V osrednji arhitekturi elektronskih naprav je tiskano vezje (PCB) kot kompleksna nevronska mreža, ki prenaša signale in energijo med elektronskimi komponentami. S hitrim razvojem elektronske tehnologije v smeri miniaturizacije in visoke zmogljivosti se je pojavila naprednejša vrsta tiskanega vezja – plošča HDI. Plošča HDI se v mnogih pogledih bistveno razlikuje od običajnega tiskanega vezja, kar močno vpliva na delovanje in smer razvoja elektronske opreme.

Definicija in strukturne razlike

Navadna tiskana vezja so tiskana vezja, ki tvorijo točkovne povezave in tiskane komponente na izolacijski podlagi v skladu z vnaprej določeno zasnovo. Njihova struktura je relativno preprosta. Običajno so izdelana iz bakreno obloženih plošč z vrtanjem, jedkanjem vezij, galvanizacijo in drugimi postopki. Razporeditev vezij in nastavitve prehodov so relativno običajne in so primerne za elektronske naprave, ki ne zahtevajo veliko prostora in zmogljivosti.

HDI plošče poudarjajo visoko gostoto medsebojnih povezav. Uporabljajo tehnologijo mikro lukenj in napredna sredstva, kot je lasersko vrtanje, za doseganje več električnih povezav v manjšem prostoru. HDI plošče imajo običajno tanjše podlage in finejša vezja, število plasti pa je relativno veliko. V omejenem prostoru lahko integrirajo več funkcij, kar močno izboljša integracijo elektronskih naprav.

 Primerjava proizvodnih procesov

Postopek vrtanja

Pri običajnem vrtanju tiskanih vezij se večinoma uporablja mehanska metoda vrtanja, pri kateri se sveder vrti na bakreno obloženi plošči, da izvrta luknjo potrebnega premera. Čeprav je ta metoda cenovno ugodna, je premer luknje relativno velik, običajno nad 0,3 mm, in pri visoko natančnem vrtanju večplastnih plošč lahko pride do odstopanj.

HDI plošče pogosto uporabljajo tehnologijo laserskega vrtanja, pri kateri se z laserskimi žarki visoke gostote energije plošča takoj tali ali upari, da se oblikujejo mikro luknje, premer luknje pa je lahko le 0,1 mm ali celo manjši. Lasersko vrtanje ima izjemno visoko natančnost in omogoča izdelavo posebnih vrst lukenj, kot so slepe luknje (ki povezujejo samo zunanjo in notranjo plast) in zakopane luknje (ki povezujejo notranjo plast in notranjo plast), kar močno izboljša fleksibilnost in gostoto linijskih povezav.

 Postopek jedkanja linij

Pri jedkanju linij na običajnih tiskanih vezjih je nadzor nad širino linije in razmikom med linijami omejen, širina/razmik med linijami pa je običajno okoli 0,2 mm/0,2 mm. Med postopkom jedkanja se lahko pojavijo težave, kot so grobi robovi linij in neenakomerne linije, kar vpliva na kakovost prenosa signala.

Proizvodnja HDI plošč zahteva izjemno visoko natančnost jedkanja vezij. Napredne proizvodne linije HDI plošč lahko dosežejo širine/razmike med črtami do 0,05 mm/0,05 mm ali celo manj. Z uporabo bolj dovršene opreme za osvetljevanje in postopkov jedkanja so robovi črt čisti in širine črt enakomerne, kar izpolnjuje stroge zahteve glede kakovosti visokohitrostnega in visokofrekvenčnega prenosa signalov po omrežju.

Postopek laminiranja

Postopek laminiranja navadnih tiskanih vezij v glavnem vključuje lepljenje več plasti bakreno obloženih plošč skupaj z vročim stiskanjem, s poudarkom na zagotavljanju osnovne trdnosti povezave med plastmi. Med postopkom laminiranja so zahteve glede natančnosti poravnave med plastmi relativno nizke.

Zaradi velikega števila plasti in kompleksne strukture HDI plošč so zahteve glede postopka laminiranja izjemno stroge. Plasti morajo biti tesno nameščene, temveč je treba zagotoviti tudi visoko natančno poravnavo med plastmi, da se doseže natančna povezava med drobnimi luknjami in vezji. Med postopkom laminiranja je treba natančno nadzorovati parametre, kot so temperatura, tlak in čas, da se preprečijo napake, kot so zamik med plastmi in mehurčki, ter da se zagotovi splošna zmogljivost HDI plošče.

 Razlike v značilnostih delovanja

Električne lastnosti

Navadne tiskane vezja imajo določene omejitve glede hitrosti in frekvence prenosa signala. Z naraščanjem frekvence signala postopoma postajajo izrazite težave, kot sta slabljenje signala in presluh. To je zato, ker relativno debele linije in večji prehodi ustvarjajo večjo upornost, induktivnost in kapacitivnost, kar vpliva na integriteto signala.

Plošče HDI se zanašajo na tanke linije in zasnovo z mikro luknjami, ki močno zmanjšajo upornost, induktivnost in kapacitivnost linij, kar učinkovito zmanjša izgube in motnje med prenosom signala. Dobro se obnesejo pri visokohitrostnem in visokofrekvenčnem prenosu signalov ter lahko izpolnjujejo scenarije uporabe, kot so 5G komunikacije in visokohitrostno shranjevanje podatkov, ki imajo izjemno visoke zahteve glede kakovosti prenosa signala.

Mehanske lastnosti

Mehanska trdnost navadnih tiskanih vezij je v glavnem odvisna od materiala in debeline podlage, obstajajo pa tudi določena ozka grla pri miniaturizaciji in tankosti. Zaradi svoje relativno preproste strukture so pri kompleksnih obremenitvah nagnjene k težavam, kot so deformacija plošče in razpoke v spajkanih spojih.

HDI plošče uporabljajo tanjše, lažje in močnejše podlage, hkrati pa izboljšujejo splošno mehansko stabilnost z optimizacijo večplastne strukture. Ob zagotavljanju tankosti lahko prenesejo določeno stopnjo mehanskih obremenitev, kot so vibracije in udarci, in so primerne za mobilne elektronske naprave in druga področja, ki imajo stroge zahteve glede prostornine in teže naprave.

Različna področja uporabe

Navadne tiskane vezja se pogosto uporabljajo v nekaterih elektronskih napravah, ki nimajo visokih zahtev glede zmogljivosti in prostora zaradi nizkih stroškov in relativno preprostega proizvodnega procesa, kot so običajni gospodinjski aparati (kot so televizorji, pralni stroji), nizkocenovni potrošniški elektroniki (kot so navadni radijski sprejemniki, preprosti daljinski upravljalniki) in nebistveni deli vezij v nekateri industrijski krmilni opremi.

Plošče HDI se zaradi odlične zmogljivosti in visoke gostote integracije uporabljajo predvsem v vrhunski elektronski opremi. Na primer, pametni telefoni morajo v majhnem prostoru integrirati veliko število funkcij, plošče HDI pa lahko zadovoljijo njihove potrebe po hitrem prenosu signalov, miniaturizaciji in tankosti; na področju računalnikov se matične plošče strežnikov, vrhunske grafične kartice in druge komponente z izjemno visokimi zahtevami glede zmogljivosti prav tako uporabljajo v velikih količinah za zagotavljanje hitre obdelave in prenosa podatkov; poleg tega imajo plošče HDI ključno vlogo tudi na področjih visoke natančnosti, kot sta vesoljska in medicinska oprema, saj zagotavljajo podporo za stabilno delovanje kompleksnih elektronskih sistemov.

Med HDI ploščami in navadnimi tiskanimi vezji obstajajo znatne razlike glede definicije strukture, proizvodnega procesa, značilnosti delovanja in področij uporabe. Z napredno tehnologijo in odličnimi zmogljivostmi imajo HDI plošče pomembno vlogo pri spodbujanju razvoja elektronske opreme v smeri miniaturizacije in visoke zmogljivosti, medtem ko navadna tiskana vezja še naprej kažejo svoje stroškovne prednosti na področjih srednjega in nižjega cenovnega razreda. Razumevanje razlike med obema bo proizvajalcem elektronske opreme pomagalo izbrati ustrezne rešitve za tiskana vezja glede na zahteve izdelka in spodbudilo nenehen razvoj elektronske industrije.