HDI PCB、材料、および利点とは何かを詳細に分析しますか?

デジタルの世界は刻一刻と複雑になり、それに関連するハードウェアはますます小さくなっています。 HDI PCB には多くの利点があり、小さな面積でより多くの相互接続を実現できます。 これは、多くのアプリケーションに使用できる回路基板の小型化につながります。

PCB 業界は、すべての電子製品の開発において重要な役割を果たしています。 誰かの胸にあるペースメーカーやプログラマーのワークステーションのマザーボードに例えると、PCB は重要な電子機器の製造を可能にします。

コンポーネントのサイズが縮小するにつれて、プリント基板メーカーはトレンドの変化に適応します。 これがHDIデザインの誕生につながりました。 これにより、コンポーネント数が多く、速度が速い、より小型で高密度の PCB が可能になります。

HDI基板とは?

高密度相互接続 (HDI) は、最小のフットプリントでより多くの相互接続を備えた単純な PCB です。 これは回路基板の小型化につながる。 コンポーネントがより近くに配置され、ボード スペースが大幅に削減されますが、機能は損なわれません。

より正確には、1 平方インチあたり平均 120 ～ 160 ピンの PCB が HDI PCB と見なされます。 HDI 設計は、高密度のコンポーネント配置と多彩な配線を組み合わせています。 HDI は微孔性技術を普及させました。 マイクロビア、埋め込みビア、ブラインド ビアを実装して、より高密度の回路を作成します。 HDI 設計での銅の穴あけが減少しました。

HDI PCB の利点は何ですか?

並外れた汎用性: HDI ボードは、重量、スペース、信頼性、およびパフォーマンスが主な関心事である場合に最適です。

コンパクトな設計: ブラインド ビア、埋め込みビア、マイクロ ビアの組み合わせにより、必要な基板スペースが削減されます。

より優れたシグナル インテグリティ: HDI はビア イン パッドとブラインド ビア技術を利用しています。 これにより、コンポーネントを互いに近くに保つことができ、信号経路の長さが短縮されます。 HDI テクノロジーはスルーホール スタブを取り除き、信号の反射を減らし、信号品質を向上させます。 したがって、信号経路が短くなるため、信号の完全性が大幅に向上します。

高い信頼性: スタック ビアの実装により、これらのボードは極端な環境条件に対するスーパー バリアになります。

コスト効率: 標準の 8 層スルーホール ボード (標準 PCB) の機能は、品質を損なうことなく 6 層 HDI ボードに縮小できます。

HDI PCB 設計のヒント

HDI が必要であると判断したら、スタックを調べる必要があります。 他に解決策がまったくない場合を除き、3 つ以上の連続したレイヤーを使用しないでください。 BGA や QFN などの複雑な IC には、適切なファンアウト戦略を使用することをお勧めします。ファンアウト戦略を正しく計画すれば、連続するラミネーションの数を減らすのに役立ちます。

HDI と標準 PCB の違い

HDI は、非 HDI よりも優れたシグナル インテグリティ パフォーマンスを本質的に提供します。これは、小さなブラインド ビアや埋め込みビアを使用すると、すべての浮遊容量と浮遊インダクタンスが減少するためです。 スタブがないため、マイクロビアのインピーダンスはトレース インピーダンスに近くなります。 通常のビアの浮遊容量ははるかに高く、マイクロビアよりもインピーダンスの不連続性が大きくなります。 HDI と従来の PCB の注目すべき違いを以下に示します。

標準（スルーホール）PCB

  平方インチあたりの部品密度が高い HDI に比べて小さい

  より小さく、より軽く、より機能的なボード より大きく、より重いボード

  ブラインド、埋め込み、およびマイクロビアの実装

  レーザー直接穴あけ 機械穴あけ

  少ないレイヤー 多いレイヤー

  ピン数の多い低ピッチ パッケージと互換性がある 低ピッチ パッケージとの互換性の問題に直面する可能性がある

HDI スタックとビア構造を理解する

「私たちは HP で HDI ボードの設計に 10 年を費やし、これらが『単なる小さなビア以上のもの』であることに気付きました。私たちは、TH 多層を設計し、BGA ブレークアウトで小さなレーザー ドリル ブラインド ビアを使用して、より大きなドリル TH ビアの代わりに使用してきました。その後、 >600 ビア/秒では、20,000 レーザー ドリル (または 200,000) のコストが 200 レーザー ドリルと同じであることに気付きました. その後、あらゆる機械的穴あけをレーザー穴あけに置き換える方法を探し始めました.

また、以前は 1 つの TH のスペースしかなかったのに対し、BGA のパッド間にレーザー ドリルで穴を開けた 2 つのブラインド ビア用のスペースも見つけました。 これは、これらのブラインド ビアを内層に配置することによって作成された「チャネル」と「大通り」につながります。 チャネルと大通りは、内層で 2 倍から 4 倍の配線密度を得るための「レシピ」です。つまり、信号層の数を減らすことができるため、リファレンス プレーンの数を減らすことができます。

過去に作成した HDI ボードに戻って、各レイヤーの「ピン数/平方インチ」と「インチ/平方インチ」のルーティングを測定し、将来のビルドを作成して「独自のテーブル」を作成し、 人々 。 "

積層プロセスとさまざまなタイプの HDI PCB スタックアップ

HDI PCB は、高密度の配線層で構成された多層基板です。 基板はラミネーション プロセスによってまとめられ、層はさまざまな種類のビアを使用して電気的に相互接続されます。

積層プロセスは、内側の銅層のエッチングから始まります。 その後、それらは部分的に硬化したラミネートによって分離され、本のように積み重ねられ、上下にプリプレグ層がありました。 次に、レイアップをプレスし、プリプレグを液化するのに十分なほど加熱します。 これらの液化したプリプレグは冷却され、層がくっつきます。

ブラインドおよび埋め込みビア スタックアップの場合、PCB は複数の連続したラミネーションを通過します。 ラミネートの数が多いほど、ボードのコストが高くなります。

配線密度を上げるために、設計者は層の数を増やし、複雑なスタックアップをもたらします。 メーカーは、このような複雑なデザインを作成するために、順次積層プロセスを使用します。

一般的なスタッキング タイプの一部を以下に示します。

1+N+1 – PCB には 1 つの高密度相互接続層が含まれます

i+N+i (i≥2) – PCB には 2 つ以上の高密度相互接続層が含まれます。 異なる層のマイクロビアは、ずらしたり積み重ねたりすることができます

i+bN+i (i≥2) – 埋め込みビアを含む

Any Layer HDI - PCB のすべての層は、高密度の相互接続層です。 これにより、銅で満たされた積層マイクロビア構造を使用して、PCB の任意の層の導体を自由に相互接続できます。

HDI PCB のアプリケーションは何ですか?

ヘルスケア分野

HDI PCB は医療業界に影響を与えています。 医療機器は、インプラント、ラボ、画像機器などの小型機器に取り付けることができるため、多くの場合 HDI です。 医療機器は、病気の診断において重要な役割を果たし、実際に生命維持を提供します。 例: ペースメーカー、診断および監視施設。

小型化されたカメラサイズにより、患者の内部を見て正確な診断を確立することが可能です。 カメラは小さくなりましたが、画質は低下していません。 HDI PCB テクノロジは、これらの進歩に対応することを可能にします。

一部の男性がイライラする開放端から挿入する必要があるカメラは、サイズが小さくなり、画像の鮮明度が向上します。 大腸内視鏡検査を受けることは、もうそれほど苦痛ではないと思います。 PCB のサイズが減少していることに感謝します。

車

自動車メーカーは、車内のスペースを節約できる小型 PCB を好みます。 テスラのようなブランドが未来的な車を展開するにつれて、電子機器を統合してより良い運転体験を提供することが自動車メーカーの主要な焦点となっています。

スマートフォンとタブレット

すべてのスマートフォンは、ELIC (Interconnect per Layer) 構造の HDI PCB です。 HDI PCB は、ポータブル電子機器の薄型化と小型化を担っています。

ウェアラブル技術

Apple Watch や VR ヘッドセットなどのその他のウェアラブルの導入により、HDI は消費者市場の主要な利害関係者になりつつあります。 ウェアラブル技術は、その優れた機能により、若い世代の間で人気が高まっています。

軍事および航空宇宙

HDI は、軍事通信機器や、ミサイルや防衛システムなどのその他の戦略機器に組み込まれています。 HDI PCB は、極端な環境や危険な条件に最適であり、航空宇宙および軍事用途に最適です。

HDI を使用した設計

「コンポーネントの間隔が必要な場合、または基板サイズが必要な場合、HDI は不可欠です。 この例には、スマートフォン、ウェアラブル技術、ロボット工学が含まれます。 適切に設計された HDI ボードは、ボードの小型化 (ボード サイズの縮小) を可能にするか、2 つのスルーホール (TH) ボードを 1 つのボードに組み合わせることができます (面積あたりのピンの増加)。 適切に設計された HDI ボードは、スルーホール ボードよりもレイヤーあたりのトレース長が平均で 2 ～ 3 倍長くなります。一部の非常に優れた HDI 設計者は、4 倍のパフォーマンスを報告しています。 そのため、現在のスルー ホール設計密度のパフォーマンスがどの程度かがわかれば、優れた HDI 設計パフォーマンスを判断できます。 HDI ボードは、従来の多層ボードよりも計画が困難です。多層ボードには、ボード サイズと信号層という 2 つの自由度しかないためです。

HDI には、密度に影響を与える無数の構造と変数があります。 ブラインド ビア、スキップ ビア、スタガード ビア、スタック ビア、および埋め込みビアが密度にどのように影響するかを理解するには、「ルート テスト」を実行し、これらの異なるスタックアップと構造をすべて使用する必要があります。 メトリック (インチ/平方インチおよびピン/平方インチ) を測定することにより、これらの密度測定値を対応する構造に関連付けるテーブルを作成できます。 "

特定のサイズのボードに実装する必要がある場合、またはボードの 1 平方インチあたりの平均接続数が非常に多い場合は、HDI PCB 設計手法を使用してください。 すべての部品とテスト ポイントの接続をボードのサイズで割った数が 1 平方インチあたり 120 ～ 130 ピン未満の場合、HDI は必要ありません。