2025-09-03
顧客が人間化したイメージ
高密度インターコネクト (HDI) PCBは,5Gスマートフォンから医療ウェアラブルまで,小型化された高性能電子機器の骨組みです. 0.4mmピッチのBGA,45μmマイクロビヤをサポートする能力,しかし,HDIの製造は標準的なPCB製造よりもはるかに複雑です.初回 HDI プロジェクトの60%は,マイクロネットワークの欠陥により生産性問題に直面していますローダーマスクの不具合 (IPC 2226データ)
製造者や技術者にとって,これらの技術的課題を理解し,それらを解決する方法を理解することは,一貫して高品質のHDI PCBを提供するために不可欠です.このガイドでは,HDIの製造における 7つの主要な課題を分解していますLT CIRCUITのような主要なプロバイダのベストプラクティスを強調しています.自動車用レーダー用の10層HDIやIoTセンサー用の4層HDIを製造しているかどうか収穫量を70%から95%以上に 上げることができます
主要 な 教訓
1微生物の欠陥 (穴,ブーム) は,HDI の出力損失の35%を原因とする.UVレーザードリリング (±5μm精度) と銅電圧塗装 (95%の充填率) で解決される.
2レイヤーの誤差 (±10μm) は,光学配列システム (±3μmの許容度) と信託マーク最適化により固定されたHDIボードの25%を破壊する.
3溶接マスクの剥離 (20%の失敗率) は,プラズマ清掃 (Ra 1.5~2.0μm) とUV固化可能なHDI特異性溶接マスクによって排除されます.
4切断下切断 (痕跡幅を20%減らす) は,深層UVリトグラフィと切断速度モニタリング (±1μm/min) で制御される.
5熱循環の信頼性 (最適化されていない設計では50%の失敗率) は,層間のCTE (熱膨張係数) をマッチし,柔軟な電解液を使用することで改善されます.
6費用効率: これらの課題を解決することで,HDI PCB1台あたり0.80$~2.50$の再加工コストを削減し,大量の回数 (10k+ユニット) で生産時間を30%短縮できます.
HDI PCB の 製造 を ユニーク に する の は 何 です か
HDI PCBは,製造の複雑さを推進する3つの重要な点で標準PCBと異なります.
1微小孔:盲目/埋葬孔 (直径45~100μm) は,レーザー钻孔と精密な塗装を必要とする透孔孔を代替する.
2細かい特徴: 25/25μmの痕跡/スペースと0.4mmのピッチのBGAは,高度なエッチングと配置技術を必要とします.
3連続型ラミネーション: HDIボードを2~4層のサブスタック (標準PCBのシングルステップラミネーションと比較して) に構築すると,アライナメントリスクが増加します.
これらの機能は小型化が可能ですが,標準PCBプロセスの対応ができない課題をもたらします.10層のHDIボードは10層の標準PCBよりも5倍以上のプロセスステップを必要とします.各ステップは潜在的な障害点を追加します..
HDI PCB 製造におけるトップ7の技術的課題 (および解決策)
以下は,LT CIRCUITの10年以上ものHDI製造経験によるデータに基づいた最も一般的なHDI製造課題,その根本原因,実証されたソリューションです.
1微生物 の 欠陥: 穴,穴 の 断裂,不良 の 塗装
マイクロビアスはHDI PCBの最も重要で誤りやすい特徴である. 2つの欠陥が優れている:空洞 (塗装されたビアスの空気ポケット) とドリルブレイク (レーザー不整列による不完全な穴).
根本 的 な 原因:
レーザードリリングの問題:低レーザーパワー (電解液を貫通できない) または高速 (樹脂の塗り替えを引き起こす).
塗装問題: 汚れが不十分 (樹脂残留が銅の粘着を阻害する) または電流密度が低い (ビアスを満たさない).
材料互換性:高Tg HDI基板と標準FR4プリプレグを使用 (バイアスの周りにデラミナレーションを引き起こす).
影響:
空隙は電流容量を20%削減し 熱抵抗を30%増加させます
ドリルブレイクが開いた回路を 破壊します
解決策:
| 行動 | 影響 | データサポート |
|---|---|---|
| 紫外線レーザー 掘削 | ±5μm の精度; 穴開けの休憩を排除する | 掘削断断率が18%から2%に低下 |
| ペルマンガネート 汚れ | 樹脂残留物の99%を除去する | 塗装粘着性が60%向上する |
| パルス電圧塗装 | 95% 満たす速度で,空白を排除する | 無効化率は22%から3%に減少 |
| HDI特異性プレプレグ | 基板のCTEとマッチし,デラミネーションを防止する | デラミネーション率は10%から1%に低下 |
ケーススタディ: LT CIRCUITは5Gモジュールメーカーにとってマイクロボイヤの欠陥を 35%から 5%に削減し,UVレーザードリリングとパルスプレートに切り替えた.
2. 層の誤差: 積み重なったマイクロビアにとって重要です
HDIの連続ラミネーションでは,サブスタックが ±3μmの範囲で並べられる必要があります.そうでなければ,積み重ねられたマイクロヴィア (例えば,トップ → インナー 1 → インナー 2) が壊れ,ショート回路またはオープン回路を引き起こす.
根本 的 な 原因:
信頼証の誤り: 信頼証の位置が不良または破損した (配列に使用される) は誤読につながる.
メカニカル・ドリフト: プレッシング機器は,ラミネーション中にシフトする (大型パネルでは一般的です).
熱圧縮:加熱/冷却中にサブスタックが不均等に膨張/収縮する.
影響:
>±10μmの誤差により,HDIボードの25%が破壊され,生産回あたり50万~200万ドルのコストがかかります.
微小な誤差 (± 5 10μm) もマイクロ伝導性を15%低下させる.
解決策:
| 行動 | 影響 | データサポート |
|---|---|---|
| オプティカルアライナメントシステム | ±3μmの許容度; 12MPのカメラを使って信託者を追跡する | 誤差率 25% から 4% に 低下 する |
| 信頼マークの最適化 | より大きなマーク (100μm直径) + 横軸設計 | 信頼性読み取りの誤差は 12% から 1% に減少 |
| バキューム 固定装置 | ラミネーション中にサブスタックを安定させる | ウォルページは70%減る |
| 熱プロファイリング | パネルの均等な加熱 (±2°C) | 15μmから3μmに減る |
例として:医療機器メーカーがLT CIRCUITの光学配線システムを導入して,血糖モニター用の8層HDI PCBの一貫した生産を可能にすることで,配線不良に関連したスクラップを22%から3%に削減しました.
3溶接マスク 剥離とピンホール
HDIの細い特徴と滑らかな銅表面は,溶接マスクの粘着を大きな課題にしている.剥離 (溶接マスクが銅から引き上げ) とピンホール (マスク内の小さな穴) が一般的です.
根本 的 な 原因:
滑らかな銅表面:HDIのローリング銅 (Ra < 0.5μm) は標準の電解銅 (Ra 1?? 2μm) よりグリップが少ない.
汚染: 銅 に 油,塵,または 残り の 流れ が 留まり て いる の で,溶接 面膜 が 粘着 する こと が 妨げ られ ます.
互換性のない溶接マスク:HDI基板に標準FR4溶接マスク (ファイバーグラス用) を使用する.
影響:
皮が剥がれると銅は腐食にさらされ,湿った環境ではフィールド障害が25%増加します.
ピンホールは,25μmの痕跡間の溶接橋を作り出し,HDIボードの10~15%を短くします.
解決策:
| 行動 | 影響 | データサポート |
|---|---|---|
| プラズマ浄化 | 銅表面を活性化し 99% の汚染物質を除去する | 粘着強度が80%向上する |
| HDI特異性溶接マスク | 紫外線固化可能な低粘度配列 (例えば,DuPont PM-3300 HDI) | 皮が剥がれる割合は 20% から 2% に下がります |
| 制御された厚さ | 25~35μm マスク (2層) ピンホールを避ける | ピンホールの割合は15%から1%に下がります |
| アブラシブ・ブレッシング | 銅に微小な粗さ (Ra 1.5 〜 2.0μm) を生み出す | 粘着性が50%向上する |
結果:LT CIRCUITはIoTセンサークライアントの溶接マスクの欠陥を 30%から 3%に削減し フィールドを回転させ 年間80kドル削減しました
4エッチング・アンダーカット: 細い痕跡を絞る
エッチング・アンダーカットとは,化学エッチングにより,上層25μmを20μm以下に絞るより多くの銅が痕跡側から除去される.これはインピーダンスを妨害し,痕跡を弱体化させる.
根本 的 な 原因:
オーバー・エッチング:ボードをエッチングで長時間放置する (手動プロセス制御で一般的です).
フォトレシスト粘着性の低下: フォトレシストは銅から上昇し,側面をエッチンに晒す.
不均一なエッチング分布: エッチングタンク内の死区域は不一致なエッチングを引き起こす.
影響:
< 5μm はインパデントを10%変化させ,高速信号では50Ω/100Ωの目標に失敗する.
部品の配置や廃棄時に弱体化した痕跡が割れる HDIボードの8~12%
解決策:
| 行動 | 影響 | データサポート |
|---|---|---|
| 深紫外線リトグラフィ | 鋭い光耐性エッジ; 70% 低切断を減らす | 8μmから2μmまでの低切断 |
| 自動エッチ制御 | リアルタイムでエッチレートモニタリング (±1μm/min);早期にエッチを停止する | 過剰な切断率は 15% から 1% に減少 |
| 噴霧で彫る | 均一なエッセンタ分布; 死地がない | エッチの均一性は ± 1μm に改善される. |
| 高粘着性光抵抗性 | 持ち上げを防止し,痕跡を防ぎます | 光抵抗の失敗率は 10% から 0.5% に低下 |
試験: LT CIRCUIT による自動化プロセスで刻まれた25μmの痕跡は,手動で刻まれた20μm (5μm) と対照的に24μm幅 (1μm下切) を保持した.阻力変動は ± 3% に留まりました (5G 規格を満たしています).
5熱循環の信頼性:デラミネーションとクラッキング
HDI PCBは,自動車,航空宇宙,産業用アプリケーションで極端な温度変動 (-40 °Cから 125 °C) に直面する.熱循環は,層分離と痕跡裂けを引き起こす.
根本 的 な 原因:
CTE不一致:HDI層 (銅,介電,プリプレグ) は,膨張速度が異なる.例えば,銅 (17ppm/°C) とFR4 (13ppm/°C).
壊れやすい電解:低Tg (Tg <150°C) の電解は,繰り返し膨張/収縮する際に割れ落ちる.
結合が不十分: レイヤリング圧力が不十分であるため,薄い層結合が生じる.
影響:
デラミネーションは熱伝導性を40%低下させ 部品の過熱を引き起こします
1000回の熱サイクル後にHDIボードの50%が破損する.
解決策:
| 行動 | 影響 | データサポート |
|---|---|---|
| CTEマッチング | 類似のCTEを有する材料を使用する (例えば,ロジャーズRO4350 (14ppm/°C) +ロジャーズ4450Fプレプレ (14ppm/°C)) | デラミネーション率は30%から3%に減少 |
| 高Tgダイレクトリック | Tg ≥180°C (例えば高Tg FR4,ポリマイド) | クレイク率は50%から5%に減少 |
| 層面 圧力の 増加 | 400psi (標準PCBでは300psi);結合強度を向上させる | 債権強度が40%上昇 |
| 柔軟なインターレイヤー | 硬い層の間に薄いポリミド層 (CTE 15 ppm/°C) を加える | 熱循環による生存率は2倍になる |
ケース・スタディ:LT CIRCUITがポリマイド・インターレイヤーを追加した後,自動車客社のHDIレーダーPCBは,2,000回の熱サイクル (-40°C~125°C) に耐えました.これはIATF 16949規格を満たし,保証請求を60%削減しました.
6銅製の粘着障害
溶接層から銅ホイルが剥がれることは,隠されたHDI欠陥であり,部品の溶接時にのみ発見される.
根本 的 な 原因:
汚染された介電器:介電器表面の塵や油は銅の結合を妨げます.
プリプレグ固化が不十分: 固化が不十分なプリプレグ (低層化温度で一般的) は,粘着性が弱い.
誤った銅型:HDI のため,ローリング銅の代わりに,電解銅 (滑らかな電解液に粘着性が悪い) を使用する.
影響:
薄膜剥離は,リフロー溶接 (260°C) の際にHDI板の7~10%を破壊する.
修理は不可能です 影響を受けた板は廃棄しなければなりません
解決策:
| 行動 | 影響 | データサポート |
|---|---|---|
| ダイエレクトリック浄化 | 超音波浄化 (60°C,10分) + プラズマ処理 | 汚染率は15%から1%に低下 |
| 最適化されたラミネーションプロファイル | 180°Cで90分 (対150°Cで60分) プリプレグを完全に固める | 粘着強度が50%増加する |
| ローリング銅製のフィルム | 滑らかだが粘着性が高い (例えば,JX Nippon Mining RZホイール) | 薄膜の皮が剥がれる割合は 10% から 1% に下がります |
試験:LT CIRCUITの粘着性試験 (ASTM D3359) は,ローリングされた銅ホイールが電解銅の1.5N/mmに対して2.5N/mmの結合強度を示した.これはリフロー溶接中に剥離を防止した.
7費用と時間プレッシャー
HDIの製造は標準PCB製造よりも高価で時間がかかり 品質を犠牲にせずにコストを削減する圧力を生み出します
根本 的 な 原因:
複雑なプロセス:標準PCB (レーザードリリング,連続ラミネーション) よりも 5倍以上のステップで労働費と設備コストが増加します.
低出産:欠陥 (例えば,微道穴) は再処理が必要で,リードタイムに2〜3日を追加する.
材料コスト:HDI特有の材料 (鋳銅,低Df電解剤) は標準FR4より2倍3倍高い.
影響:
HDIPCBは標準PCBよりも2.5倍高い価格で,一部の小型メーカーが市場から追い出されています.
長時間 (2~3週間) の製品発売の遅延により,1週間に1200万ドルもの収益損失が発生しました (McKinseyデータ).
解決策:
| 行動 | 影響 | データサポート |
|---|---|---|
| 自動化 | 人工知能による DFM チェック + 自動化された AOI 労働力を30%削減 | 配達期間が21日から10日に短縮 |
| 生産 率 の 改善 | 微道/アライナメントの欠陥の修正; 生産量は70%から95%に増加 | 単位コストが25%下がる |
| 材料の最適化 | ハイブリッドスタック (低速層のFR4,高速層のRogers) を使用する.材料コストを30%削減する. | 総コストは15%削減 |
| パネル化 | グループ10 板1台あたり20個の小さなHDIボード;設置料を50%削減 | ユニット単位設置コストが40%減少 |
例えば LT CIRCUITは,スタートアップがHDIコストを20%削減し,自動化とパネル化により,着用デバイスを6週間早く発売できるようにして,リードタイムを40%削減しました.
HDI 製造 生産性 比較: 解決前と後の比較
これらの課題を解決する影響は,生産量とコストを比較すると明らかです.下記は10kユニットのHDI生産回 (8層,45μmマイクロビア) のデータです.
| メトリック | 解決前に (最適化されていない) | 解決後 (LT CIRCUIT) | 改善 |
|---|---|---|---|
| 総収益率 | 70% | 95% | +25% |
| 微生物の欠陥率 | 35% | 5% | -30% |
| 層の誤った配列廃棄物 | 25% | 4% | -21% |
| 溶接マスクの失敗率 | 30% | 3% | -27% |
| 単位の再加工コスト | 3ドルだ50 | 0ドルだ40 | -88% |
| 生産 リード タイム | 21 日 | 10日 | -52% |
| 単位の総コスト | 28ドルだ00 | 21ドル00 | -25% |
クリティカル・インサイト: 25%の生産量の改善は,10kユニットで2,500個以上の使用可能なボードに変換され,材料廃棄物と再加工コストで70,000ドルを節約します.年間貯蓄額は7万ドル以上になります.
HDI PCB 製造 一貫した品質のためのベストプラクティス
適切なソリューションであっても,一貫したHDI製造は,高密度の設計で数十年にわたる経験から開発された業界のベストプラクティスを遵守する必要があります.製造 者 や エンジニア の ため に 役立つ 助言 が 下 の よう に あり ます:
1製造のための設計 (DFM) 初期
a. 製造元を事前に関与させる: 最終化する前に,HDI プロバイダー (例えば,LT CIRCUIT) と Gerber ファイルとスタックアップ デザインを共有する.彼らの DFM 専門家は,以下のような問題を表示することができます:
マイクロビアの直径 <45μm (標準レーザードリリングで製造できない).
痕跡幅 <25μm (下切りに易く)
地平面のカバーが不十分 (EMIの原因)
HDI専用DFMツールを使用します.Altium DesignerのHDI DFMチェックーのようなソフトウェアは,設計審査の80%を自動化し,手動エラーを70%削減します.
最良実践: 8層以上の HDI 設計では,最終的な変更を避けるため,生産前 2週間で DFM レビューをスケジュールします.
2. 予測性のための材料を標準化
a.証明された材料の組み合わせに固執する:不適合な材料 (例えば,標準FR4プリプレグとロジャーズRO4350) を混合することを避ける.
基板:高Tg FR4 (Tg ≥170°C) またはRogers RO4350 (高周波用)
銅:信号層のために1オンスローリング銅 (Ra <0.5μm),パワープレーンのために2オンス電解銅.
プレプレグ:高周波用HDIグレードFR4プレプレグ (Tg ≥180°C) またはロジャース4450F
信頼されるサプライヤーのソース材料:ISO 9001認定のベンダーを使用して材料の一貫性を確保します.DkまたはTgのバッチ対バッチ変動は生産量を破壊します.
例:医療機器メーカーが LT CIRCUIT による推奨材料のスタック (高Tg FR4 + ローリング銅) を標準化し,材料関連欠陥を40%削減した.
3プロセス検証に投資する
a.まず試験パネルを実行する.新しいHDI設計の場合,以下のものを検証するために5×10の試験パネルを製造する.
微生物の充填率 (目標: ≥95%)
層の並べ替え (目標: ±3μm)
エッチ・アンダーカット (目標: ≤2μm)
b.すべてのステップを文書化:温度,圧力,エッチ時間のプロセスログを維持します.これは欠陥が発生した場合の根本原因を特定するのに役立ちます.
c. 線内試験を実施する.AOI (Automated Optical Inspection) をすべての重要なステップ (掘削,塗装,エッチング) の後に使用し,欠陥が他の層に広がる前に早期に検出する.
データポイント:テストパネルを使用する製造者は,このステップをスキップする製造者と比較して,最初の実行の欠陥を60%削減します.
4HDI 仕様に関する列車運転手
a.専門訓練:HDIの製造には,標準PCB製造以上のスキルが必要である.
マイクロボイアのレーザードリリングパラメータ (パワー,速度)
順次ラミネーションの調整
細かい特徴のための溶接マスクの適用.
(b) 操作者認証: 訓練を受けていない操作者がHDIの欠陥の30%を引き起こすことを確認するために,操作者に認証試験 (例えば,HDIのIPC-A-610) を通過することを要求する.
結果: LT CIRCUITのオペレーター認証プログラムは,HDI生産ラインで人為的なエラーによる欠陥を25%削減しました.
リアル・ワールド・ケース・スタディ: 5G モジュールメーカーのためのHDI製造課題の解決
5Gモジュールの主要メーカーが8層のHDIPCB (45μmマイクロボイア,25/25μmの痕跡) で持続的な出力問題に直面しました.
問題1: 30% のボードはマイクロボイア空隙 (開いた回路を引き起こす) のために故障した.
問題2: 20% の板が層の誤った配列 (± 10μm) により廃棄された.
問題3: 15% の板に溶接マスクが剥がれていた (銅の痕跡が露出していた).
LT CIRCUITのソリューション
1マイクロビア空白:パルス電圧塗装 (510A/dm2) と真空脱ガスに切り替わり,満たされた空白率は98%に上昇しました.
2レイヤーの誤差: 12MP カメラとフィデシャルマークの最適化による光学的な調整が ±3μm に改善された.
3.ソルダーマスクの剥離:プラズマ浄化 (5分,100W) を追加し,HDI特有のソルダーマスクに切り替えた.剥離率は2%に低下した.
結果
a.総生産量は 35% から 92% に増加した.
b.リフォームコストは年間18万ドル (年間10万台) 減少しました.
c.生産期間が21日から12日に短縮され,5G開始の重要な締め切りを顧客が達成できるようになりました.
HDI PCB 製造に関するよくある質問
Q1:高出力HDI製造の最小マイクロボイアサイズは?
A: ほとんどのメーカーが標準のUVレーザードリリングで45μm (1.8mil) のマイクロボイアをサポートします.このサイズは密度と出力をバランスします.小型のマイクロビヤ (30μm) は可能ですが,掘削断断率を20%増加させ,コストに30%を追加します.大量生産では,45μmが最小限です.
Q2: HDI の配列ラミネーションと標準ラミネーションの違いは何ですか?
A: 標準ラミネーションは1段階ですべての層を結合する (PCBの4~6層に使用される). 配列ラミネーションは2~4層の"サブスタック"でHDIボードを構築する (例えば,8層のHDIのために 2+2+2+2) その後,サブスタックを結合しますこれは,層の不整列を減らす (±3μm対±10μm),しかしリードタイムに1〜2日を追加します.
Q3:HDI PCBは鉛のない溶接で製造できますか?
A: はい.しかし,鉛のない溶接物 (Sn-Ag-Cu) は,鉛溶接物 (183°C) よりも溶融点 (217°C) が高い.
a.高Tg (Tg ≥180°C) の材料を使用し,リフロー温度に耐える.
熱ショックを避けるため,HDIボードをゆっくり (2°C/sec) 予熱する.
c.高熱成分 (BGAなど) の下に熱ビアスを加え,熱を散らす.
Q4:HDI PCBの製造の典型的なリードタイムは?
A:プロトタイプ (1 千台) の場合,5 千7 日.低量生産 (100 千1 台) の場合,10 千14 日.高量生産 (10 千+ 台) の場合,14 千21 日.LT CIRCUITは緊急プロジェクトで迅速なサービスを提供します (プロトタイプでは3~5日).
Q5:標準PCBと比較してHDIPCB製造コストはどれくらいですか?
A:HDI PCBは標準PCBより 2.5×4倍高い.例えば:
a. 4層標準PCB: 5ドル/ユニット.
b.4層HDIPCB (45μmマイクロボイア): $15~$25/ユニット
c.8層のHDIPCB (積み重ねたマイクロビア): $30~$50/ユニット.
d.コストプレミアムは,HDIの量100kユニット以上を生産する量により減少します.標準PCBよりも2倍高い価格です.
結論
HDI PCBの製造は複雑ですが,技術的な課題は微生物の欠陥,層の不一致,溶接マスクの失敗は克服できません.光学アライナメント製造者は,ベストプラクティス (DFM早期,材料標準化) を用いて,生産量を70%から95%以上まで高めることができます.
LTCIRCUITのような HDIの専門家と提携することで 成功を収めることができます 専門知識と先進機器を組み合わせ 品質に重点を置く能力ですプロセスを最適化する時間とお金と挫折を節約できます
電子機器が小さくなり 速くなるにつれて HDI PCBは さらに重要になります6G mmWaveからAI搭載ウェアラブルまで適切なソリューションとパートナーがあれば,HDIの製造は頭痛である必要はありません.それは競争上の利点になります.
問い合わせを直接私たちに送ってください.
