通常の多層基板は、パネルを貫通するメカニカルドリル穴で層を接続します。HDI基板は外層をレーザーで 開けるため、接続は必要な深さまでしか通りません。スルーホールのバレルが占めていたスペースが空き、 同じ外形でより多くの部品が載り、微細ピッチ部品の下のリターン経路は短くなり、層数を増やしていた 基板も薄く軽いままに収まります。
対応するスタックアップ
- 1+N+1 — メカニカルドリルのコアの両側にマイクロビア層を1層ずつ。通常の多層基板から 次に進む標準的な構成です。
- 2+N+2 と 1+1+N+1+1 — 片側2層のマイクロビア。微細ピッチBGAのエスケープ配線と、 高密度コネクタのファンアウトに向きます。
- 3+N+3 — 片側3層のマイクロビア。パッケージのピッチとピン数から他に選択肢がない場合の構成です。
- ELIC — 全層をマイクロビアで接続し、スルーホールを担うメカニカルコアを持ちません。
マイクロビアは直上に積み重ねるか、スタガード配置にします。パッド内に入るビアは銅埋めして キャップを付け、ペースト印刷のためにパッドを平らに保ちます。
HDIか、通常の多層基板か
HDIは配線に対する答えであって、それ自体が上位版ではありません。問うべきは、製品が許容できる層数で設計の 余地が尽きたかどうかです。まずエスケープ配線を見ます。微細ピッチのパッケージとコネクタのファンアウトが 通常の多層基板の外層で収まるなら、信号層を増やすほうが一般に安く済みます。マイクロビア層を追加するたびに、 積層プレス、レーザー穴あけ、平坦化の工程がそれぞれ付いてくるからです。
次は厚みです。回路ではなく外形で製品が決まる場合、マイクロビアはより薄い基板に多くの接続を詰め込めるため、 携帯機器やウェアラブル、カメラの設計はこの考え方を土台にしています。三つ目はリターン経路です。マイクロビア は接続する層で止まるので、層数が変わらなくても高速バスの下のループは短くなります。通常の多層基板で銅を 足しても得られない効果です。
一つの設計に高密度なロジック部と厚銅を要する電源部が同居する場合、あるいは密度が微細ピッチパッケージでは なくリジッドフレキシブル移行部から来る場合は、見積りを固める前に リジッドフレキシブル基板と 多層基板の構成と並べてスタックアップを検討します。
マイクロビア、穴あけ、めっき
マイクロビアは最小0.1 mmをレーザーで開け、メカニカルドリルは0.15 mm以上をアスペクト比15:1で 担当します。外層は0.06 mmのライン／スペースと0.5〜20 ozの銅厚に対応するため、高密度なロジック部と 電源部を1つのスタックアップで共有できます。めっき後は層ごとに画像形成・積層・検査を行い、外形、 反り・ねじれ、銅バランスはリジッドラインと同じ公差で確認します。
材料とインピーダンス
HDIの大半は高Tg FR-4で、顧客の認証要件がある場合はハロゲンフリー基材、高周波で信号を通す場合は Rogers、Arlon、Taconic、Nelcoを使います。インピーダンスは0.06 mmのパターンでも±10 %に保つため、 高密度なHDI基板は高速バスにも小型製品にも使えます。同じ層数を 多層プリント基板で作ろうとすると、基板サイズを大きくする 必要があります。
HDI基板の用途
民生電子機器、携帯端末やセキュア機器、 セキュリティ・カメラシステム、医療モニタと画像機器、そして IATF 16949:2016に基づく車載センサ・レーダーモジュールです。実装も同じ拠点で行い、SMT 4ラインで 1日600万個、01005部品まで対応し、X線検査とBGAリワークも社内で完結するため、BGAパッド下の マイクロビアは部品を搭載した同じチームが検査します。
HDI製造でつまずくところ
HDIのトラブルの多くは、ライン上ではなくスタックアップ図面の段階で決まります。
- 積み上げマイクロビアと層間の位置合わせ — マイクロビア層はそれぞれ独自のターゲットに対して穴あけ・露光 されるため、積み上げたビアは下の全層のずれを累積します。階段配置にする、パネル耳にターゲットマークを残す、 パッド内で余裕のあるビア位置を取る、という三つで最後の層をパッドの横ではなく上に留めます。
- 銅埋めとパッド下のくぼみ — 平坦化していない銅埋めビアは浅いくぼみを残し、その上のボールがリフローで すき間へ流れ込みます。銅埋めとキャップは明示的に指定し、パッド下のペースト開口はビア径と突き合わせて確認 します。
- 積層プレスの回数と仕上がり厚 — マイクロビア層を増やすたびにプレス工程が増え、そのたびに失う誘電体が 積み上がります。薄い製品で先に表面化するため、スタックアップでは一回のサイクルあたりの誘電体を確保し、 仕上がり厚は公差幅とともに見積ります。
- ビア底の状態 — レーザービア底の樹脂スミアや酸化したターゲットパッドは、導通試験には通る接続の抵抗を 押し上げます。デスミアとビア底の処理は工程ノートに明記し、同じパネルからクーポンを切り出して断面を確認 します。
- テストアクセス — マイクロビアと銅埋めパッドはテストポイントが使うはずだった場所を占めるため、クーポン、 テストポイント、バウンダリスキャンのアクセスはスタックアップと一緒に計画し、レイアウト承認後に足すことは しません。
見積りについて
Gerber一式に、予定しているスタックアップ、配線する最小ピッチ、インピーダンス要件、数量を添えて お送りください。試作は1〜3日、中ロットは4〜10日で仕上がります。工程限界値は 対応能力のページに、発行済み証明書は 認証のページに掲載しています。
実装まで続くHDIスタックアップは、部品調達とボックスビルドを含めて 中国でのプリント基板実装のページで見積ります。
