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デザイナーに説明するように：ELIC PCBとHDIルーティング

IPC-2226基準に基づくと、HDI PCBルーティングをサポートするために使用される標準的なPCBスタックアップがいくつかあり、これにより、細かいピッチのBGAコンポーネントへのトレースルーティングが可能になります。標準的なHDI PCBスタックアップ構造のほとんどは、コア（埋め込み）ビアおよび/または全層に触れるスルーホールビアを使用します。標準的なHDI PCBスタックアップは、PCBの内層にアクセスするためにBGAブレイクアウトを可能にするために、標準的なブラインド/埋め込みマイクロビアに加えて、表面層にスキップビアを使用することもあります。

PCBがこれまで以上に多層化され、薄くなるにつれて、インターコネクト密度を高めるための新しい技術が使用されています。現在使用されている最も複雑なHDIルーティングおよびスタックアップ設計スタイルは、every layer interconnect (ELIC)と呼ばれます。このルーティングスタイルはシンプルなアイデアに従います：マイクロビアをPCBスタックアップ全体に拡張し、PCB内の任意の層セット間で高密度インターコネクト上で信号をルーティングできるようにします。これは無害な許可のように聞こえるかもしれませんが、PCBを構築するために使用される製造プロセスと材料セットに制約を課します。この記事ではELICについてさらに詳しく見ていきます。

ELIC PCBスタックアップの設計

ELICは、スタックアップ内の任意の層間で高密度インターコネクト上に信号を配線できることを意味する、any-layer HDIとしても言及されることがあります。これらの先進的なHDI PCBには、さらに複雑な相互接続を可能にする、銅で満たされたスタックされたインパッドマイクロビアの複数の層が含まれています。HDIボードでELICを使用する場合、各層には独自の銅で満たされた、レーザードリル加工されたマイクロビアがあります。ELICは、各層を通じて接続を行うために、積層された銅で満たされたマイクロビアのみを使用します。これにより、層が積層された後、PCB内の任意の2層間で接続を行うことができます。これは柔軟性のレベルを高めるだけでなく、設計者が任意の層上でインターコネクト密度を最大化することも可能にします。

下の画像は、ELIC HDIスタックアップの側面断面図を示しています。このマイクロセクション画像には、PCBスタックアップ全体に積層されたマイクロビアが含まれていますが、異なる領域で段階的に配置されたマイクロビアも含むことがあります。

スルーホールビアはもはや必要なくなりました。なぜなら、ボード間のすべての接続は初期構築で製造されるからです。ELICは銅充填構造を使用しているため、充填ビア（例えば、VIPPO）のめっき技術は必要ありません。この特定のスタックアップは、IPCがマイクロビアの信頼性に関して警告していることに反しています。なぜなら、私たちはPCBスタックアップ全体にわたって積層されたマイクロビアを持っているからです。リフローからの潜在的な欠陥なしにELIC PCBを保証できる製造業者はすべてではありません。これらの保証を提供できるメーカーを慎重に選択し、ボードが品質と受け入れ基準を満たすことを確実にするために、彼らのDFMルールを実装することを確認してください。

ELIC製造

ELIC製造プロセスは、レーザーでドリルされたマイクロビアと固体銅充填ベースを持つ超薄型コアから始まります。内層の最初のマイクロビアが銅で充填された後、次の誘電体層が順次積層で追加されます。レーザードリリングは新しい層に適用され、ELIC PCBスタックを構築するために続けられ、その層のビアを銅で充填します。これが望ましいスタックが銅充填マイクロビアで構築されるまで繰り返されます。順次銅充填はボードの構造的完全性を向上させ、内部マイクロビアのくぼみ/空洞を防ぐために必要であり、積層が強力なめっきインターフェースを生み出す限り、積層マイクロビアが使用されるべきです。

ELIC PCB向けDFM

一般的に、ELICを使用するHDI PCBのフロアプランニング時には、いくつかのシンプルなDFMルールに従うべきです。HDI製造工場の推奨事項に従うことに加えて、これらの一般的な推奨事項を実装してください：

• 製造されたベアボードの信頼性を確保するために、適切なマイクロビアのアスペクト比を選択する
• 内層でのボイド/ディンプリングを防ぐために、充填されたマイクロビアを指定すること
• インピーダンス制御ラインのクリアランスとトレース幅と層厚を慎重に組み合わせて、ファンアウト戦略を実行できるようにすること
• デバイス全体を通して層の配置を対称にすること

ELICの応用

ELICは、GPUやメモリカード用のPCBで使用されていますが、新しいスマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイスでもELICを使用して設計することができます。これらのアプリケーションでは、高ピン数と細ピッチのコンポーネントが必要とされることが多いです。これらのボードは、10層以上を使用する傾向にもあります。これらのアプリケーションでELICを使用することで、設計者は小さなフットプリントのボードで必要なインターコネクトをルーティングできます。

ELIC PCBスタックアップは、FPGAのように複数のインターフェースがデバイス内で実装される高速アプリケーションや、高いIO密度が求められる場合に一般的に使用されます。また、PTFE材料上でのRFルーティングをサポートする必要がある一部のボードでもELICが使用されることがあります。いずれの場合も、インピーダンスの不一致とそれによるリターンロスがこれらのラインで支配的になります。なぜなら、ルートは通常短いからです。これらのボードでは、バックドリリングが不要なため、レイヤー間をスタブを残さずにルーティングすることが可能です。しかし、ルートが長くなるにつれて、これらのルート上の誘電体損失が支配的になり、有用なトレース長を制限するようになります。HDIボードの材料を選択する際には、これらの点を念頭に置いてください。

ELICは、HDIリジッドフレックスPCBでも一般的になっています。ELIC対応のPCBと折りたたみ式リジッドフレックスボードを1つのパッケージに組み合わせることで、パッケージサイズをさらに小さくすることができます。ただし、マイクロビアスタックに過度のストレスがかからないように、曲げ領域を選択する必要があります。フレックスリボンの標準的な設計技術は、他のアプリケーションと同様に適用されますが、ELICの使用により、リボンをより小さなPCBに統合することが可能になります。

高密度、高速設計の内部信号層には、互いの層から信号層を遮蔽し、クロストークを減少させることができる複数のグラウンド/パワープレーンがあります。これは、余分な放射を遮蔽することでEMCコンプライアンスに役立ちます。高密度のファンアウトをサポートし、EMCコンプライアンスに役立つ中程度のレイヤーカウントのスタックアップがいくつかあります。これらのボードでの創造的なレイアウト戦略は、信号層の数を低く保ち、追加のグラウンドの使用を可能にすることができ、クロストークとEMIを減少させる二重の効果をもたらします。

高度な設計のためのELIC PCBスタックアップを構築する準備ができたら、Altium Designerのレイヤースタック設計とルーティング機能を使用してボードを構築してください。組み込みのCADツールとActiveRoute^®機能により、ELICを使用したHDIルーティングが容易になります。これらのファイルを製造業者にリリースする準備ができたら、Altium 365^™プラットフォームを使用すると、プロジェクトの共有とコラボレーションが簡単になります。

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