootvorů, přičemž průměr otvoru může být pouhých 0,1 mm nebo i menší. Laserové vrtání má extrémně vysokou přesnost a umožňuje realizovat speciální typy otvorů, jako jsou slepé otvory (spojující pouze vnější a vnitřní vrstvu) a zapuštěné otvory (spojující vnitřní a vnitřní vrstvu), což výrazně zlepšuje flexibilitu a hustotu spojů linek.

 Proces leptání čar

Při leptání čar na běžných deskách plošných spojů je kontrola nad šířkou čar a roztečí čar omezená a šířka/rozteč čar je obvykle kolem 0,2 mm/0,2 mm. Během procesu leptání se náchylně vyskytují problémy, jako jsou drsné okraje čar a nerovné čáry, což ovlivňuje kvalitu přenosu signálu.

Výroba desek HDI vyžaduje extrémně vysokou přesnost leptání obvodů. Pokročilé výrobní linky pro desky HDI dokáží dosáhnout šířky/rozteče čar až 0,05 mm/0,05 mm nebo i jemnějších. Použitím sofistikovanějšího osvitového zařízení a leptacích procesů je zajištěno, že okraje čar budou čisté a šířka čar bude jednotná, což splňuje přísné požadavky na kvalitu vysokorychlostního a vysokofrekvenčního přenosu signálu online.

Proces laminace

Proces laminace běžných desek plošných spojů spočívá hlavně v lepení více vrstev měděných desek lisováním za tepla, s důrazem na zajištění základní pevnosti spojení mezi vrstvami. Během procesu laminace jsou požadavky na přesnost zarovnání mezi vrstvami relativně nízké.

Vzhledem k velkému počtu vrstev a složité struktuře desek HDI jsou požadavky na proces laminace extrémně přísné. Vrstvy musí být nejen těsně přiléhající, ale také musí být zajištěno vysoce přesné zarovnání mezi vrstvami, aby se dosáhlo přesného spojení mezi malými otvory a obvody. Během procesu laminace je třeba přesně kontrolovat parametry, jako je teplota, tlak a čas, aby se zabránilo vadám, jako je posun mezi vrstvami a bubliny, a aby se zajistil celkový výkon desky HDI.

 Rozdíly ve výkonnostních charakteristikách

Elektrické vlastnosti

Běžné desky plošných spojů (PCB) mají určitá omezení, pokud jde o rychlost a frekvenci přenosu signálu. S rostoucí frekvencí signálu se postupně stávají výraznými problémy, jako je útlum signálu a přeslechy. Je to proto, že relativně silné vodiče a větší průchody vytvářejí větší odpor, indukčnost a kapacitu, což ovlivňuje integritu signálu.

Desky HDI se spoléhají na jemné linky a konstrukci s mikrootvory, které výrazně snižují odpor, indukčnost a kapacitu vedení, a tím efektivně snižují ztráty a rušení během přenosu signálu. Dobře fungují při vysokorychlostním a vysokofrekvenčním přenosu signálu a mohou splňovat požadavky na aplikace, jako je 5G komunikace a vysokorychlostní ukládání dat, které kladou extrémně vysoké požadavky na kvalitu přenosu signálu.

Mechanické vlastnosti

Mechanická pevnost běžných desek plošných spojů (PCB) závisí hlavně na materiálu a tloušťce substrátu a existují určité nedostatky v miniaturizaci a tenkosti. Vzhledem ke své relativně jednoduché struktuře jsou při vystavení komplexnímu namáhání náchylné k problémům, jako je deformace desky a praskání pájených spojů.

Desky HDI využívají tenčí, lehčí a pevnější substráty a zároveň zlepšují celkovou mechanickou stabilitu optimalizací vícevrstvé struktury. I když je tenká, odolávají určitému stupni mechanického namáhání, jako jsou vibrace a nárazy, a jsou vhodné pro mobilní elektronická zařízení a další oblasti s přísnými požadavky na objem a hmotnost zařízení.

Různé oblasti použití

Běžné desky plošných spojů (PCB) se široce používají v některých elektronických zařízeních, která nemají vysoké požadavky na výkon a prostor díky nízkým nákladům a relativně jednoduchému výrobnímu procesu, jako jsou běžné domácí spotřebiče (jako jsou televizory, pračky), levné spotřební elektronika (jako jsou běžná rádia, jednoduchá dálková ovládání) a nepodstatné součásti obvodů v některých průmyslových řídicích zařízeních.

Desky HDI se používají hlavně ve špičkových elektronických zařízeních díky svému vynikajícímu výkonu a možnostem integrace s vysokou hustotou. Například chytré telefony potřebují integrovat velké množství funkcí v malém prostoru a desky HDI dokáží splnit jejich požadavky na vysokorychlostní přenos signálu, miniaturizaci a tenkost. V oblasti počítačů se desky HDI ve velkém množství používají i v základních deskách serverů, špičkových grafických kartách a dalších komponentách s extrémně vysokými požadavky na výkon, aby se zajistilo vysokorychlostní zpracování a přenos dat. Kromě toho hrají desky HDI klíčovou roli i ve vysoce přesných oblastech, jako je letecký a kosmický průmysl a lékařské vybavení, a poskytují podporu pro stabilní provoz složitých elektronických systémů.

Mezi deskami plošných spojů HDI a běžnými deskami plošných spojů existují významné rozdíly, pokud jde o definici struktury, výrobní proces, výkonnostní charakteristiky a oblasti použití. Díky své pokročilé technologii a vynikajícímu výkonu hrají desky HDI důležitou roli v podpoře vývoje elektronických zařízení směrem k miniaturizaci a vysokému výkonu, zatímco běžné desky plošných spojů i nadále vykazují své cenové výhody ve středních a nižších aplikacích. Pochopení rozdílu mezi těmito dvěma pomůže výrobcům elektronických zařízení vybrat vhodná řešení desek plošných spojů podle požadavků produktu a podpoří neustálý rozvoj elektronického průmyslu.