PCB 設計ソフトウェアでの HDI PCB レイアウトと配線の設定

より高度な PCB は、通常、カスタマイズされた IC/SoC、より高いレイヤー、およびより小さなトレースを使用して、より小さなスペースにより多くの機能を詰め込みます。これらのデザインのレイアウトを正しく設定するには、一連の強力なルール駆動型デザインツールが必要です。これらのツールは、PCB 作成時にデザインルールに従って配線とレイアウトをチェックできます。最初の HDI レイアウトを使用している場合、PCB レイアウトを開始するときにどのデザインルールを設定する必要があるかを確認するのが難しい場合があります。

このホワイトペーパーでは、HDI PCB レイアウトを作成する際に設定する重要なデザインルールと、効率を改善するためのいくつかの手法について説明します。 Altium designer には、これらのルールに簡単にアクセスして編集できるようにする便利なインターフェイスが含まれていますが、ここに示されているルールは通常、どの設計プラットフォームにも適用できます。

HDI PCB レイアウトの設定

HDI PCB の場合、コンポーネントと配線密度を除いて、これらの製品を標準 PCB と区別することはほとんどありません。 HDI ボードとは、1000 万以下のビア、600 万以下の配線、または 0.5 mm 以下のピン間隔を持つものを指していると設計者が指摘するのを見てきました。 HDI PCB は約 8 ミル以下のブラインドホールを使用し、それより小さなブラインドホールはレーザーで開けられると製造元に伝えられます。

HDI PCB レイアウトの構成には特定のしきい値がないため、いくつかの点では正しいです。デザインにマイクロポアが含まれていれば、それが HDI プレートであることに誰もが同意できます。デザインに関しては、レイアウトに触れる前にいくつかのデザインルールを設定する必要があります。設計ルールを確立する前に、メーカーの能力を収集する必要があります。この操作が完了したら、デザインルールといくつかのレイアウト機能を設定する必要があります。

配線幅とスルーホールサイズ。トレースの幅とそのインピーダンスおよび配線幅によって、HDI システムに入るタイミングが決まります。配線幅が十分に小さくなると、スルーホールが非常に小さくなるため、マイクロスルーホールとして製造する必要があります。

レイヤー遷移。スルーホールは、必要な層の厚さにも依存するアスペクト比に従って慎重に設計する必要があります。レイヤ遷移は、ルーティング中にすばやく配置できるように、できるだけ早く定義する必要があります。

HDI PCB

クリアランス。トレースは相互に、またネットワークに属さない他のオブジェクト (パッド、コンポーネント、プレーンなど) から分離する必要があります。ここでの目標は、HDI DFM ルールに確実に準拠し、過度のクロストークを防ぐことです。

配線長の調整、最大配線長、配線時の許容インピーダンス偏差など、その他の配線制限も重要ですが、HDI ボード以外の場所にも適用されます。ここで、最も重要な 2 つのポイントは、スルーホールのサイズと配線幅です。ギャップは、さまざまな方法 (シミュレーションなど) で、または標準的な経験則に従って決定できます。後者の場合は、内部クロストークが過剰になったり、配線密度が不十分になったりする可能性があるため、注意してください。

ラミネーションとビア

HDI スタックは、必要な配線密度に適応するために、数層から数十層に及ぶ場合があります。ピン数の多いファインピッチ BGA を備えた回路基板は、象限ごとに数百の接続を持つことができるため、HDI PCB レイアウトのレイヤースタックを作成するときにビアを設定する必要があります。

PCB 設計ソフトウェアでレイヤスタックマネージャを表示すると、特定のレイヤ変換をマイクロホールとして明示的に定義できない場合があります。問題ない; レイヤトランジションを設定し、デザインルールでスルーホールのサイズ制限を設定することもできます。 Altium Designer では、Layer Stack Manager でトランジションを作成し、Properties パネルでホールとしてマークすることができます。

マイクロチャネルをマイクロチャネルと呼ぶこの機能は、設計ルールを設定してテンプレートを作成すると便利です。ビアを介した配線のデザインルールを設定するために、ウェルにのみ適用するデザインルールを定義できます。これにより、パッドのサイズと穴の直径によってギャップの特定の制限を設定できます。

ここで定義されているスルーホールの幅とパッドのサイズは、以前のプロジェクトのメーカーの能力に基づいていることに注意してください。デザインルールの設定を開始する前に、その機能についてメーカーに問い合わせてください。次に、デザインルールで配線幅を設定して、配線インピーダンスが目的の値に制御されるようにする必要があります。それ以外の場合、インピーダンス制御は必要なく、HDI ボードの配線幅を制限して高い配線密度を維持したい場合があります。

配線幅

必要な配線幅は、いくつかの方法で決定できます。まず、インピーダンス制御ルーティングには、次のツールのいずれかが必要です。

必要なトレースサイズを計算するためのペンと紙 (難しい方法)

オンライン電卓（クイックメソッド）

設計およびレイアウトツールに統合されたフィールドソルバー (最も正確な方法)

このホワイトペーパーでは、オンライン計算機を使用してルーティングインピーダンスを計算することの欠点について説明します。また、HDI PCB レイアウトのルーティングサイズを調整する場合にも、同じ観点が当てはまります。

ルート幅を設定するには、スルーホールサイズの場合と同じように、Design Rule Editor で制約として定義できます。インピーダンスコントロールを気にしなければ、任意の幅に設定できます。それ以外の場合は、PCB スタックのインピーダンス曲線を決定し、この特定の幅をデザインルールとして入力する必要があります。

ビアパッドのサイズに対して配線幅を大きくしすぎることはできないため、慎重にバランスを取る必要があります。インピーダンス制御の配線幅が大きすぎる場合は、ラミネートの厚さを減らす必要があります。これにより、配線幅が減少するか、パッドのサイズを大きくすることができます。プラットフォームのサイズが IPC 規格に記載されている値を超えていれば、信頼性の観点からは問題ありません。

インピーダンス制御に必要な幅を決定したら、この値をデザインルールに設定するだけです。統合されたフィールドソルバーを使用してインピーダンス曲線を定義し、それを使用して設計規則で必要な幅を適用できます。

クリアランス

上記の 2 つの重要なタスクを完了したら、適切なトレースギャップを決定する必要があります。残念ながら、トレース間の間隔は、3W または 3H の経験則をデフォルトにすべきではありません。これらの規則は、高速信号を使用する高度なボードに誤って適用されるからです。逆に、提案された配線幅でクロストークシミュレーションを行い、過剰なクロストークが発生するかどうかを確認することをお勧めします。基板加工工場説明：HDI基板のレイアウトと配線は、基板設計ソフトで設定。