理想的なHDI PCB材料の選び方：実践ガイド

高密度インターコネクト（HDI）技術は、多くの電子設計者が注目する中で、最近市場での評価を高めています。最新の市場トレンドによると、HDIの売上は従来品の2倍に達しています。

通常、あらゆる電子設計者は、構築アプリケーションに関わらず、適切なHDI PCB材料を選択する必要があります。しかしHDIでは、軽量、小型、高性能なPCBを扱うため、適切な材料選びが特に重要です。ピッチはしばしば8ミル（約200μm）未満、アパーチャーは通常10ミル（約250μm）未満です。

1. HDI PCB– HDIスタックアップとは？

HDI PCBには、製造業者が最大の成果を得るために従うべき独自の構築要件があります。高い分解温度（Td）を持ち、一般的に実証済みの良質な材料が必要です。同様に、鉛フリーはんだを使用します。

HDIスタックアップには、高導電性の銅コイル層を分離するために必要な抵抗と誘電特性を供給するレジンマトリックスが含まれます。

HDIスタックアップが性能決定に果たす役割

HDIスタックアップにはレジンマトリックスが含まれ、これがHDIアプリケーションの性能を決定します。スタックアップ（ひいてはレジンマトリックス）の正しい選択は、設計者が作りたい形態の品質を最適化するのに役立ちます。

2. HDI PCB— 選択前に考慮すべき誘電体材料の特性

HDIの最適な性能は、正しい誘電体材料の選択に依存します。言うまでもなく、品質が高ければ性能も向上します。一般的に、選択すべき誘電体材料の品質は、多層の従来型PCB材料で得られるもの以上でなければなりません。ただし、高品質な誘電体材料は高価になり得ることを認識しておく必要があります。誘電体材料の品質を判断するために必要な特定の特性を以下に示します。

2.1: 分解温度（Td）

これは誘電体材料が熱分解する温度を指します。この温度では、誘電体材料が状態変化を始めていることが明らかです。物質の分子に存在する結合が、分解温度を説明することが多いです。HDIスタックアップ用の優れた誘電体材料は、高温多機能のために高い分解温度（Td）を持たなければなりません。

2.2: ガラス転移温度（Tg）

誘電体のガラス転移温度（Tg）は、剛性のある非晶質状態から柔軟な状態への移行を指します。この特性は、誘電体のレジンまたはマトリックスの固有の特徴です。この特性が示す主な情報は、使用温度における材料の状態です。

言い換えれば、Tgは材料がガラス状で剛性を保つか、ゴム状で柔軟になるかを説明します。HDIスタックアップの場合、設計の性質によってここで求められるものが決まります。しかし一般的に、高いTgは、設定温度で誘電体が剛性を保つことを示唆し、これは良いことです。

2.3: 熱膨張係数（CTE）

熱膨張係数は、温度が1度上昇するごとの誘電体材料の体積的増加分です。この膨張は体積、面積、長さのいずれかですが、最も可能性が高いのは長さの膨張です。わずかな温度変化でサイズに大きな差が生じる場合、その誘電体はHDI PCBには不十分かもしれません。

2.4: 剥離時間

これは「剥離までの時間」とも呼ばれます。誘電体材料の性能を分析する際に使用される測定方法です。誘電体レジンが剥離するまでの全体的な時間を考慮します。一般的に、HDIスタックアップでは、剥離により多くの時間がかかるほど優れています。

3. HDI PCB— HDIフレキシブルPCBの材料要件とは？

現在、HDI技術の市場での人気が高まっているため、フレキシブルPCBの材料購入時に何を見極めるべきか知る必要があります。HDIで動作するアプリケーションは、通常のPCBよりも細いラインと非常に小さなスルーホールを必要とします。これは、非常に薄い導体層と基板層が必要であることを意味します。残念ながら、ほとんどの製造業者はこれらの物理的特性のみを考慮し、技術的な特性を無視しています。以下のサブセクションでは、HDIフレキシブルPCBの技術的材料要件を列挙します。

3.1: フレキシブル材料の寸法安定性

以前、設計者はリジッド基板とフレキシブル材料の使用に懐疑的でした。製造時にこれらの材料が変動することが気づかれたためです。もちろん、当時の一般的な基板であるPIフィルムが、製造中に収縮することは知られています。この収縮は、ラミネーションプロセス中に生成される膨大な応力によって生じます。

薄い材料を使用すると、FPCの出力と性能に大きな影響を与えます。しかし、FPCの歩留まりは、使用される材料の寸法安定性によって決まります。高密度回路製品を実現するには、使用される材料が寸法的および構造的に安定している必要があります。

3.2 クラッド接着剤の流動性制御

HDI回路でコーティングフィルムを使用する主な理由は、小さな窓を実現するためです。これにより、ラミネーション中にバインダーが窓を埋めないようにします。このアプローチのみが、箔が覆われないことを保証し、これがHDIコーティング材料の流動率を制御する必要がある理由です。

一方、流動性が高すぎると窓を覆い隠す可能性があります。例えば、流動性が小さすぎると、細いラインに多くの穴が開き、電気絶縁が損なわれる結果になります。ほとんどのフレキシブル材料が常にこの機能を備えているわけではないため、バインダー流動の特性に基づいた適切なコーティングフィルムが最良の選択肢となります。

3.3 低背・薄型銅箔

HDIフレキシブル回路を実現する優れた方法は、微細粒子で薄型、低背の銅箔を使用することです。このような銅箔の厚さは、通常のフレキシブル回路の範囲である1oz以内に収める必要があります。平均的なグラフィック密度が目標であれば、1ozの銅箔で必要な性能を発揮できます。しかし、HDIアプリケーションでは、製造業者は1/3、1/2、または1/4ozの銅箔を使用できます。

3.4 バインダーの電子移行に対する材料の耐性

フレキシブル回路では、電子移行は破壊につながるため不利です。特定のフレキシブル回路のバインダーは、バイアス電圧、高温、または湿気の影響を受けると銅イオンを通過させます。この効果は、負極と正極を形成するラインを作ります。

ライン密度と電圧が増加するにつれ、回路の信頼性は電子移行の脅威に常にさらされています。そしてすべてのアプリケーションの中で、HDIが最もリスクが高いようです。これが、回路製造業者がこの問題に敏感になり、適切な対策を講じなければならない理由です。

4. HDI PCB— 異なるHDI材料を異なる用途に使用可能

低損失因子（Df）または誘電損失正接を持つPCB材料は、高周波でのエネルギー損失を減らすのに最適です。これを達成するために、少なくとも4つのカテゴリーのHDI材料が適しています。以下のサブセクションで確認してください。

4.1: 中速・中損失

これらは最も一般的なPCB材料で、FR-4ファミリーに属します。誘電率と周波数応答の比率がフラットではないため、より大きな誘電損失を経験します。このため、わずかなGHz要件しかないアナログまたはデジタルアプリケーションにのみ有用です。

4.2 高速・低損失

このカテゴリーのHDI材料は、Dkと周波数の曲線がフラッターです。その結果、中速材料の半分まで、大幅に低い誘電損失が得られます。約0 GHzの要件を持つアプリケーションに最も有用です。

4.3 高速・低損失・高信号完全性

Dkと周波数の曲線は同様にフラットで、誘電損失も同様に大幅に低いです。さらに、他の材料カテゴリーで一般的な不要な電気ノイズを排除します。

4.4 高速・極低損失・高信号完全性・RFおよびマイクロ波

議論されたすべてのHDI材料の中で、このカテゴリーのDkと周波数の曲線が最もフラットです。また、すべての中で最も低い誘電損失を持ちます。最大20 GHzの要件を持つアプリケーションに、この材料カテゴリーが最も適しています。

HDI PCB— HDI材料のコストと機能の関係

原則として、DkとDfの値が低く、優れたSI特性を持つ材料が、優れたHDI性能を得るために最適です。しかし、第5章で強調された要素は、処理が困難で、すべてのHDIスタックアップに常に適用可能とは限りません。ともかく、必要な材料の品質が高ければ高いほど、より多くの費用を覚悟する必要があります。一般的に、高速、極低損失、高信号完全性、RF、マイクロ波材料が最も高価なカテゴリーです。

HDI PCB— HDI用の適切な材料を入手する場所

お住まいの場所によっては、周辺のいくつかのHDI PCB製造業者からHDI材料を入手できます。しかし、信頼できる業者を見つけるのが難しい場合は、Amazonから直接注文すれば、玄関先まで届きます。

最近の市場トレンドに基づくHDI PCBの将来

今日のエレクトロニクス界でHDI技術が享受している人気を考えると、将来は決して暗くありません。HDIはまだ改善の余地がありますが、その利点と用途は無視できないほど多数あります。軍事を含むほぼすべての分野がHDI PCBを採用しており、これがさらなる受容性を高めています。

結論

HDI技術は世界的に急速に普及しており、多くのアプリケーションがこれで動作しています。それでも、適切な誘電体材料を選択するのは困難な作業です。選択前にいくつかの要因を考慮する必要がありますが、それがこの記事でお手伝いしようとしたことです。この情報がお役に立てば幸いです。