HDI PCBレイアウトの必須考慮事項：主要設計側面をマスターする

HDI PCBレイアウトは、設計プロセス自体の複雑さと相まって、考慮すべき多くの要因があるため容易ではありません。この難易度は、仕様に合わせてカスタマイズしようとするとさらに数段階上がります。最善の策は、あなたのビジネスニーズにぴったりのHDI PCBを製造する適切なメーカーを見つけることです。

しかし、設計に関わる具体的な側面も知っておくべきです。それによりカスタマイズの側面がわかり、それに基づいて適切なメーカーを選択できます。

アスペクト比（開口比）

ホール設計で最初に考慮すべきことの一つは、アスペクト比（開口比）です。従来の機械ドリルプロセスを使用する場合、ホールの開口は0.15mm以下、基板厚と開口の比率は8:1であるべきです。特定の状況では12:1まで可能ですが、通常の8:1比率を維持するのが最善です。

レーザードリルの場合、ドリル穴の開口は3〜6ミル（0.075〜0.15mm）が適切で、4ミルが最も理想的です。また、ホール深さと開口の比率は1:1であるべきです。

基板厚が増すとメッキ工程で開口サイズが小さくなることに注意が必要です。厚い基板では化学溶液が浸透しにくいためです。また、電圧が上昇すると欠陥がより顕著になり、基板の完全な故障につながります。

これらの問題を避けるため、選ぶPCB設計会社がこれらの比率と技術に精通していることを確認してください。そうでなければ、高いスクラップ率や製造失敗につながる可能性があります。

HDI PCB積層構造のタイプ

HDI PCB積層構造の分類基準は、ブラインドホールを持つ層の順序です。人気のあるカテゴリを見てみましょう。

2.1 1-HDI

このカテゴリでは、埋め込みホールとブラインドホールの構造は以下の順序です。

• 1-2層間：ブラインドホール
• 6-5層間：ブラインドホール
• 2-5層間：埋め込みホール

2.2 非スタック型 2-HDI

非スタック型 2-HDIの構造は以下の通りです。

• 1-2層間：非スタック型ブラインドホール
• 2-3層間：非スタック型ブラインドホール
• 8-7層間：非スタック型ブラインドホール
• 7-6層間：非スタック型ブラインドホール
• 3-6層間：埋め込みホール

2.3 スタック型 2-HDI

スタック型 2-HDIは以下のようになります。

• 1-2層間：スタック型ブラインドホール
• 2-3層間：スタック型ブラインドホール
• 8-7層間：スタック型ブラインドホール
• 7-6層間：スタック型ブラインドホール
• 3-6層間：埋め込みホール

2.4 スタック型およびレジン充填 2-HDI

この例では、層の順序は以下の通りです。

• 1-2層間：スタック型ブラインドホール
• 2-3層間：スタック型およびレジン充填ブラインドホール
• 8-7層間：スタック型ブラインドホール
• 7-6層間：スタック型およびレジン充填ブラインドホール
• 3-6層間：埋め込みホール

これらの例は、設計者が適切な非対称設計を考慮し、埋め込みホールとブラインドホールの分布が基板からの歩留まりを最大化するようにする必要性を浮き彫りにしています。これらのホールの構造に均一性がない場合、応力と片側ウォーページの形成につながり、最終的に基板の歩留まりを低下させる可能性があります。

HDI PCB設計プロセスフロー

プロセスフローはあらゆる設計に不可欠で、特にHDI PCBにおいて重要です。基板が安定し良好な歩留まりを得るためのホールドリルの特定の順序があり、設計の正確なプロセスを把握しているメーカーを見つけるべきです。

2種類のスタッキングの例を取り、プロセスフローとその設計への全体的な重要性を理解しましょう。

3.1 1スタック 4層HDI

一般的に、4層HDIのプロセスフローは通常のPCBと比較的似ています。唯一の違いは、ホールドリルの順序です。設計者とエンジニアは、2-3層の埋め込みホールから始め、1-4層の機械ドリル、最後に1-2および4-3のブラインドホールの順で行う必要があります。

このプロセスに従わない場合、極端な製造問題を引き起こし、スクラップと生産コストを増加させる可能性があります。

3.2 2スタック 6層HDI

この場合、プロセスは3-4層の埋め込みホールドリルから始まり、続いて2-5層、2-3および5-4層のブラインドホール、1-6層のホール、最後に1-2および6-5のブラインドホールドリルで終わります。

このような厳格なプロセスフローにもかかわらず、2スタック 6層HDIは高度な製品を除いて推奨されません。製品スクラップ率が高く、蓄積したカウンターポイントエラーを排除できません。

HDI PCBコンポーネントレイアウト

HDI PCB基板設計時に考慮すべきもう一つの重要な側面は、コンポーネントのレイアウトです。コンポーネント間のスペーシングは、基板のハンダ付け性と保守性に大きな影響を与えます。

理想的には、選択するメーカーが以下のスペーシングを遵守し、実装時の問題を回避すべきです。

• 一般的なSOPと他のコンポーネントのピンの間には、最低40ミル（1mm）の距離を保つべきです。
• BGAと他のコンポーネントのピンの間は、最低80ミル（2mm）の距離を保つべきです。
• 一般的なコンポーネントのピン間は、約20ミル（0.5mm）のスペーシングが可能です。
• RF、アナログ、デジタル部品は空間的に分離する必要があります。同一面でも異面でも、それらの間に十分なスペースを確保してください。
• 高電力信号は他の信号から遠ざけるべきです。

これらは最小仕様であり、メーカーはハンダ付け、実装、必要なリワークを容易にするため、可能な限り大きなギャップを確保すべきです。

ご覧の通り、レイアウトは基板の設計と最終性能に大きな影響を与えます。

配線（トラッキング）

信頼できるメーカーは、最終設計が安定し、ニーズと期待通りになるよう、配線において多くの異なる側面を考慮すべきです。

これらの側面の一部は：

• トップ層とボトム層のコンポーネントは良好な絶縁を持つべきです。
• 内層信号間の相互クロストークは最小レベルに抑えるべきです。
• RF信号とアナログ領域については、各信号周りに適切なリフローパスを確保してください。
• 高インピーダンスレベルの必要な信号を、他の信号より高い優先度で配線してください。

これらの配線考慮事項に従うことは、ショートサーキット、オープンサーキット、弱い吸収、不良設計に悩まされるその他の問題を回避するために必要です。

HDI PCBレイアウト - パッドサイズ

パッドサイズは、特にサイズと重量において設計結果に大きな影響を与えます。これが設計目標の一つであれば、電子製品の全体サイズを縮小することもできます。

以下は理想的なパッドサイズですが、特定の要件に基づいてこれらのサイズをカスタマイズすることも可能です。

• パッドサイズは、ブラインドビアでドリルサイズより3ミル大きく、埋め込みビアとスルーホールでそれぞれ10ミル大きくすべきです。
• 上級オプションでは、パッドサイズはブラインドビアでドリルサイズより6ミル、埋め込みビアとスルーホールでそれぞれ14ミル大きくすべきです。
• 標準基板では、パッドサイズはブラインドビアでドリルサイズより8ミル、埋め込みビアとスルーホールでそれぞれ20ミル大きくすべきです。

HDI PCBレイアウト - 材料

PCBは4層を含み、すべて熱ラミネートにより単一層に統合されます。トップ層からボトム層まで使用される材料は、シルクスクリーン、ソルダーマスク、銅、基板です。これらの中で、基板層はガラス繊維で、耐火性を示すFR4と呼ばれることが多いです。この基板層の厚さは、要件とデバイスに応じて変化します。

上記4層それぞれに、要件に依存する多くのサブカテゴリがあります。

これらは標準的なものですが、安価な材料で作られた基板も入手可能です。しかし、これらの基板は長持ちせず、使用材料によってはラミネートがすぐに剥がれます。ハンダ付けプロセス中の臭いでこれらの安価な材料を特定することさえできます。

あなたの要件に最適な材料を使用するメーカーを見つけるのはあなた次第です。

HDI PCBレイアウト - 結論

この情報が、HDI PCB設計時に考慮すべき側面の一般的なイメージを提供できれば幸いです。この仕事を依頼するメーカーを探す場合、選んだ会社がこれらの側面を深く理解し、あなたのニーズに合った適切な基板を作成する経験とスキルを持っていることを確認してください。

適切なメーカーはこれらのことを心得ており、これらの特別な考慮事項をあなたに入力させることは期待しません。