Nell'architettura di base dei dispositivi elettronici, il PCB è come una complessa rete neurale, che trasporta la trasmissione del segnale e l'alimentazione di energia tra i componenti elettronici. Con il rapido sviluppo della tecnologia elettronica verso la miniaturizzazione e le alte prestazioni, è emerso un tipo di PCB più avanzato: la scheda HDI. La scheda HDI differisce significativamente dai normali PCB sotto molti aspetti, il che influenza profondamente le prestazioni e la direzione di sviluppo delle apparecchiature elettroniche.

Definizione e differenze strutturali

Un PCB ordinario è un circuito stampato che realizza connessioni punto-punto e componenti stampati su un substrato isolante secondo un design predeterminato. La sua struttura è relativamente semplice. È generalmente realizzato con schede rivestite in rame mediante foratura, incisione del circuito, galvanica e altri processi. Il layout del circuito e le impostazioni dei via sono relativamente convenzionali ed è adatto a dispositivi elettronici che non richiedono spazio e prestazioni elevati.

Le schede HDI enfatizzano l'interconnessione ad alta densità. Utilizzano la tecnologia a microfori e tecniche avanzate come la perforazione laser per ottenere più connessioni elettriche in uno spazio più piccolo. Le schede HDI hanno solitamente substrati più sottili e circuiti più fini, e il numero di strati è relativamente elevato. Possono integrare più funzioni in uno spazio limitato, migliorando notevolmente l'integrazione dei dispositivi elettronici.

 Confronto del processo produttivo

Processo di perforazione

La foratura tradizionale dei PCB adotta principalmente un metodo meccanico, in cui la punta ruota sulla scheda rivestita in rame per realizzare il foro del diametro desiderato. Sebbene questo metodo sia economico, il diametro del foro è relativamente grande, generalmente superiore a 0,3 mm, ed è facile che si verifichino deviazioni nella foratura ad alta precisione di schede multistrato.

Le schede HDI utilizzano ampiamente la tecnologia di foratura laser, che utilizza raggi laser ad alta densità di energia per fondere o vaporizzare istantaneamente la scheda e formare microfori, il cui diametro può arrivare fino a 0,1 mm o anche di meno. La foratura laser ha un'altissima precisione e può realizzare tipologie di fori speciali come fori ciechi (che collegano solo lo strato esterno e quello interno) e fori interrati (che collegano lo strato interno e quello interno), il che migliora notevolmente la flessibilità e la densità delle connessioni lineari.

 Processo di incisione lineare

Quando si incidono linee su PCB comuni, il controllo sulla larghezza e l'interlinea è limitato, e la larghezza/interlinea è generalmente di circa 0,2 mm/0,2 mm. Durante il processo di incisione, è probabile che si verifichino problemi come bordi irregolari e linee non uniformi, che influiscono sulla qualità della trasmissione del segnale.

La produzione di schede HDI richiede un'altissima precisione di incisione dei circuiti. Le linee di produzione avanzate per schede HDI possono raggiungere spessori/interlinee di soli 0,05 mm/0,05 mm o anche inferiori. Utilizzando apparecchiature di esposizione e processi di incisione più sofisticati, si garantisce che i bordi delle linee siano netti e che le larghezze delle linee siano uniformi, soddisfacendo i rigorosi requisiti di qualità della trasmissione del segnale ad alta velocità e alta frequenza in linea.

Processo di laminazione

Il processo di laminazione dei PCB tradizionali prevede principalmente l'unione di più strati di schede rivestite in rame mediante pressatura a caldo, con l'obiettivo di garantire la solidità di base della connessione tra gli strati. Durante il processo di laminazione, i requisiti di precisione per l'allineamento degli strati sono relativamente bassi.

A causa dell'elevato numero di strati e della struttura complessa delle schede HDI, i requisiti del processo di laminazione sono estremamente rigorosi. Non solo gli strati devono essere perfettamente aderenti, ma è anche necessario garantire un allineamento interstrato ad alta precisione per ottenere una connessione precisa tra i piccoli fori e i circuiti. Durante il processo di laminazione, parametri come temperatura, pressione e tempo devono essere controllati con precisione per prevenire difetti come offset interstrato e bolle, e per garantire le prestazioni complessive della scheda HDI.

 Differenze nelle caratteristiche prestazionali

Proprietà elettriche

I PCB tradizionali presentano alcune limitazioni in termini di velocità e frequenza di trasmissione del segnale. All'aumentare della frequenza del segnale, problemi come l'attenuazione del segnale e la diafonia diventano gradualmente evidenti. Questo perché le linee relativamente spesse e i fori di via più grandi producono maggiore resistenza, induttanza e capacità, compromettendo l'integrità del segnale.

Le schede HDI si basano su linee sottili e un design a microfori per ridurre notevolmente la resistenza di linea, l'induttanza e la capacità, riducendo efficacemente le perdite e le interferenze durante la trasmissione del segnale. Offrono ottime prestazioni nella trasmissione di segnali ad alta velocità e alta frequenza e possono soddisfare scenari applicativi come le comunicazioni 5G e l'archiviazione dati ad alta velocità, che presentano requisiti estremamente elevati per la qualità della trasmissione del segnale.

Proprietà meccaniche

La resistenza meccanica dei PCB tradizionali dipende principalmente dal materiale e dallo spessore del substrato, e presenta alcuni colli di bottiglia nella miniaturizzazione e nello spessore ridotto. A causa della sua struttura relativamente semplice, è soggetto a problemi come la deformazione della scheda e la rottura dei giunti di saldatura quando sottoposto a sollecitazioni complesse.

Le schede HDI utilizzano substrati più sottili, leggeri e resistenti, migliorando al contempo la stabilità meccanica complessiva grazie all'ottimizzazione della struttura multistrato. Pur garantendo uno spessore ridotto, sono in grado di resistere a un certo grado di stress meccanico, come vibrazioni e urti, e sono adatte all'impiego in dispositivi elettronici mobili e in altri settori che richiedono requisiti rigorosi in termini di volume e peso.

Diversi campi di applicazione

I PCB comuni sono ampiamente utilizzati in alcuni dispositivi elettronici che non hanno requisiti elevati in termini di prestazioni e spazio a causa del loro basso costo e del processo di fabbricazione relativamente semplice, come i comuni elettrodomestici (come televisori, lavatrici), prodotti elettronici di consumo di fascia bassa (come radio comuni, semplici telecomandi) e parti di circuiti non centrali in alcune apparecchiature di controllo industriale.

Le schede HDI sono utilizzate principalmente in apparecchiature elettroniche di fascia alta grazie alle loro eccellenti prestazioni e alla capacità di integrazione ad alta densità. Ad esempio, gli smartphone devono integrare un gran numero di funzioni in uno spazio ridotto e le schede HDI possono soddisfare le loro esigenze di trasmissione del segnale ad alta velocità, miniaturizzazione e spessore ridotto; nel settore informatico, anche le schede madri per server, le schede grafiche di fascia alta e altri componenti con requisiti prestazionali estremamente elevati utilizzano schede HDI in grandi quantità per garantire elaborazione e trasmissione dati ad alta velocità; inoltre, in settori ad alta precisione come le apparecchiature aerospaziali e medicali, le schede HDI svolgono un ruolo chiave, fornendo supporto per il funzionamento stabile di sistemi elettronici complessi.

Esistono differenze significative tra le schede HDI e i PCB tradizionali in termini di definizione della struttura, processo di produzione, caratteristiche prestazionali e aree di applicazione. Grazie alla loro tecnologia avanzata e alle eccellenti prestazioni, le schede HDI svolgono un ruolo importante nel promuovere lo sviluppo delle apparecchiature elettroniche verso la miniaturizzazione e le alte prestazioni, mentre i PCB tradizionali continuano a mostrare i loro vantaggi in termini di costi nelle aree applicative di fascia media e bassa. Comprendere la differenza tra i due aiuterà i produttori di apparecchiature elettroniche a scegliere soluzioni di circuiti stampati appropriate in base ai requisiti del prodotto e a promuovere il continuo sviluppo del settore elettronico.