高密度相互接続 (HDI) 多層 PCB：次世代の小型化と性能を強化

顧客が人間化したイメージ

小さい 速く 強力な電子機器の 製造競争の中で 伝統的なPCBは壁にぶつかっています標準的な多層PCBのようなもの高密度インターコネクト (HDI) 多層PCB:マイクロバイア,高度な材料,複雑な回路を小さな足跡に詰め込む電子機器の設計と製造方法における革命です.なぜHDIが現代機器の骨組みになりつつあるのか,どのように機能しているのか,プロジェクトのために何時に選ぶか.

HDI 多層 PCB は 何 です か
HDIPCBは,高度な密度のために設計された高度な多層ボードです. 伝統的なPCBとは異なり, 穴を通ったバイアス (ボード全体に穴を掘り) とより大きな痕跡間隔に依存します.HDIの使用:

a.微小穴: 薄いレーザーで穴を掘り,板全体に穴を突き刺さずに層をつなぐ (直径6~10ミリ).
(b) 盲目/埋葬経路: 表面層のみを内層 (盲目) や内層同士 (埋葬) に接続し,スペースを節約する経路.
c.構築層: 細い,交互の介電体 (隔熱器) と銅の層が,より細い痕跡幅 (≤3mL) とより狭い距離 (≤2mL) を可能にするために,段階的に追加される.

この設計は複雑な回路に必要な層数を減らし,信号経路を短縮し,5GモデムやAI駆動センサーのような高速アプリケーションにとって重要なノイズを最小限にします

HDI と 従来の多層PCB: 批判的比較
HDIと伝統的なPCBの違いは サイズをはるかに超えています.

HDI 多層 PCB の 製造 方法
HDIの製造は,高度な機械と厳格な品質管理を組み合わせて,微小規模な特徴を達成する精密なプロセスです.

1核の準備
HDIはしばしばFR-4やロジャースのような高性能材料の薄い"コア"層 (通常0.2~0.4mm厚) から始まります.このコアは構造的安定性を提供し,積み重ね層の基盤を形成します.

2マイクロビアのレーザードリリング
伝統的な機械式ドリルは50ミリ未満の穴を作ることはできませんので,HDIはUVまたはCO2レーザーを使用して,±1μmの精度でマイクロボイア (6~10ミリ) を掘り出します.このステップは,バイアスが正確に必要な場所に配置されていることを保証します密集した群れでも (1平方センチメートルあたり最大100のバイアス)

3. 積み重ね層
薄い層の電解液 (厚さ0.05~0.1mm) と銅 (厚さ0.5~1オンス) を漸進的に加える.

a. 介電はコアにラミネートされ,接続点を暴露するためにレーザーでドリルされる.
b.銅は孔に塗装され (伝導ビアスを形成し) フォトリトグラフィーを用いて細い痕跡 (幅2~3ミリ) に刻まれます.
c.このプロセスは,各層で繰り返され,密集した層構造が作られる.

4検査と試験
HDIの微小な特徴は,厳格な品質チェックを必要とします.

a.自動光学検査 (AOI):痕跡欠陥または誤ったバイアスのスキャン.
b.X線検査:内層の塗装品質 (空白がない) を確認する.
c.阻力試験:信号の整合性を確保する (高速設計では極めて重要です).

HDI 多層 PCB の 主要 な 利点
HDIのユニークな設計と製造は 現代の電子機器にとって不可欠なものとなる 利点を明らかにします

1極端な小型化
大型透孔バイアスをマイクロバイアに置き換えて,痕跡間隔を減らすことで,HDIは従来のPCBよりも2倍4倍の機能を同じ領域に詰め込む.例えば:

5GスマートフォンPCBは HDIを使用し 6層のデザインを 10平方センチに収めることができますが,従来のPCBには 8層と 15平方センチが必要です.
b.医療用ウェアラブル (例えば血糖モニター) は,HDIを使用して直径を30mmから15mmに縮小し,ユーザの快適さを向上させます.

2. 信号速度の向上とノイズ削減
短い信号経路 (マイクロバイアスとブラインドバイアスのおかげで) は,伝播遅延 (信号の伝達時間) を最小限に抑え,クロストーク (軌跡間の干渉) を軽減する.これは,HDI を以下のような用途に最適にする.

a. 28 GHz以上で動作する高周波装置 (5G,レーダー,Wi-Fi 6E).
b.高速データ送信 (例えば,PCIe 6.064Gbpsに達しています.

3熱管理の改善
HDIの薄い層と微小管は"熱管"のように働き,熱をより均等に分散させます.これは,人工知能チップやEVモーターコントローラなどの電力消費デバイスにとって重要な伝統的なPCBと比較してホットスポットを30~40%削減します..

4信頼性の向上
従来のPCBは,ストレスの下での透孔バイアスが破裂すると失敗する (例えば,自動車の振動).10倍以上の熱または機械サイクルに耐える (IPC-TM-650試験ごとに)これは航空宇宙や工業機械のような 荒れ果てた環境に最適です

HDI 多層 PCB タイプ: 正しい 複雑性 を 選ぶ
HDIは,複雑性によって異なるレベル (または順序) にあります.正しい選択は,設計の密度ニーズに依存します:

HDI 多層PCB の最良の応用
HDIは,すべてに合う解決策ではありませんが,これらの需要の高いセクターで優れています.

1消費者電子機器
a.スマートフォン/タブレット:折りたたむ電話 (例えば,Samsung Galaxy Z Fold) は,柔軟で薄いデザインで5Gモデム,カメラ,電池を搭載するためにHDIを使用します.
b.ウェアラブル:スマートウォッチ (Apple Watch) は,HDI を利用して心拍数センサー,GPS,Bluetooth を 40mm のケースに詰め込む.

2医療機器
a.ポータブル診断:ハンドヘルドの超音波探査機は,HDIを使用して200gから100gに縮小し,医師が操作しやすくします.
b.インプランタブル:神経刺激剤 (エピレプシー治療用) は,生相容性の高いHDI材料を使用して,直径10mmのケースに8層の回路を埋め込む.

3自動車電子機器
a.ADAS (Advanced Driver Assistance Systems):レーダーとリダールモジュールはHDIを使用して,コンパクトで耐熱設計で100点以上のデータ点/秒を処理する (ハッドの下では125°Cに対応する).
b.EV制御: バッテリー管理システム (BMS) はHDIを使用して,従来のPCBよりも30%小さいスペースで100以上のセルを監視し,車両の重量を削減します.

4航空宇宙・防衛
a.衛星通信:HDIの軽量設計 (従来のPCBよりも40%軽く) は打ち上げコストを削減し,放射線抵抗性は宇宙での信頼性を保証します.
b.軍事用無線: 頑丈なHDIPCBは,戦場通信装置における振動と極端な温度 (−55°C~125°C) に耐える.

HDI を いつ 選ぶか (そして いつ 伝統的な PCB を 採用 する か)
HDIの利点は,製造コストが高くなるので,必ずしも必要ではありません.この枠組みを使って決定してください.

HDI を選択する:
デバイスのサイズは 50平方センチメートル未満でなければなりません (例えばウェアラブルデバイス,スマートフォンなど).
高周波 (≥10 GHz) または高速 (≥10 Gbps) の設計です.
厳しい環境 (振動,熱) での信頼性は極めて重要です.
コンポーネント数を減らしたいのです (コンネクタが少なく 箱が小さく)

伝統的なPCBを使わないでください
費用は最優先事項である (例えばリモコンのような低価格の消費機器).
デザインはシンプルです (≤4層,レジスタ/コンデンサーのような大きな部品)
動作周波数は低く (<1 GHz) サイズも制限されていません.

HDI の 課題 を 克服 する
HDIの複雑さは,独特の障害をもたらすが,注意深く計画すれば管理できる:

a.より高いコスト: 囲い物のサイズが小さくなり,部品が少なくなり,故障率が低くなり (長期的に節約).
b.設計の複雑性: HDI特有のCADツール (例えば,HDIモジュールを持つAltium Designer) を用いて,マイクロヴィアやスタックアップ層をモデル化します.
c.製造制限: 経験豊富なHDI製造業者と提携し,生産前に可行性を検証するために早期に設計ファイル (IPC-2581) を共有します.

結論
HDI多層PCBは 単なるトレンドではなく 次世代の電子機器の基盤です ミニチュア化,高速化,信頼性の向上を可能にすることでHDI は 現代 デバイス 設計 の 最大 の 課題 を 解決 し て い ます高額な初期費用が伴いますが サイズを縮小し,パフォーマンスを向上させ,長期にわたる故障を軽減する能力は,重要なアプリケーションに賢明な投資になります

折りたたむ電話や 生命を救う医療機器 頑丈な軍事機器を 作ろうとしても HDIは 電子機器の限界を 超えることができます