高密度の相互接続をシンプルに。パフォーマンスを 40% 向上させます。

初めて HDI PCB 設計を検討したとき、多くのエンジニアリング チームが同じ懸念を抱いていることに気づきました。コンポーネントの増加、基板スペースの減少、信号ルールの厳格化、回避可能な遅延の余地がないことです。 「パフォーマンスが 40% 向上」というフレーズは魅力的に聞こえますが、それには背景が必要です。 HDI は、すべてのボードに対して固定のパフォーマンス向上をもたらすわけではありません。結果は、スタックアップ設計、配線長、信号速度、材料、熱計画、および製造品質によって異なります。綿密に計画された HDI 設計は、製品がスペースをより効率的に使用し、重要な接続を短縮し、より高いコンポーネント密度をサポートするのに役立ちます。 ### HDI でボードを改善できる場合 HDI (高密度相互接続) は、マイクロビア、微細配線、連続ビルドアップ層などの機能を使用します。これらの機能は、基板を大型化することなく、狭ピッチのコンポーネントを接続するのに役立ちます。私は通常、次の 4 つの領域に注目します。 - 信号パスの長さ - コンポーネントの配置 - 電力供給 - 熱バランス 信号パスが短いほど、遅延と不要なノイズを減らすことができます。配置を適切に行うことで、バッテリー、センサー、コネクタ、冷却部品用のスペースを確保できます。より強力な電源レイアウトにより、ボードがより少ない電圧降下で負荷の変化に対処できるようになります。実際のゲインはテストを通じて測定する必要があります。有用なデータには、信号損失、熱測定値、起動時間、電力安定性、基板サイズなどが含まれます。 ### 実際の設計例 プロセッサ、ワイヤレス モジュール、メモリ、ディスプレイ コネクタ、およびいくつかのセンサーを必要とするコンパクトな医療監視デバイスを想像してください。従来の多層 PCB では、すべての接続を配線するためにより多くの表面積が必要になる場合があります。その場合、製品チームは、より大きな筐体やバッテリー用の限られたスペースに直面する可能性があります。 HDI 構造では、コンポーネントを互いに近づけて配置し、マイクロビアを介して信号をルーティングできます。ボードは、同じ主な機能を維持しながら、より小さな筐体内に収まる可能性があります。改善されるのは速度だけではありません。ボードが小さいほど、エンクロージャの軽量化と高速部品間の接続経路の短縮もサポートできます。最終結果は、材料の選択、インピーダンス制御、組み立て精度、テスト範囲に依存します。 ### 利益の可能性を評価する方法 私は、固定パーセンテージを約束するのではなく、製品要件から始めます。 1.現在のボードを確認します ボードのサイズ、層数、コンポーネントのピッチ、高速インターフェイス、電源レール、熱領域、および既知の製造上の問題を確認します。これによりベースラインが得られます。ベースラインがなければ、「パフォーマンスが 40% 向上」という明確な意味はありません。 2.重要な信号にマークを付けます PCIe、USB、MIPI、DDR、RF、およびその他の高速インターフェイスには、制御されたインピーダンスと短い配線パスが必要な場合があります。それらの長さ、カウント、リターンパス、および近くのノイズ源を確認します。ルートを短くすることは役に立ちますが、適切なスタックアップ計画に代わるものではありません。 3. HDI スタックアップを構築します レイヤー構造は信号と製造のニーズに一致する必要があります。マイクロビアのサイズ、誘電体の厚さ、銅の重量、トレース幅、および連続積層はすべて設計に影響します。また、選定した製造業者が提案した構造を安定した結果で製造できることを確認します。 4.電力と熱を確認してください 密度の高いボードはスペースを節約できますが、新たな熱の問題が生じます。電流パス、銅線エリア、サーマルビア、レギュレータの配置、エアフローを確認します。画面上では効率的に見えるレイアウトでも、熱テスト後には変更が必要になる場合があります。 5.測定結果の比較 同じテスト条件を使用して、HDI バージョンと以前の設計を比較します。比較には次のものが含まれます。 - 基板面積 - 信号整合性 - 電力安定性 - 最高温度 - データ転送速度 - アセンブリ歩留まり - 設計修正の回数 このプロセスでは、基板の速度が向上したか、スペースが節約されたか、熱が低減したか、生産安定性が向上したかがわかります。 ### 結果に影響を与える可能性があるもの HDI は、弱い回路計画の近道ではありません。スタックアップが不十分だと、インピーダンスの問題が発生する可能性があります。ビアが小さいと、製造上の要求が高まる可能性があります。間隔が狭いと、検査や修理が難しくなる可能性があります。素材の選択も重要です。高速基板には、適切な誘電性能と温度変化に対する安定した動作を備えた材料が必要な場合があります。低速制御基板には同じ材料構造が必要ない場合があります。コストは製品全体を念頭に置いて検討する必要があります。 HDI は製造要件を高める可能性がありますが、エンクロージャのサイズ、ケーブル数、または個別のボードの数を削減できます。 ### 40% の主張を提示するより安全な方法 私は、保証された結果として「40% 向上したパフォーマンス」を提示するつもりはありません。より明確なメッセージは次のようになります。「HDI 設計は、コンパクトな電子製品の配線効率と信号パフォーマンスの向上に役立ちます。一部のプロジェクトでは、テスト後に 40% 近いゲインが達成される可能性がありますが、結果は元の設計と選択した製造プロセスによって異なります。」この文言は、主張の背後にある条件を隠すことなく、エンジニアに有益な指示を与えます。私のプロジェクトの場合、最高の HDI 結果は最小のボードだけでは得られません。これは、電気的目標を満たし、熱チェックに合格し、安定した品質で製造でき、テストとサービスのための十分な余地を残した基板です。明確な要件と測定データにより、パフォーマンスに関する主張が単一のパーセンテージよりも有用になります。

製品に必要な機能は多くてもスペースは少ない場合、PCB が制限要因になることがよくあります。コンポーネントがスペースをめぐって競合し、信号パスの配線が難しくなり、コンパクトな設計をサポートするためにボードにさらに多くの層が必要になる場合があります。この課題は、スマートフォン、ウェアラブル デバイス、医療機器、車載センサー、ハンドヘルド スキャナーに見られます。高密度相互接続 (HDI PCB テクノロジ) は、より多くの接続をより小さな基板領域に配置する実用的な方法を提供します。 HDIは単に「基板を小さくする」という意味ではありません。これは、制御されたマイクロビア、微細な配線、小さなパッド、スタック接続または千鳥接続を使用して、利用可能なスペースをより慎重に使用することを意味します。レイアウト、材料、製造プロセス、テスト計画が連携する場合、より小さな基板でもより強力な製品設計をサポートできます。 ### HDI が基板サイズの縮小に役立つ理由 従来のスルーホール ビアは PCB の厚さ全体を貫通します。これらはより多くのスペースを占有し、複数のレイヤーにわたる配線スペースをブロックする可能性があります。 HDI PCB はマイクロビアを使用します。マイクロビアは、選択された層間でレーザーで穴あけされた非常に小さな接続です。これにより、設計者は密集したコンポーネント領域の近くでより多くの配線オプションを得ることができます。設計と製造プロセスで許可されている場合は、コンポーネント パッドの内部または近くにマイクロビアを配置できます。これにより、接続経路が短縮され、近くの信号用のスペースが解放されます。一般的な HDI 機能には以下が含まれます。 - マイクロビア - 細線および細スペース パターン - パッド内ビア構造 - 順次積層 - 高い層間接続密度 - 高速信号のより短いパス これらの機能は、レイアウトを整理しながら、より小さな基板外形をサポートします。 ### 実用的な例 倉庫で使用されるハンドヘルド バーコード スキャナーを考えてみましょう。製品には、カメラ モジュール、無線通信、ディスプレイ、バッテリー システム、ボタン、充電回路が必要な場合があります。 PCB を大きくすると配線が容易になりますが、スキャナのハウジングのサイズが大きくなる可能性があります。これは、グリップの快適さ、バッテリーの配置、他のパーツに使用できるスペースに影響を与える可能性があります。 HDI PCB は、プロセッサ、メモリ、カメラ コネクタ、およびワイヤレス セクションを互いに近づけて配置する場合があります。マイクロビアは、大きなスルーホールビアを使用せずに、密集した領域を介して信号を配線するのに役立ちます。その結果、自動的により良い製品が得られるわけではありません。設計チームは、熱、信号整合性、組み立て制限、修理の必要性、生産コストを検討する必要があります。 HDI によりレイアウトの自由度が高まりますが、各設計の選択は製品要件に一致する必要があります。 ### 追加の設計価値がどこから来るのか、私は通常、HDI の利点を 4 つの領域から検討します。 より利用可能な配線スペース 細いトレースと小さなビアにより、混雑したセクションでより多くの接続が可能になります。これにより、より大きな基板外形の必要性が軽減されます。 短い信号パス 短い接続により、不必要な配線長が削減され、高速設計をサポートできます。電気的な結果は、インピーダンス制御、積層計画、材料の選択、およびレイアウトの品質によって決まります。 コンポーネントの配置の改善 HDI テクノロジーにより、設計者は狭ピッチのパッケージやコンパクトなモジュールをより自由に配置できるようになります。レイアウトをよく計画すると、パーツ間の未使用領域を減らすことができます。 層削減の可能性 一部のボードでは、より効率的な層構造で必要な配線密度を達成できます。実際の層数は、信号量、電源設計、機械的制限、および製造能力によって異なります。 ### HDI PCB プロジェクトへのアプローチ方法 私は、可能な限り小さな基板の外形から始めません。このアプローチでは、後で製造やテストの問題が発生する可能性があります。まずは製品要件から始めます。 1. ターゲット基板のサイズと形状を定義します。 2. 主要なコンポーネントとそのパッケージの種類をリストします。 3. 高速、電力、RF、および敏感なアナログ領域にマークを付けます。 4. 予想される生産量を確認します。 5. PCB 製造業者の最小トレース、スペース、およびマイクロビアの制限を確認します。 6. 詳細な配線の前にレイヤーのスタックアップを構築します。 7. 熱経路とコンポーネントへのアクセスを確認します。 8. 組み立て、検査、テスト方法を確認します。 9. 信号、電力、および信頼性のチェックを実行します。 10. プロトタイプテストで設計を確認します。このプロセスは、電気設計を生産計画に結び付けるのに役立ちます。画面上で見栄えの良いレイアウトであっても、穴あけ、積層、はんだ付け、または検査の制限を考慮すると、変更が必要になる場合があります。 ### コストは慎重な検討が必要 HDI は基板サイズを縮小できますが、製造コストが上昇する可能性があります。レーザー穴あけ、連続ラミネート、より厳密な見当管理、より要求の厳しい検査は、見積もりに影響を与える可能性があります。 PCB の価格だけを見るのではなく、製品全体の影響を比較します。ボードが小さいと、エンクロージャのサイズ、ケーブルの長さ、組み立てスペース、または製品の重量が減少する可能性があります。また、同じ筐体内でさらに多くの機能を使用できるようになる可能性もあります。これらの要因により、プロジェクトごとに HDI の値が変化する可能性があります。シンプルで低密度の制御基板の場合は、標準の多層 PCB の方が適している可能性があります。ファインピッチのコンポーネントと限られた内部スペースを備えたコンパクトなデバイスの場合、HDI はより強力な設計パスを提供する可能性があります。 ### PCB サプライヤーに尋ねる質問 生産を開始する前に、サプライヤーに次のことを尋ねます。 - レーザーで穴開けされたマイクロビアの最小サイズはどれくらいですか? - via-in-pad をサポートできますか?また、どのように充填されますか? - どのような積み重ね構造を定期的に制作していますか? - どのようなトレース幅と間隔をボリュームで制御できますか? - マイクロビアと内層の位置合わせはどのように検査しますか? - どのような表面仕上げが可能ですか? - 必要なインピーダンス値をサポートできますか? - どのようなプロトタイプおよび製品テスト方法を使用していますか? - どの設計ファイルと製造ノートが必要ですか?この段階で明確な答えを得ることで、エンジニアリング作業完了後のレイアウト変更を防ぐことができます。 ### 小さいからといってシンプルになるわけではない コンパクトな HDI PCB はスペースの使用を改善できますが、密度が高いため慎重な計画が必要になります。プロセッサーまたは電源部品の近くに熱が蓄積する可能性があります。修理へのアクセスが制限される場合があります。ファインピッチのパッケージでは、より厳密な組み立て管理が必要になる場合があります。 HDI を単一の PCB 機能ではなく、完全な設計手法として扱うことをお勧めします。最良の結果は、レイアウト エンジニア、機械チーム、コンポーネント エンジニア、アセンブラ、および PCB メーカー間の協力から生まれます。設計目標が明確で、プロセスの限界がわかっている場合、HDI を使用すると、製品が必要な機能をサポートしながら、使用する基板スペースを削減できます。正しい質問は、「基板をどこまで小さくできるか?」ということだけではありません。また、「性能、信頼性、コスト、生産管理のバランスが最も良いサイズはどれか？」でもあります。

多くの PCB チームは同じ問題に直面しています。基板はより多くの信号を伝送し、より小さなスペースに収まり、安定したパフォーマンスを維持する必要があります。標準的な多層 PCB は、設計が生産の準備が整う前に配線限界に達する可能性があります。長い配線、混雑した避難エリア、貧弱な電源経路は信号品質に影響を与え、レイアウト変更の費用が高くなる可能性があります。 HDI PCB テクノロジーは、これらの問題の解決に役立ちます。マイクロビア、細線、小型パッド、高密度配線構造を使用して、より短く、より直接的な接続を作成します。特定の設計では最大 40% の性能向上が可能ですが、結果は元の PCB 構造、信号速度、電源レイアウト、材料、およびテスト方法によって異なります。 HDI は、すべての製品に対して固定の割合でアップグレードされるわけではありません。 ## HDI が PCB パフォーマンスを向上できる場合、私は通常、HDI を推奨する前に、信号の完全性、配線密度、基板サイズ、電力供給という 4 つの領域に注目します。相互接続を短くすると、寄生インダクタンスと不要な信号反射を減らすことができます。これにより、USB 3.x、PCIe、MIPI、DDR メモリ、その他の高速デジタル リンクなどの高速インターフェイスをサポートできます。マイクロビアは、設計者に層間の配線オプションをさらに提供します。信号は、基板全体のスペースをブロックする大きなスルーホールビアを使用せずに、近くの層間を移動できます。これは、設計にファインピッチ BGA パッケージ、コンパクトなコネクタ、または高密度のセンサー モジュールが含まれている場合に役立ちます。ボードを小さくすると、製品の統合も向上する可能性があります。スマートフォン、ウェアラブル デバイス、医療機器、コンパクトな産業用コントローラーでは、コンポーネントの密度が高く、筐体のスペースが限られているため、HDI 構造がよく使用されます。メリットはサイズに限定されません。層構造を改善すると、クリティカルパスが短くなり、リターン電流パスの制御が容易になります。これにより、プロトタイプのテスト中のデバッグ作業を軽減できます。 ## 40% のパフォーマンスの主張をどのように評価するか パーセントの主張には、明確な測定方法が必要です。私は「40% 改善」を一般的な約束として扱いません。私は次のような質問をします: - このプロジェクトにおけるパフォーマンスとは何を意味しますか? - ターゲットは、より高速なデータ速度、より低い挿入損失、より小さな基板サイズ、より優れた熱挙動、またはより少ない信号エラーですか? - 元の PCB スタックアップは何でしたか? - どのテスト機器とテストポイントが使用されますか? - 比較には同じコンポーネント、ファームウェア、動作条件が使用されますか?たとえば、従来のボードに信号損失を引き起こす長い高速配線がある場合、HDI の再設計によりパス長が短縮され、アイ ダイアグラムの結果が改善される可能性があります。元のボードにすでに強力なスタックアップと適切に制御された配線がある場合、HDI ゲインは小さくなる可能性があります。このアプローチは、曖昧なマーケティング上の主張からプロジェクトを保護します。また、エンジニアリング チームには、シミュレーションやテストを通じて確認できる有用な目標が与えられます。 ## ステップ 1: 既存の PCB を確認する まず、現在の設計ファイル、スタックアップ、コンポーネントの配置、および障害記録から始めます。レビューの内容は次のとおりです。 - 層数と銅の厚さ - ビアの種類とビアフィールドの制限 - トレース幅と間隔 - BGA ピッチとエスケープ配線 - 高速ネット長 - 電力とグランドの分布 - EMI テストの結果 - 熱制限 - 製造歩留まりと修復履歴 基板は、層の不足ではなく配置不良のために混雑しているように見える場合があります。プロセッサ、メモリ デバイス、またはコネクタを移動すると、HDI が導入される前に配線のプレッシャーが軽減される可能性があります。 ## ステップ 2: 適切な HDI 構造を選択する HDI は、利用可能な最も複雑な構造を使用することを意味するものではありません。 1 つの製品には単純な 1+N+1 設計で十分な場合がありますが、高密度のモバイル デバイスでは、より高度なスタック型または千鳥配置のマイクロビア構造が必要になる場合があります。一般的なオプションは次のとおりです。 - マイクロビア ビルドアップ層 - スタッガード マイクロビア - スタック マイクロビア - 埋め込みビア - パッド内ビア - 任意の層 HDI それぞれの選択は、コスト、製造管理、信頼性、および検査のニーズに影響します。ビアインパッドはファインピッチ BGA 配線に役立ちますが、適切な充填と平坦化が必要です。プロセスが不適切だと、はんだ付けや信頼性の問題が発生する可能性があります。私は、電気的および機械的な目標を満たす、最も複雑でない HDI 構造を好みます。これにより、設計の製造とレビューが容易になります。 ## ステップ 3: 制御されたスタックアップを構築する 優れた HDI スタックアップは、ルーティングと信号の動作の両方をサポートします。スタックアップでは以下を定義する必要があります。 - 誘電体の厚さ - 銅の重量 - インピーダンスのターゲット - リファレンス プレーン - マイクロビアの直径 - キャプチャ パッドのサイズ - 完成した基板の厚さ - 材料の選択 高速配線には安定したリファレンス プレーンが必要です。連続したリターンパスのない狭い配線では、配線長が許容範囲内に見えてもノイズが発生する可能性があります。素材の選択も重要です。標準 FR-4 は多くの製品で機能しますが、高速または高温の設計では、適切な誘電特性と熱特性を備えた材料が必要になる場合があります。決定は、一般的な材料ラベルではなく、シミュレーション、動作条件、生産能力に基づいて行う必要があります。 ## ステップ 4: 製造前にシミュレーションする シミュレーションを使用して、HDI の変更によって実際の問題が解決されるかどうかを確認します。有用なチェックには以下が含まれます。 - インピーダンス制御 - 挿入損失 - リターンロス - クロストーク - アイ ダイアグラム - パワー インテグリティ - DC ドロップ - 熱分布 配線を短くすると信号の動作が改善されますが、すべての問題が解決されるわけではありません。コネクタの品質、パッケージのエスケープ、層の遷移、電源ノイズ、接地により、システムのパフォーマンスが制限される可能性があります。具体例としては、高速イメージセンサーを搭載した小型カメラモジュールが挙げられます。データ レーンが複数の長いルートとレイヤー遷移を通過する場合、HDI の再設計によりセンサーとプロセッサーをより近くに配置し、ルートの長さを短縮し、よりクリーンな参照パスを作成できます。実際のゲインは、HDI ラベルから推測するのではなく、測定を通じて確認する必要があります。 ## ステップ 5: 製造リスクの確認 HDI のパフォーマンスはプロセス制御に依存します。リリース前に、私は製造業者の次の能力を確認します。 - レーザー穴あけマイクロビア - 銅充填 - 細線エッチング - レジストレーション精度 - ビア信頼性テスト - AOI および X 線検査 - インピーダンステスト - 最終表面仕上げ 設計ルールは、選択したサプライヤーと一致する必要があります。研究室のプロトタイプで機能するトレース幅では、量産では歩留まりが低下する可能性があります。また、疲労、はんだ付け条件、コンポーネントの組み立てによる熱サイクルもレビューします。ビア構造が製品環境に適していない場合、基板は電気テストに合格しても、現場で問題が発生する可能性があります。 ## コストと設計のトレードオフ HDI は基板面積を削減し、より高い配線密度をサポートできますが、製造コストと検査コストが上昇する可能性があります。より多くのビルドアップ層、スタックされたマイクロビア、充填されたパッド内ビア構造、およびより厳格な位置合わせ要件により、製造負担が増加する可能性があります。そのため、PCB の単価だけではなく、プロジェクト全体のコストを比較します。ボードが小さいほど、エンクロージャのサイズ、アセンブリの複雑さ、または相互接続部品の数が削減される可能性があります。信号経路が改善されると、繰り返されるプロトタイプ サイクルも削減される可能性があります。これらの節約は、実際の製品計画から計算する必要があります。 HDI は、ボードに高密度のコンポーネント、高速信号、限られたスペース、または繰り返される配線障害がある場合に強力なオプションです。これは、十分なスペースと単純な製造ニーズを備えた低速ボードには適切な選択ではない可能性があります。最良の結果は、HDI 構造を測定可能なエンジニアリング問題に適合させることによって得られます。パフォーマンス目標を定義し、既存のレイアウトを確認し、適切なスタックアップを選択し、重要なネットをシミュレートし、テストを通じて結果を確認します。場合によっては 40% の改善が有効なプロジェクト目標となる可能性がありますが、基板構造とテスト データがその主張を裏付ける必要があります。

多くの PCB チームは同じ設計問題に直面しています。製品にはより多くの機能が必要であるにもかかわらず、利用可能な基板スペースは縮小し続けています。より多くのコンポーネントがより小さな領域に詰め込まれ、信号経路の制御が難しくなり、電力供給にエラーが発生する余地が少なくなります。 HDI テクノロジーは役に立ちますが、単に HDI スタックアップを選択するだけでは、より優れたボードが保証されるわけではありません。結果は、レイアウト、材料、製造制限、およびテスト計画がどのように連携するかによって異なります。私は HDI を実用的な角度から考察しています。つまり、無駄なスペースを削減し、信号品質を保護し、ボードの構築とテストを容易にすることです。 ### HDI の変更点 高密度相互接続ボードは、マイクロビア、細線、小さなパッド、連続ビルドアップ層などの機能を使用します。これらの機能により、すべての信号を完全なスルーホール パスを通じてルーティングするのではなく、近くの層間で接続を通過させることができます。この変更により、次のことが可能になります。 - 同じ基板領域内のコンポーネントの増加 - チップとメモリ間の接続の短縮 - ファインピッチ パッケージ周囲の配線の改善 - 電源およびグランド パスのより柔軟な配置 - 小型コンポーネントの下または近くのビア フィールドの縮小 従来のスルーホール ビアは、接続が 1 層下に移動するだけでよい場合でも、複数の層を通過する場合があります。途中ですべてのレイヤーの配線スペースを占有する可能性があります。マイクロビアはより短い接続パスを使用するため、レイアウト チームにより多くのスペースが与えられます。メリットはサイズの縮小だけではありません。パスが短いと、スタックアップパスとリターンパスが正しく設計されていれば、不要なインダクタンスが低減され、高速信号の制御に役立ちます。 ### より高速な設計は明確な制限から始まります 私は、ボードに何層が収まるかを尋ねることから HDI プロジェクトを開始しません。まずは製品要件から始めます。設計チームは、以下について明確な答えを必要としています。 - ボードの外形と厚さ - コンポーネントのパッケージ タイプ - 信号速度とインターフェイス規格 - 電流レベルとパワー ゾーン - 必要な層数 - 最小トレースとスペース - ビア直径とキャプチャ パッド サイズ - 材料の選択 - 組み立てプロセス - 予想される生産量 LPDDR メモリを搭載したプロセッサ ボードには、コンパクトなセンサー ボードとは異なるニーズがあります。高速インターフェイスには、制御されたインピーダンスと慎重に計画されたリターンパスが必要な場合があります。低速制御ボードでは、スペースの節約とコンポーネントの配置の柔軟性により多くのメリットが得られる可能性があります。明確な設計概要により、後からの変更が減少します。また、製造業者が、提案された構造が利用可能な機器やプロセス制御に適合するかどうかを確認するのにも役立ちます。 ### 実践的な HDI 設計パス #### 1. 信号フローを中心にレイヤー プランを構築する スタックアップは、信号がボード内を移動する方法をサポートする必要があります。高速信号層には近くのリファレンス プレーンが必要です。電源層には十分な銅線と負荷への適切なパスが必要です。外側の層には、コンポーネントのパッド、ファンアウト、配線用のスペースを残しておく必要があります。よくある間違いは、配線の問題が発生した後でレイヤーを追加することです。これにより、1 つの問題は解決されるかもしれませんが、厚さ、インピーダンス、コスト、または積層に関して新たな問題が発生します。詳細なレイアウトを開始する前に、PCB 製造業者とレイヤー プランを確認することを好みます。この段階での小さな変更は、後で大規模な再設計を防ぐことができます。 #### 2. HDI ボードで使用できる適切なビア構造を選択します。 - レーザー マイクロビア - スタック マイクロビア - スタッガード マイクロビア - 埋め込みビア - スルー ビア - パッド内ビア構造 各オプションは、コスト、信頼性、検査、および製造ステップに影響します。千鳥配置のマイクロビアは、完全に積層された構造と比較して、製造圧力をある程度軽減できます。スタックビアはより多くのスペースを節約できますが、より強力なプロセス制御が必要です。ビアインパッドはファインピッチパッケージに役立ちますが、コンポーネントの組み立て前にビアの充填と平坦化が必要になることがよくあります。正しい選択は、パッケージ、層遷移、基板の厚さ、および生産計画によって異なります。より小さな機能が自動的に正しい答えになるわけではありません。 #### 3. 高速信号とそのリターン パスを配線する 信号トレースは電気パスの一部にすぎません。そのリターン電流にも、基準面を通る安定した経路が必要です。信号がレイヤーを変更する場合、リターン パスには近くのグランド ビアが必要になる場合があります。基準面が地面から電源に変更される場合、その移行はさらに検討する価値があります。トレースの下に長いギャップや分割があると、ノイズが増加し、インピーダンスに影響を与える可能性があります。 USB、PCIe、MIPI、高速メモリなどのインターフェイスについては、次のことを確認します。 - トレースの長さとマッチング - ペアの間隔 - インピーダンスのターゲット - 層の遷移 - リファレンス プレーンの連続性 - ビア スタブの長さ - クロストークのリスク - コネクタの立ち上げ設計 シミュレーションはこれらのチェックをサポートできますが、適切なレイアウトの決定はやはり賢明なスタックアップから始まります。 #### 4. 電力供給を負荷の近くに保つ コンパクトなボードでも電力の問題が発生する可能性があります。狭い経路、不十分なプレーン接続、レギュレータとデバイス間の長い経路により、電圧降下や不要なノイズが発生する可能性があります。完全な電力経路を見ていきます。 1. レギュレータ出力 2. 銅線または銅線 3. 層間のビア 4. ローカル デカップリング コンデンサ 5. コンポーネントの電源ピン 6. グランド リターン デバイスの近くに配置されたコンデンサは、電源ピンとグランド ピンへの接続が短く、インピーダンスが低い場合にのみ役立ちます。電流が小さなネックまたは制限されたビアグループを通過する必要がある場合、大きな銅面積がすべての電力問題を解決するわけではありません。 ### 一般的な例: コンパクトなメモリ配線 プロセッサと LPDDR メモリを使用する小型コンピューティング ボードを考えてみましょう。パッケージのピッチにより、従来のファンアウト配線のためのスペースがほとんど残らない場合があります。スルーホールビアは貴重なチャネルを消費する可能性があり、配線が長いと長さの一致がより困難になる可能性があります。 HDI 構造では、パッケージ パッドの近くにマイクロビアを配置し、選択した接続を内層に移動できます。これにより、メモリ トレースの長さを短く保ちながら、プロセッサの周囲により多くのルーティング チャネルが作成される可能性があります。改善は「HDI」という言葉だけから得られるものではありません。それは以下の組み合わせから生まれます: - 適切なパッケージエスケープパターン - 制御されたスタックアップ - 短い層遷移 - 安定したリファレンスプレーン - 慎重な長さのマッチング - 初期の製造レビュー メモリインターフェイスにまだタイミングやノイズの問題が見られる場合、チームはマイクロビアを増やせば解決すると考えるのではなく、電気経路全体をチェックする必要があります。 ### パフォーマンスを向上させるには設計チェックが必要 HDI ボードはいくつかの段階でチェックする必要があります。 #### 設計レビュー スタックアップ、材料セット、ビア ルール、インピーダンス ターゲット、コンポーネント エスケープ戦略をレビューします。提案されたデザインが選択したプロセスで生産可能であることを確認します。 #### レイアウトのレビュー プレーンの連続性、間隔、銅のバランス、熱経路、ビアの位置、および立ち入り禁止ゾーンをチェックします。コネクタ、水晶回路、アンテナ、スイッチング電源には細心の注意を払ってください。 #### 信号と電力の解析 インターフェイスの速度や電力需要が役立つ場合は、シミュレーションを使用します。プロジェクトの要件に基づいて、挿入損失、リターンロス、クロストーク、タイミングマージン、電圧降下、電流密度を検討します。 #### 製造レビュー メーカーにレーザー ドリルの限界、ビア充填のニーズ、レジストレーション公差、銅の厚さ、積層サイクル、および表面仕上げの互換性を確認するよう依頼します。 #### プロトタイプのテスト 高速リンク、電源レール、熱的挙動、および機械的適合性をテストします。プロジェクトのリスクにより追加のレビューが正当化される場合は、微細断面またはその他のプロセス サンプルを検査します。テストでは特定の質問に答える必要があります。 「ボードは機能しますか？」広すぎます。もっと良い質問は、メモリ アイが必要なマージン内にあるかどうか、パワー レールが許容範囲内にあるかどうか、またはビア構造が計画された信頼性テストに合格するかどうかです。 ### 有用な機能を削減することなくコストを管理 HDI では、レーザー穴あけ、連続積層、ビア充填、厳密な位置合わせ、および追加の検査が必要になる場合があるため、製造コストが上昇する可能性があります。コストの議論には、製品への影響全体を含める必要があります。ボードが小さいほど、エンクロージャのサイズ、ケーブルの長さ、組み立て面積、またはシステムの重量が削減される可能性があります。コンポーネントのエスケープ パターンが改善されると、設計の別の部分のレイヤー数が削減される可能性があります。より単純なビア構造により、電気的目標を満たしながら基板コストを削減できる可能性があります。私は明確な理由がない限り、全面的に HDI 機能を追加することを避けています。一部の領域ではマイクロビアが必要ですが、他の領域では標準ビアを使用できます。混合アプローチにより、密度と製造労力の間の実際的なバランスを実現できます。 ### HDI プロジェクトでよくある間違い すべてのマイクロビアを自由な配線ポイントとして扱う マイクロビアには、やはり間隔、パッド形状、ドリル公差、および信頼性の高い位置合わせが必要です。 組み立てプロセスを確認せずにパッド内ビアを使用する ビアが充填されていない、または管理が不十分であると、はんだの損失、ボイド、またはコンポーネントの装着の不均一が発生する可能性があります。 銅のバランスを無視する 不均一な銅の分布は、ラミネート時の反りや厚さのばらつきの原因となる可能性があります。 プレーン ギャップをまたぐ配線 リターン パスが貧弱になっている間、信号はトレース ルールを満たす可能性があります。 価格だけで材料を選択する 損失、熱挙動、ガラスの織り、信頼性が最終設計に影響を与える可能性があります。 レイアウトが完了するまで製造業者に連絡するのを待ちます CAD で許容できるように見えるスタックアップが、選択した製造プロセスに適合しない可能性があります。 基板は小さい方が常に良いと仮定 非常にコンパクトなレイアウトでは、熱、修理、検査、または組み立ての問題が発生する可能性があります。 ### 簡単なプロジェクト チェックリスト HDI デザインをリリースする前に、次の点をチェックします。 - スタックアップは信号と電力のニーズに一致していますか? - すべてのクリティカル レイヤ遷移はリターン パスでサポートされていますか? - ビアの種類はパッケージや製造プロセスに適していますか? - インピーダンスと長さの目標は文書化されていますか? - 細かいピッチの領域は組み立てのリスクについてレビューされていますか? - 銅の分布は適度にバランスが取れていますか? - 熱経路はチェックされていますか? - 製造者はキーの寸法を確認しましたか? - プロトタイプのテストは明確なパフォーマンス目標に関連付けられていますか? - 基板の検査、組み立て、修理は計画通りにできますか? HDI は、レイアウトの最後近くに追加される小さな機能ではなく、完全な設計手法として扱われる場合に最も効果的に機能します。目標は、最小の配線や最も複雑なビア構造を使用することではありません。目標は、スペースを有効に活用し、制御付きの信号を伝送し、電力を確実に供給し、生産プロセスに適合するボードを作成することです。電気チーム、レイアウト チーム、コンポーネント エンジニア、PCB メーカーが一緒に設計をレビューすると、HDI は回避可能な製造リスクを生み出すことなく、より小型でより高性能な製品をサポートできます。お問い合わせをお待ちしております: mr.xu@lingchaopcb.com/WhatsApp +8613780181891。

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