高密度相互接続 プリント基板の製造プロセスと設計基礎

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技術の景観が変化するにつれて、より小さな筐体により多くの要素を詰め込みたいという欲求が拡大してきました。より狭い領域により多くの部品が集積されるにつれ、高密度相互接続（HDI）技術を用いて製造されたプリント基板は、全体的な占有面積が減少することが多くなっています。高密度相互接続 プリント基板は、微小ビア、ブラインドビア、バリアビア、パッド内ビア、および極細配線を利用することで、より小さな空間により多くの部品を詰め込むことが可能です。高密度相互接続 プリント基板 組立工程において堅牢な高密度相互接続 プリント基板を製造できるよう、HDI設計の基本をご紹介します。

1980年に研究者たちがプリント基板内のビア数を最小化する方法を探し始めた時点で、高密度相互接続（HDI）プリント回路の設計と製造はその起源を得ました。最初の工業的なビルドアップまたは逐次プリント基板は1984年に製造されました。それ以来、設計者と部品メーカーは、単一チップおよび単一基板上により多くの機能を収める方法を絶えず探求してきました。

高密度相互接続 プリント基板の設計を作成する際には、克服すべき特定の設計および製造上の障壁があります。

これらは、高密度相互接続 プリント基板を作成する際に遭遇する可能性のあるいくつかの課題です：

• 狭い組立作業スペース
• より狭い間隔とより小さな部品
• プリント基板の両面に実装される部品数の増加
• より長い配線経路による信号伝播時間の増加
• 基板を完成させるためには、より多くの配線経路が必要です。

ルール駆動型設計エンジンに基づいた適切なレイアウトおよび配線ツールの組み合わせがあれば、プリント基板設計の慣例に挑戦し、非常に高い接続密度を持つ堅牢なプリント基板を生み出すことができます。高密度相互接続 プリント基板 製造に特化して設計された最先端のプリント基板設計ソフトウェアを使用する場合、高密度プリント基板配線や微細ピッチ部品の取り扱いは簡単です。一流の設計ツールを使用すれば、独自の高密度相互接続 プリント基板設計を構築し、HDI製造プロセスに備えることができます。

高密度相互接続 プリント基板の設計と製造を特徴づけるものは何か？

高密度相互接続 プリント基板の製造プロセスは、従来のプリント基板製造方法とは、いくつかの小さくしかし重要な点で異なります。製造業者の能力が設計の自由度を制限し、基板の配線に制約を課すことに注意することが重要です。設計ソフトウェアがより細い配線、より小さなビア、より多くの層、より小さな部品の使用を依然としてサポートできるにもかかわらず、それを行うには自動化を活用する必要があります。製造設計（DFM）要件です。基板を構築するために使用される製造方法と材料が、正確なDFM要件を決定します。信頼性要件が考慮される場合、DFM要件も同様に重要になります。

これらの要求は、材料選択時に考慮されなければなりません：

• 使用される誘電体の化学的特性は、現状のコア基板材料の化学的特性と適合するか？
• めっき銅と誘電体との接着は十分か？
• 誘電体は金属層に十分かつ信頼性のある絶縁間隔を提供するか？
• 私の熱要件を満たすことができるか？
• 誘電体は、整列とワイヤボンディングに理想的な高いガラス転移温度（Tg）を提供するか？
• いくつかのSBU層に覆われた場合、熱衝撃に耐えられるか？
• 埋め込まれた、信頼性のある微小ビアが得られるか？

高密度相互接続 プリント基板の基板には、9つの異なる種類の一般的な誘電体材料が使用されます。その多くはIPC-4101BやIPC-4104AなどのIPC規格シートでカバーされていますが、多くのものはまだIPC規格で規定されていません。その材料は以下の通りです：

• 放射流体誘電体
• 感光性ドライフィルム用誘電体
• 適応性ポリイミドフィルム
• 熱処理ドライフィルム
• 緩和熱流体誘電体
• 二重層、強化、樹脂コーティング済みRCC箔
• 標準FR-4コア材及びプリプレグ
• 新開発スプレッドグラス・レーザー耐性プリプレグ

熱可塑性樹脂

スタックアップは、エンジニアリング手法、部品配置計画、BGAファンアウト、設計制約を通じて、高密度相互接続 プリント基板の配線効率に影響を与えます。BGA部品のトレース幅、ビアサイズ、配置/迂回配線は、高密度相互接続 プリント基板設計を構築する際に考慮すべき最も重要な三要素です。

常に、高密度相互接続 プリント基板製造におけるメーカーの生産プロセスについて確認してください。生産工程の限界を特定する必要があります。これは、設計に組み込める要素のサイズに影響するためです。基本ビアのサイズはBGA部品のボールピッチによって決定され、それが基板構築に必要な高密度相互接続製造手法に影響を与えます。高密度相互接続 プリント基板の重要な構成要素であるマイクロビアは、層間配線を考慮して慎重に設計されなければなりません。

高密度相互接続 プリント基板組立及び設計サイクルの概要

一般的なプリント基板製造プロセスには多くの工程が含まれますが、高密度相互接続 プリント基板製造では他の基板では使用されないいくつかの特殊な工程が必要です。多くの他の技術と同様に、高密度相互接続基板設計プロセスは以下の手順から始まります：

基板上で最大のBGA部品を使用するか、基板上の最大ICのインターフェース数＋ピン数から、全ての信号を配線するために必要な層数を計算します。

材料を選択し、プリント基板スタックアップの誘電体データを取得するために、製造会社に連絡します。

層数と厚みに基づき、内部層を経由して信号を伝送するために使用するビア方式を決定します。

必要に応じて信頼性評価を実施し、材料が組立処理及び動作中に相互接続に過度の負荷をかけないことを保証します。

確実な製造と組立を可能にするため、メーカーの能力と信頼性要件（ビア、トレース幅、クリアランス等の必要性）に基づいて設計ルールを確立します。

スタックアップ構築と設計ルール確定は、製品の信頼性と配線能力に影響するため重要なポイントです。これらの手順が完了すると、設計者はECADプログラムを使用して、メーカーのDFM及び信頼性基準を設計ルールとして適用できます。

設計が信頼性があり、配線可能で、製造可能であることを事前に確認することは極めて重要です。

高密度相互接続DFM要件を満たす部品サイズの設定

高密度相互接続 プリント基板上のクリアランスに関する厳格なDFM要件にもかかわらず、プリント基板設計プログラムの設計ルールを活用することで対応可能です。配置と配線の前に、以下のような具体的なDFMルールを取得することが重要です：

• トレース幅と間隔の制限
• アニュラーリングとアスペクト比の制限（特に高信頼性設計向け）
• 基板材料システムによる主要スタックアップのインピーダンス制御保証
• 選択したスタックアップまたは層ペアのインピーダンスプロファイル（利用可能な場合）

これらのDFM詳細を満たすために高密度相互接続プリント基板を設計する能力は、設計ツールに大きく依存します。適切な設計ツールのセットを使用すれば、高密度相互接続プリント基板上にインピーダンス制御されたトレースを配線することは比較的簡単です。基本的には、メーカーのDFM推奨事項を考慮しながら、好みのトレース幅とインピーダンスプロファイルを設定します。高密度相互接続プリント基板組立のために高密度相互接続設計を計画する際、配線ソフトウェアのオンラインDRCエンジンが配線を検証します。関連するすべての高密度相互接続DFM要件を考慮したことを確認するには、メーカーのプロセスに関する包括的な仕様書セットを入手してください。