損失はどこから来るか
デジタルチャネルの挿入損失は4つの和です。誘電体損失、導体損失、インピーダンス不連続による反射、そしてスタブからの放射です。HDI が触れるのは後ろの2つです。
在来のスルーホールビアは基板の全厚を貫通します。信号が入る層より下のバレル部分はスタブになります。長さで決まる周波数で共振する、開放端の伝送線路です。3 mm の基板では 1.5 mm のスタブが 10 Gb/s 信号の帯域内ですでに共振し、通常の対策はバックドリルです。これは独自の歩留りコストを伴う追加工程になります。
マイクロビアが取り除くもの
レーザーマイクロビアは径 0.1 mm で、隣接する層だけをつなぎます。信号層を通り過ぎるバレルがないため、バックドリルすべきスタブも、共振によるノッチも生じません。経路自体も短く、基準層が何層も先ではなく薄い誘電体1枚だけ先にあるので、リターン電流は信号の近くに留まります。
副次的な効果が2つあります。逐次積層では、配線密度の高い層の間にグラウンド層を置けるため、アグレッサとビクティムの間の遮蔽が改善します。そして誘電体が薄いことで基準層との結合が強まり、同じ間隔ならクロストークが減ります。
解決しないもの
- 誘電体損失。ポリイミド、FR-4、高周波積層材は散逸率で1桁以上異なります。どのビア戦略も、誤った積層材を補えません。
- 銅の粗さ。高周波では電流が箔の表面に集中するため、銅が粗ければスタックアップに関係なく損失が増えます。
- コネクタと遷移部。コネクタ2個とケーブルで、基板全体より大きな損失になることがあります。
- インピーダンス不連続。配線より大きなパッドを持つマイクロビアも不連続です。0.06 mm の配線が 0.1 mm のビアに入るなら、アンチパッドとパッドは同時に寸法を決めます。
形状を先に合意する
HDI の誘電体は薄く、50 Ω の線に必要な配線幅より薄いこともしばしばです。非常に薄いコア上の 0.06 mm 配線は、目標インピーダンスを大きく下回ることがあります。だからスタックアップは、後から検査するのではなく、インピーダンスを起点に設計します。インピーダンス公差を ±10 % と明記し、DFM でスタックアップを確認するのはこのためです。
設計に折り曲げやコネクタ用の尾が必要なら、リジッドフレックス基板で高速部をリジッド材に置き、形状を動かす箇所だけフレックスにする構成が取れます。両者の工程限界は製造対応能力に、スタックアップの選択肢は高密度実装基板のページにまとめてあります。
