HDI PCB – 完璧な HDI を達成するための究極のガイド

PCB を設計するとき、追加コストと層数の増加について心配するかもしれません。ただし、HDI PCB テクノロジを使用すると、メーカーは製品の品​​質を損なうことなくコストを迅速に削減できます。このテクノロジーは、新製品の革新に役立つだけでなく、将来を見据えた製品の開発を可能にします。

では、HDI PCB とは正確には何であり、なぜ HDI PCB の設計を検討する必要があるのでしょうか?先を読んで見つけてください!

1、HDI PCB とは?

今日のペースの速い業界では、回路基板の製造。従来の PCB 配線方法ではこれを実現できません。 HDI PCB を使用すると、企業や設計者は面積を縮小しながら回路を 2 倍にすることができます。頭字語「リジッド PCB の製造」。ここで、条件は多層、片面、メタルコアに適用されます。HDI' は高密度インターコネクタの略です。これらの HDI プリント回路基板または HDI PCB は、表面積全体に高密度のワイヤを備えた通常の回路基板です。

その結果、機器のサイズと重量が大幅に削減されます。それだけでなく、機器の電気的性能を向上させます。さらに、パスが短縮されるため、より高速で効率的なデータ転送が可能になります。

画像 1:HDI PCB

マイクロ ビア、より繊細なライン、薄い素材、高いパッド密度によって、それらを簡単に区別できます。これらのマイクロ ビアは、直径が約 0.006 までのブラインドまたは埋め込みの場合があります。このように、HDI PCB は製品の小型化を生んだと言えます。

マイクロ ビアは、これらのコンポーネントの設計において重要な役割を果たします。次にその重要性について調べてください。

2、マイクロビアと HDI PCB

HDI PCB の設計に進む前に、HDI PCB におけるマイクロ ビアの役割を学ぶ必要があります。マイクロ ビアは、多層回路基板の 2 つの異なる層を電気的に接続するレーザーによって開けられた微細な穴です。

ビアとは異なり、サイズがはるかに小さいため、HDI PCB の小型化と省スペースの品質に直接関係しています。

HDI 設計には、次の章で説明するさまざまな構造が含まれています。

画像 2:HDI PCB

3、HDI構造

通常、HDI PCB はさまざまな方法で設計できます。

♦ 赤:
赤のソルダー マスクの色は、大胆でプロフェッショナルな傾向があります。プレーン、スペース、トレース間のコントラストは非常に良好です。

緑のプリント基板とは逆に、コントラストは低め。欠陥がある場合に基板トレースを検査するために任意の倍率が使用されます。シルクスクリーンは、フラックスの残留物をきれいにするため、赤い背景によく耐えることが知られていることに注意してください。赤は魅力的で人目を引き、大胆に見えますが、それでも緑が最高と考えられています.

画像 3:HDI PCB

1+N+1:

これは、PCB に高密度相互接続層が 1 つしかないことを示しています。

i+N+i:

これは、PCB に 2 つ以上の HDI 層があることを示しています。さらに、マイクロビアは、異なるレイヤー上で積み重ねられるか、ずらして配置されます。

任意のレイヤー:

この構造では、すべてのレイヤーが HDI レイヤーであり、すべてのレイヤーの相互接続が可能です。スマートフォンの GPU チップやコンピューターの CPU チップなどの複雑なデバイスに有益であることが証明されています。

基本を理解したので、HDI PCB を実際に使用する準備が整いました。次の章では、HDI PCB を設計するためのヒントをご覧ください。

4、HDI 設計のルールとヒント

一般に、PCB 設計は複雑な作業です。これをマイクロ ビアや HDI 回路と組み合わせると、複雑な混乱が生じます。航空宇宙システムや医療機器が関係する場合、合併症はさらに深刻になります。

エンジニアとして、あなたは喜んで挑戦するかもしれません。デザイナーや企業向けの重要なヒントは次のとおりです。

画像 4:HDI PCB

ヒント 1 – DFM 戦略を採用する

最初のヒントは非常にシンプルで一般的なものです。 HDI PCB に DFM または設計製造戦略を組み込むことが不可欠です。受託製造業者 (CM) の能力をはるかに超えるものを設計することになった場合、その設計は役に立たない可能性があります。

HDI PCB のすべての利点を提供し、同時に簡単に製造できるようにボードを設計する必要があります。

ヒント 2 – ビアのタイプを選択する

ビア タイプの選択は、製造プロセスで必要となる可能性のある機械と装置を決定する重要な決定です。プロセスにかかるコストと時間に大きな影響を与える可能性があります。

マイクロ ビア自体は、層と材料の数を減らすことで、製造時間とコストを削減します。ただし、さまざまなタイプの中から選択する必要があります。これらには、ニア パッドまたはパッド バージョンのビアが含まれます。

したがって、HDI PCB の電気的性能に妥協することなく、あなたまたはあなたの CM の製造コストが最も低いものを選択する必要があります。

ヒント 3 – コンポーネントの入手可能性とサイズを確認する

考慮すべきもう 1 つのポイントは、HDI PCB に使用するコンポーネントの数です。 HDI PCB の最大の目的は、コストと表面積を削減することです。それらが小さく、安価で、できるだけ数が少ないことを確認する必要があります。

さらに、コンポーネントの配置方法によって、穴のサイズ、トレース幅、およびバックアップが決まります。ただし、これらのコンポーネントの可用性と機能を考慮する必要があります。そうしないと、ボード全体を再設計することになる可能性があります。

ヒント 4 – コンポーネントを過密にしない

コンパクトな設計により、コンポーネントを近づけて配置する必要があるかもしれませんが、おそらく避けるべきです。特に高出力コンポーネントは、信号の品質に影響を与える電磁干渉 (EMI) を引き起こす可能性があります。

また、近くのパッドからのキャパシタンスとインダクタンスは、信号品質に影響を与え、伝送を遅らせる可能性があります。したがって、コンポーネント間に十分なスペースを確保することをお勧めします。

また、すべてのコンポーネントが配置され、ビアが表面全体に対称的に配置されていることを確認してください。ストレスを軽減し、反りを防ぎます。

通常、コンポーネント間の間隔は次のようにする必要があります:

画像 5:HDI PCB

コンポーネントのはんだ付けや後で手直しがしやすいように、設置とメンテナンスも考慮してください。互いに近すぎると、機械がそれらを組み立てるのに問題が生じる可能性があります。

ヒント 5 – スタックアップ デザインを選択する

PCB スタックアップのタイプによって、製造プロセスの複雑さも決まります。ラミネートの数と穴あけサイクルは、材料の種類とスタック設計のレイヤー数に大きく影響されます。どのようなものを選んでも、効果的でありながら費用対効果が高いものであることを確認してください。

最も効率的な設計を決定する最良の方法は、HDI PCB プロトタイプを作成することです。次の章で、それらがどのように役立つかを学びましょう。

5、HDI PCB プロトタイプ

HDI プロトタイプは、さまざまな設計をテストするために使用できる HDI PCB の基本バージョンです。 CM にこれらのプロトタイプの製造を依頼することもできます。これらの試作品は高密度配線で構成されており、サイズと層数の削減に役立ちます。

これらのプロトタイプでは、どの組み合わせが最適かを判断できるように、互い違い、スタック、埋め込み、およびブラインド ビアを使用する必要があります。また、プロトタイプは、ビアのサイズと最も効率的なアスペクト比を選択するのにも役立ちます。

しかし、なぜ HDI PCB を使用する必要があるのでしょうか?次の章に進んで、HDI PCB が提供する最大のメリットを見つけてください。

画像 6:HDI PCB

6、HDI PCB の利点

HDI PCB が提供する多くの利点があります。これらには、より小さな表面積、より高い伝送速度、および高周波数が含まれます。サイズが小さいため、コンピューター、電話、コンソールなどのハイテク デバイスで使用できます。

製品の革新と小型化を可能にします。全体として、次の利点があります:

熱応力が少ない
コンポーネントが HDI PCB 内で互いに接近しているため、熱はあまり伝わりません。部材間の距離が短いため、熱が他のコンポーネントに移動する前にすばやく排出されます。

熱応力を低減し、PCB の耐久性を高めます。

導電率の向上

HDI PCB は、多数のマイクロ ビアにより、より優れた導電性を確保するのに役立ちます。これらは、伝送を容易にする導電性材料で満たされています。さらに、これらのビアは、ブラインドであろうとパッド内ビアであろうと、コンポーネントを互いに非常に近くに配置することができます。

これにより、2 つのコンポーネント間の送信範囲が狭くなり、信号が大幅に増幅されます。

小型化が可能

HDI PCB はボード上のスペースを大幅に削減するのに役立つため、より小型の回路基板を設計するのに役立ちます。それだけでなく、基板の両面に回路を作成できるため、レイヤー数を減らすことができます。したがって、4 層 PCB を 2 層 PCB に置き換えるのは簡単です。

また、ビアはとてもデリケートで微細です。それらはほとんど見えません。大量のスペースを節約するのに役立ちます。したがって、これにより、小型のデバイスに収まる小型の回路基板を確実に作成できます。

画像 7:HDI PCB

電力使用量の減少

あるコンポーネントから次のコンポーネントへの伝送は、多くのエネルギーを失う可能性があります。幸いなことに、HDI PCB を使用すると、より短い距離でより多くの要素を組み込むことができます。これにより、エネルギー損失が減少し、実際の操作でより多くのエネルギーが使用されます。

さらに、バッテリ寿命が長くなり、ハンドヘルド デバイスやその他の小型デバイスに非常に適しています。

費用対効果

HDI PCB テクノロジの大きな利点は、これらの回路が適切に設計されていれば、比較的費用対効果が高いことです。これは、レイヤーが少なく、サイズが小さいためです。

より速い収量

主な焦点は設計を最適化してコストを削減し、より高いスループットを確保することにあるため、製品はすべてのコンポーネントをより快適に配置でき、プロセスにかかる時間が短縮され、市場に迅速に参入できるようになります。 HDI PCB の利点については、これで十分に理解できると思います。

ほとんどの場合、HDI PCB はスタックアップと呼ばれる複数の層で使用されています。次の章では、これらのスタックアップ設計について詳しく説明します。

7、HDI PCB スタックアップ

すでに述べたように、HDI はマイクロ ビアで相互接続された複数の層で構成されています。それらは連携して接続を形成し、信号を増幅します。これらの HDI レイヤーを PCB 内でどのように配置するかによって、HDI PCB スタックアップのタイプが決まります。 HDI PCB 設計セクションで、上記のより具体的なタイプを垣間見ることができます。

画像 8:HDI PCB

一般に、HDI PCB スタックアップにはさまざまなタイプがあり、そのうちのいくつかは次のとおりです。

0-N-0 – レーザーマイクロビア

この場合、メーカーはまずコアをラミネート加工してから、機械で穴を開けます。次に、機械ドリルにメッキを施し、レーザーを当ててビアを形成します。最後に、穴を通過するファイナルが含まれます。

1-N-1 – レーザー マイクロビアと埋め込みビア

「1」は、コアの両側で発生する順次積層を表します。これは、ボディの両側に 2 つの HDI レイヤーがあることを意味します。このプロセスは、機械ドリルがめっきされた後に内部層が形成されることを除いて、上記のプロセスと似ています。

このコア層は、機械ドリルが埋め込みビアとして機能するように、2 つの追加層によって積層されます。次に、レーザー ドリルでさらにビアを形成します。

マイクロビア付き 2-N-2

ここでの「2」は、コアの両側にある 2 層のラミネーションを表しています。したがって、4 つの銅層があると言えます。つまり、このタイプには合計 6 つの層があります。

これらのさまざまなスタックアップは、さまざまな業界でさまざまな利点を提供します。次の章で、HDI PCB の機能を確認してください。

8、HDI PCB 機能

HDI PCB は、イノベーションと小型製品をサポートできます。より少ないレイヤーに、より多くのテクノロジーを簡単に組み込むことができるからです。モバイルとスマートフォンは、この画期的な PCB 技術によってのみ可能になる、よりスリムで軽量な製品のトレンドを開始しました。

したがって、非常に小さいサイズでありながら、軽量でより多くの機能を実行する製品が得られます。これにより、製品がより快適に使用できるようになるだけでなく、製造も容易になります。製造が容易な、薄くて軽い素材を使用しています。

全体として、4 層の HDI PCB が得られます。これは、電気部品と熱部品の漏れを防ぐために同じ配線はんだマスクを備えています。 8 層標準 PCB の機能について、PCB サプライヤと必ず話し合ってください。コンポーネントが近くにあるため、より多くの機能を実行し、追加のためのスペースが増える可能性さえあります.

マイクロと HDI のどちらで製造するのがより高価なのかと尋ねるかもしれません。そうですね、適切な HDI PCB を製造するには、複雑な設計と、レーザー ドリル、レーザー イメージング、プラギングなどが必要です。ただし、マイナーなコンポーネント、安価な材料、およびプロセスは、これらの製品の価格を効果的に引き下げます。したがって、驚くほど革新的な製品を低価格で手に入れることができます。

より優れた技術が日々発見されているため、HDI PCB はさまざまな方法で使用されています。これらは:

画像 9:HDI PCB

医療機器

診断および監視機器の技術的特徴と機能性は、HDI PCB で向上しています。これにより、医療分野で重要な信頼性が向上します。

軍隊

HDI PCB は、軍用通信デバイスやその他の機器で使用されています。

パソコンとスマートフォン

GPU と CPU チップは HDI PCB を使用してパフォーマンスを向上させ、小型化と軽量化を実現します。

航空宇宙産業

航空宇宙産業は、これらの小型で軽量なチップから大きな恩恵を受けています。

HDI PCB は、メーカーが利益を最大化する絶好の機会を提供します。ただし、HDI PCB アセンブリについて考慮する必要があるさまざまな要素があります。これについては、次の章で説明します。

9、HDI PCB アセンブリ – 安価な PCB の出現

HDI PCB の組み立てには、特殊な装置を使用するさまざまな独自のプロセスが含まれます。これらには、シーケンシャル ラミネーション サイクルや高レーザー ドリルが含まれます。したがって、製造会社または CM にこれらの機器が含まれていない場合、追加の投資が増える可能性があります。

スタックアップの高さが変わると、HDI PCB の総コストも変わります。また、設計者は、ビア内部の充填を含め、コンポーネントの材料の価値を考慮する必要があります。

各コア層の材料と層の数もコストに影響します。これらの中で、ファイバーグラスは最も機能的で安価です。これらの層によって、基板の銅積層層の数が決まります。レイヤーが多いほど、コストが高くなります。

製品を組み立てる際に考慮する必要があるもう 1 つの要素は、最小トレース スペースです。主なポイントは、HDI PCB の製造と作成には費用がかかる可能性がありますが、設計プロセスでコストを最小限に抑えることができるということです。

そのため、設計者と電子技術者は、自分たちの設計が CM の機能に対応していることを確認する必要があります。 HDI PCB は、設計と使用される材料によっては、最終的に標準 PCB よりも安価になる可能性があります。

画像 10:HDI PCB

10、結論

全体として、HDI PCB は歩留まりを向上させ、理想的な性能を保証します。ただし、信頼できるサービスを提供できるメーカーを見つけるのは難しい場合があります。そこで、WellPCB の出番です。当社の製造能力は包括的であるため、お客様の設計に従ってプロトタイプを簡単に製造できます。

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