Στην βασική αρχιτεκτονική των ηλεκτρονικών συσκευών, η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) είναι σαν ένα πολύπλοκο νευρωνικό δίκτυο, που μεταφέρει το σήμα και την παροχή ενέργειας μεταξύ των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Με την ταχεία ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τεχνολογίας προς τη σμίκρυνση και την υψηλή απόδοση, έχει αναδυθεί ένας πιο προηγμένος τύπος PCB - η πλακέτα HDI. Η πλακέτα HDI διαφέρει σημαντικά από την συνηθισμένη πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος σε πολλές πτυχές, γεγονός που επηρεάζει βαθιά την απόδοση και την κατεύθυνση ανάπτυξης του ηλεκτρονικού εξοπλισμού.

Ορισμός και δομικές διαφορές

Η συνηθισμένη πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) είναι μια τυπωμένη πλακέτα που σχηματίζει συνδέσεις από σημείο σε σημείο και τυπωμένα εξαρτήματα σε ένα μονωτικό υπόστρωμα σύμφωνα με ένα προκαθορισμένο σχέδιο. Η δομή της είναι σχετικά απλή. Γενικά κατασκευάζεται από πλακέτες επενδυμένες με χαλκό μέσω διάτρησης, χάραξης κυκλώματος, ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης και άλλων διαδικασιών. Η διάταξη του κυκλώματος και οι ρυθμίσεις διέλευσης είναι σχετικά συμβατικές και είναι κατάλληλες για ηλεκτρονικές συσκευές που δεν απαιτούν μεγάλο χώρο και απόδοση.

Οι πλακέτες HDI δίνουν έμφαση στη διασύνδεση υψηλής πυκνότητας. Χρησιμοποιούν τεχνολογία μικροοπών και προηγμένα μέσα όπως η διάτρηση με λέιζερ για την επίτευξη περισσότερων ηλεκτρικών συνδέσεων σε μικρότερο χώρο. Οι πλακέτες HDI συνήθως έχουν λεπτότερα υποστρώματα και λεπτότερα κυκλώματα, και ο αριθμός των στρώσεων είναι σχετικά μεγάλος. Μπορούν να ενσωματώσουν περισσότερες λειτουργίες σε περιορισμένο χώρο, βελτιώνοντας σημαντικά την ενσωμάτωση των ηλεκτρονικών συσκευών.

 Σύγκριση παραγωγικής διαδικασίας

Διαδικασία γεώτρησης

Η συνηθισμένη διάτρηση PCB υιοθετεί ως επί το πλείστον τη μηχανική μέθοδο διάτρησης και το τρυπάνι περιστρέφεται στην πλακέτα με επικάλυψη χαλκού για να διατρήσει την απαιτούμενη διάμετρο οπής. Αν και αυτή η μέθοδος είναι χαμηλού κόστους, η διάμετρος της οπής είναι σχετικά μεγάλη, γενικά πάνω από 0,3 mm, και είναι εύκολο να υπάρξουν αποκλίσεις για διάτρηση υψηλής ακρίβειας σε πολυστρωματικές πλακέτες.

Οι πλακέτες HDI χρησιμοποιούν ευρέως την τεχνολογία διάτρησης με λέιζερ, χρησιμοποιώντας δέσμες λέιζερ υψηλής ενεργειακής πυκνότητας για άμεση τήξη ή εξάτμιση της πλακέτας για να σχηματίσουν μικρο-οπές, και η διάμετρος της οπής μπορεί να είναι τόσο μικρή όσο 0,1 mm ή και μικρότερη. Η διάτρηση με λέιζερ έχει εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια και μπορεί να δημιουργήσει ειδικούς τύπους οπών, όπως τυφλές οπές (που συνδέουν μόνο το εξωτερικό και το εσωτερικό στρώμα) και θαμμένες οπές (που συνδέουν το εσωτερικό και το εσωτερικό στρώμα), γεγονός που βελτιώνει σημαντικά την ευελιξία και την πυκνότητα των συνδέσεων γραμμής.

 Διαδικασία χάραξης γραμμής

Κατά την χάραξη γραμμών σε συνηθισμένα PCB, ο έλεγχος του πλάτους και της απόστασης μεταξύ των γραμμών είναι περιορισμένος και το πλάτος γραμμής/απόσταση μεταξύ των γραμμών είναι γενικά περίπου 0,2 mm/0,2 mm. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χάραξης, είναι πιθανό να εμφανιστούν προβλήματα όπως τραχιές άκρες γραμμών και ανομοιόμορφες γραμμές, επηρεάζοντας την ποιότητα μετάδοσης σήματος.

Η παραγωγή πλακετών HDI απαιτεί εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια χάραξης κυκλώματος. Οι προηγμένες γραμμές παραγωγής πλακετών HDI μπορούν να επιτύχουν πλάτη γραμμών/απόσταση γραμμών μόλις 0,05 mm/0,05 mm ή και μικρότερα. Χρησιμοποιώντας πιο εξελιγμένο εξοπλισμό έκθεσης και διαδικασίες χάραξης, εξασφαλίζεται ότι οι άκρες των γραμμών είναι καθαρές και τα πλάτη των γραμμών ομοιόμορφα, ικανοποιώντας τις αυστηρές απαιτήσεις υψηλής ταχύτητας και υψηλής συχνότητας μετάδοσης σήματος σε πραγματικό χρόνο.

Διαδικασία πλαστικοποίησης

Η διαδικασία πλαστικοποίησης των συνηθισμένων πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) περιλαμβάνει κυρίως τη συγκόλληση πολλαπλών στρώσεων πλακετών με επικάλυψη χαλκού μέσω θερμής συμπίεσης, με έμφαση στη διασφάλιση της βασικής σταθερότητας σύνδεσης μεταξύ των στρωμάτων. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πλαστικοποίησης, οι απαιτήσεις για την ακρίβεια ευθυγράμμισης των ενδιάμεσων στρώσεων είναι σχετικά χαμηλές.

Λόγω του μεγάλου αριθμού στρώσεων και της σύνθετης δομής των πλακετών HDI, οι απαιτήσεις της διαδικασίας πλαστικοποίησης είναι εξαιρετικά αυστηρές. Δεν πρέπει μόνο τα στρώματα να είναι σφιχτά τοποθετημένα, αλλά πρέπει επίσης να διασφαλίζεται η ευθυγράμμιση των ενδιάμεσων στρώσεων υψηλής ακρίβειας για την επίτευξη ακριβούς σύνδεσης μεταξύ μικροσκοπικών οπών και κυκλωμάτων. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πλαστικοποίησης, παράμετροι όπως η θερμοκρασία, η πίεση και ο χρόνος πρέπει να ελέγχονται με ακρίβεια για την αποφυγή ελαττωμάτων όπως η μετατόπιση των ενδιάμεσων στρώσεων και οι φυσαλίδες, και για να διασφαλίζεται η συνολική απόδοση της πλακέτας HDI.

 Διαφορές στα χαρακτηριστικά απόδοσης

Ηλεκτρικές ιδιότητες

Οι συνηθισμένες πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος (PCB) έχουν ορισμένους περιορισμούς όσον αφορά την ταχύτητα και τη συχνότητα μετάδοσης σήματος. Καθώς αυξάνεται η συχνότητα του σήματος, προβλήματα όπως η εξασθένηση του σήματος και η διασταυρούμενη ομιλία (crosstalk) γίνονται σταδιακά εμφανή. Αυτό συμβαίνει επειδή οι σχετικά παχιές γραμμές και οι μεγαλύτερες οπές διέλευσης θα παράγουν μεγαλύτερη αντίσταση, επαγωγή και χωρητικότητα, επηρεάζοντας την ακεραιότητα του σήματος.

Οι πλακέτες HDI βασίζονται σε λεπτές γραμμές και σχεδιασμό μικροοπών για να μειώσουν σημαντικά την αντίσταση γραμμής, την επαγωγή και την χωρητικότητα, μειώνοντας αποτελεσματικά τις απώλειες και τις παρεμβολές κατά τη μετάδοση σήματος. Αποδίδουν καλά στη μετάδοση σήματος υψηλής ταχύτητας και υψηλής συχνότητας και μπορούν να ανταποκριθούν σε σενάρια εφαρμογών όπως οι επικοινωνίες 5G και η αποθήκευση δεδομένων υψηλής ταχύτητας που έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για την ποιότητα μετάδοσης σήματος.

Μηχανικές ιδιότητες

Η μηχανική αντοχή των συνηθισμένων πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) εξαρτάται κυρίως από το υλικό και το πάχος του υποστρώματος, και υπάρχουν ορισμένα σημεία συμφόρησης στη σμίκρυνση και τη λεπτότητα. Λόγω της σχετικά απλής δομής τους, είναι επιρρεπείς σε προβλήματα όπως η παραμόρφωση της πλακέτας και η ρωγμάτωση των αρμών συγκόλλησης όταν υποβάλλονται σε σύνθετες καταπονήσεις.

Οι πλακέτες HDI χρησιμοποιούν λεπτότερα, ελαφρύτερα και ισχυρότερα υποστρώματα και ταυτόχρονα βελτιώνουν τη συνολική μηχανική σταθερότητα βελτιστοποιώντας τον σχεδιασμό της πολυστρωματικής δομής. Παράλληλα με την εξασφάλιση της λεπτότητας, μπορούν να αντέξουν σε ένα ορισμένο βαθμό μηχανικής καταπόνησης, όπως κραδασμούς και κρούσεις, και είναι κατάλληλες για κινητές ηλεκτρονικές συσκευές και άλλους τομείς που έχουν αυστηρές απαιτήσεις ως προς τον όγκο και το βάρος των συσκευών.

Διαφορετικά πεδία εφαρμογής

Οι συνηθισμένες πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος (PCB) χρησιμοποιούνται ευρέως σε ορισμένες ηλεκτρονικές συσκευές που δεν έχουν υψηλές απαιτήσεις απόδοσης και χώρου λόγω του χαμηλού κόστους και της σχετικά απλής διαδικασίας κατασκευής τους, όπως οι συνηθισμένες οικιακές συσκευές (όπως τηλεοράσεις, πλυντήρια ρούχων), τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης χαμηλού κόστους (όπως τα συνηθισμένα ραδιόφωνα, τα απλά τηλεχειριστήρια) και τα μη βασικά εξαρτήματα κυκλωμάτων σε ορισμένο βιομηχανικό εξοπλισμό ελέγχου.

Οι πλακέτες HDI χρησιμοποιούνται κυρίως σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας λόγω της εξαιρετικής τους απόδοσης και των δυνατοτήτων ενσωμάτωσης υψηλής πυκνότητας. Για παράδειγμα, τα smartphones πρέπει να ενσωματώνουν μεγάλο αριθμό λειτουργιών σε μικρό χώρο και οι πλακέτες HDI μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες τους για μετάδοση σήματος υψηλής ταχύτητας, σμίκρυνση και λεπτότητα. Στον τομέα των υπολογιστών, οι μητρικές πλακέτες διακομιστών, οι κάρτες γραφικών υψηλής τεχνολογίας και άλλα εξαρτήματα με εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις απόδοσης χρησιμοποιούν επίσης πλακέτες HDI σε μεγάλες ποσότητες για να εξασφαλίσουν επεξεργασία και μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας. Επιπλέον, σε τομείς υψηλής ακρίβειας όπως η αεροδιαστημική και ο ιατρικός εξοπλισμός, οι πλακέτες HDI παίζουν επίσης βασικό ρόλο, παρέχοντας υποστήριξη για τη σταθερή λειτουργία σύνθετων ηλεκτρονικών συστημάτων.

Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των πλακετών HDI και των συνηθισμένων πλακετών τυπωμένου κυκλώματος (PCB) όσον αφορά τον ορισμό της δομής, τη διαδικασία κατασκευής, τα χαρακτηριστικά απόδοσης και τους τομείς εφαρμογής. Με την προηγμένη τεχνολογία και την εξαιρετική τους απόδοση, οι πλακέτες HDI διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην προώθηση της ανάπτυξης ηλεκτρονικού εξοπλισμού προς τη σμίκρυνση και την υψηλή απόδοση, ενώ οι συνηθισμένες πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος (PCB) συνεχίζουν να παρουσιάζουν τα πλεονεκτήματα κόστους τους σε τομείς εφαρμογής μεσαίας και χαμηλής τιμής. Η κατανόηση της διαφοράς μεταξύ των δύο θα βοηθήσει τους κατασκευαστές ηλεκτρονικού εξοπλισμού να επιλέξουν κατάλληλες λύσεις πλακετών κυκλωμάτων σύμφωνα με τις απαιτήσεις των προϊόντων και να προωθήσουν τη συνεχή ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρονικών.