近年、電子製品の小型化と高機能化が進む傾向にあります。設計者は、これらの設計要件を満たすために、高密度相互接続（HDI）PCB技術の活用により、より小型のPCB基板を利用するようになりました。 HDIPCB ブラインド ビア、埋め込みビア、マイクロ ビア、パッド内のビア、極薄トレースなどの技術を採用し、品質とパフォーマンスを維持しながら、より小さなフットプリントに多くのコンポーネントを収容します。
HDI PCB設計は、専門知識、経験、そして適切な技術活用が求められる重要なプロセスです。HDIレイアウトの理解を深め、HDI PCB設計を成功に導くため、このブログでは、設計プロセス中に留意すべき重要な考慮事項と提案をいくつかご紹介します。革新的なHDI設計の実現に少しでもお役に立てれば幸いです。
HDI レイアウトとは何ですか?
HDI PCB設計は、プリント回路基板（PCB）上の部品配置を最適化し、スペース利用率を最大化し、信号干渉を最小限に抑える特殊なアプローチです。スマートフォン、タブレット、ウェアラブル端末などの小型で高性能な電子機器の設計に特に効果的です。
HDIレイアウトには、シーケンシャルビルドアップ、スタックドビア、マイクロビアなど、様々な種類があります。シーケンシャルビルドアップでは、PCBの各層を順次積層することで、必要な密度を実現します。スタックドビアでは、基板の複数の層に穴を開けて相互接続を形成します。一方、マイクロビアはスタックドビアに似ていますが、サイズがはるかに小さいため、PCB上の部品密度をさらに高めることができます。
HDI レイアウトの一般的な機能には次のようなものがあります。
より小さなビア：HDI基板では、機械加工またはレーザー加工が可能なマイクロビアに加え、層間接続用のブラインドビア／埋め込みビアおよびスタッガードビアが採用されています。これらのビアは、従来のスルーホールビアに比べてアスペクト比が低く、直径が小さいため深さも制限されます。
より細いトレース：高密度相互接続（HDI）基板では、多層ビアやパッド内ビアへの接続を確立するために、より細いトレースが必要となります。より細いトレースは、HDI設計の重要な要素である高いトレース密度も可能にします。
層数の増加: 非HDIボードでも層数は増えますが、HDIボードでは、特に次のような高ピン密度のコンポーネントを扱う場合、20層以上の層を持つことがよくあります。 FPGAレイヤー数の増加により、より複雑な配線と相互接続が可能になります。
信号レベルが低い：HDIボードは、一般的に高電圧または高電流を伴うアプリケーションには適していません。これは、HDIレイアウトでは隣接する配線が近接しているためESD（静電放電）の問題が発生する可能性があり、また高電流は導体の過度の温度上昇につながる可能性があるためです。そのため、HDIレイアウトは主に低電圧・低電流の電子機器に使用されます。
HDI PCB設計における重要な考慮事項
高密度相互接続PCBの設計上の考慮事項では、通常、 その他のPCBタイプHDI PCB 製造における重要な考慮事項は次のとおりです。
- レイヤースタックアップ
HDI PCBは通常、高密度配線と相互接続を備えた多層構造です。層スタックアップはPCB全体の性能と製造性に影響を与えるため、非常に重要な検討事項です。層スタックアップにおいて考慮すべき要素には、層数、各層の厚さ、使用する材料の種類、電源プレーンとグランドプレーンの配置などがあります。適切な層スタックアップ設計は、シグナルインテグリティ、インピーダンス制御、そして熱管理の確保に不可欠です。
- トレースの幅と間隔
HDI PCBでは、高密度配線に対応するために、トレースとパッド間の間隔を狭くする必要があります。トレース幅と間隔は、インピーダンス、クロストーク、電流容量といった設計要件を満たすように慎重に選択する必要があります。回路密度を高めるためには、より狭いトレース幅と間隔が必要になる場合もありますが、同時に、シグナルインテグリティの問題、製造欠陥、電気ノイズのリスクも高まります。
- ビアデザイン
HDI PCBは、異なる層間の接続にビアを多用しています。高密度配線と信頼性の高い信号伝送を実現するには、適切なビア設計が不可欠です。ビアにはいくつかの種類があります。 PCVビアスルーホールビア、ブラインドビア、埋め込みビアなど、それぞれに利点と限界があります。適切な電気性能、熱管理、そして製造性を確保するためには、ビアの位置、サイズ、間隔を慎重に検討する必要があります。
- コンポーネントの配置
HDI PCBにおける部品配置は、高い回路密度と最適な信号配線を実現するために非常に重要です。受動部品、IC、コネクタ、その他の部品を含む部品の配置には、信号遅延、配線の混雑、そして熱問題を最小限に抑える上で細心の注意を払う必要があります。PCB上の部品の戦略的な配置は、ボード全体の性能と信頼性に大きな影響を与える可能性があります。
- シグナルインテグリティ
HDI PCBは高速で動作することが多く、信頼性の高いパフォーマンスを確保するにはシグナルインテグリティが不可欠です。設計段階では、インピーダンス整合、信号反射、クロストーク、電磁干渉（EMI）といった要因を慎重に考慮する必要があります。高度なシミュレーションおよび解析ツールを使用することで、シグナルインテグリティを検証し、高速信号伝送に適したPCB設計を最適化できます。
- HDI構造
HDI PCBには、1-n-1 PCBや2-n-2 PCBなど、様々なレイアウトオプションがあります。1-n-1プリント基板は、高密度相互接続PCBの最も基本的な形態であり、相互接続された単一の層で構成されています。コアの両面に順次積層されます。一方、2-n-2 PCBはXNUMXつのHDI層で構成され、異なる層にまたがるスタッガード構造またはスタック構造のマイクロビアを可能にします。複雑な設計では、銅充填スタックマイクロビア構造が採用されることが多く、層数（XnX）は高レベルに達することもありますが、複雑さとコストの観点から、構築が制限される場合があります。
HDI PCB設計を成功させるための7つのヒント
- DFM戦略を採用する
高密度相互接続（HDI）PCBのシームレスでコスト効率の高い製造プロセスを確保するには、 製造のための設計 (DFM) 戦略。このアプローチは、実用的かつ実現可能でありながら、迅速かつ効率的に製造できる製品の開発に重点を置いています。
- 製造能力を考慮する
HDI PCBを設計する際には、PCBメーカーの能力を考慮することが重要です。メーカーの能力を超えた基板を設計すると、無駄な設計になる可能性があります。成功を確実にするためには、HDI技術の利点を活かしつつ、選択したメーカーで製造可能なHDI基板を作成することが重要です。
- 適切なビアタイプを選択する
ビアの種類は、製造コストと製造時間に大きな影響を与える可能性があります。ビアインパッドやニアパッドなどのマイクロビアは、層数と材料数を制限することで、製造時間とコストを削減できます。ビアの種類を選択する際には、お客様とHDI PCBメーカー双方のコストを考慮し、HDI PCBに必要な電気性能を満たしていることを確認してください。
- コンポーネントの可用性とサイズを考慮する
HDI PCB設計では、使用する部品の数とサイズも重要な役割を果たします。HDI PCBの主目的は、費用と面積を最小限に抑えることです。設計要件を満たす、軽量でコスト効率が高く、最小限の部品を選定してください。部品の配置は、トレース幅、穴サイズ、基板全体の寸法に影響するため、スペースを最適化しながら品質と信頼性を確保することが重要です。
- コンポーネントの過密を避ける
コンパクトな設計では、部品同士を近づけすぎてしまいがちですが、過密状態を避けることが重要です。高出力デバイスは電磁干渉（EMI）を引き起こし、信号品質に影響を与える可能性があります。さらに、パッド付近のインダクタンスや容量は、信号強度や通信速度に影響を与える可能性があります。応力を軽減し、歪みを防ぐため、部品はビアを対称的に配置してください。設置段階では、メンテナンスや手直しの容易さを考慮してください。
- 効率的なスタックアップ設計を選択する
PCBのスタックアップ設計も製造上の課題に影響を与える可能性があります。スタックアップ内の層数や材料の種類は、積層頻度やドリル加工時間に影響を与える可能性があります。PCBメーカーの製造能力を考慮し、効率的かつ費用対効果の高いスタックアップ設計を選択してください。
- PCB設計の専門家と協力する
HDI PCBを設計する場合は、PCB設計の専門家と連携することが重要です。設計の専門家は、レイアウトの計画、適切な材料の選定、そして性能と製造性を考慮した設計の最適化を支援します。PCB設計の専門家を選ぶ際には、HDIレイアウトの経験があり、実績のある専門家を探しましょう。
結論
結論として、HDI PCB設計は様々な要素を慎重に検討する必要がある重要なプロセスです。HDI PCB設計ガイドラインに従い、このブログで述べた主要な要素を考慮することで、設計者は革新的で信頼性の高いHDI設計を作成し、革新的で最先端の製品を実現することができます。 MOKOテクノロジー中国の大手PCBメーカーであるは、約20年にわたりPCB設計に携わってきました。強力なHDI PCB設計に必要なあらゆる専門知識とツールを備え、当社の専門家チームは、医療、コンシューマーエレクトロニクス、自動車、IoTなど、様々な業界のお客様にサービスを提供してきました。 お問い合わせ 信頼性の高い HDI PCB 設計サービスを受けることができます。
