Ultra HDIによる新たな配線可能性

PCB設計者は、より小さなスペースにより多くの機能を詰め込みながら高性能を確保するという常に挑戦に直面しています。かつてIC基板やパッケージ製造にのみ使用されていたものが、今日ではウルトラHDI（超高密度インターコネクト）技術がPCBレベルにもたらされ、非常に高密度なルーティング能力を可能にしています。しかし、ウルトラHDIがなぜこれほど強力なのか、そしてどのようにしてルーティング効率を向上させるのかということです。

より多くの接続、より少ないスペース

新しいコンポーネントはルーティング密度をより高いレベルに押し上げ、従来のシンプルなスタックアップは追いつくのに苦労します。ウルトラHDIの製造能力により、PCB設計者はより小さな特徴を配置でき、トレース幅と間隔を25/25μmまで小さくすることができます。これは、同じボードエリア内により多くのルーティングを収めることができることを意味し、モバイルデバイスやウェアラブルなどのスペースが制限されたアプリケーションに理想的です。

Signal Integrity Journal（下記参照）からの有名な写真があり、高密度BGAから複数のトレースがルーティングされているのが示されています。これは、ウルトラHDI PCB製造で達成できるトレースのサイズとトレース密度を示しています。従来のアプローチでは、PCB設計者はドッグボーンファンアウトやビアインパッドを使用してBGAから他のコンポーネントへトレースをルーティングします。

もう少し作業スペースが欲しいと思ったことがあるなら、Ultra HDIがその余裕を提供します。50/50 umのトレースとスペースを使用しても、従来の減算エッチング能力を大幅に改善します。

このルーティング密度の増加は、特にミニチュア化が重要なアプリケーションで有益です。例えば、植込み型センサーや補聴器などの先進的な医療機器では、ボードスペースの1ミリメートルごとが重要です。Ultra HDIは、これらの小さなフットプリントに複雑な回路を収めることができ、性能を損なうことなく確保します。美観と携帯性がデザインの決定要因となる消費者向け電子機器では、Ultra HDIによって可能になる薄くてコンパクトなPCBは、よりスリムで低プロファイルの製品につながります。

BGAルーティングのための画期的な進歩

高ピン数のBGA（ボールグリッドアレイ）は、特に0.4 mmという小さなピッチを扱う場合、ルーティングが難しいことがあります。従来の方法では、BGAからのエスケープルートを設計するために追加のPCBレイヤーが必要になることがよくあります。Ultra HDIは、マイクロビアと超微細トレースを活用して、レイヤー数を増やすことなくより多くの接続を確保することで、ゲームを変えます。

高密度BGAのルーティングを可能にしながら、ウルトラHDIアセンブリは、ヘッドインピロー、非平面性、およびはんだブリッジングやミスアラインメントのようなBGAアセンブリの欠陥の危険性を伴います。これを克服し、より高い製造収率と少ない設計反復を確保するために、エンジニアは標準のFR4グレードの材料よりも低いCTE値を示す、より薄いウルトラHDI専用の材料を必要とします。スマートフォンや高性能コンピューティングのようなアプリケーションで細ピッチコンポーネントを扱う設計者にとって、これらの材料はまだ開発中であり、市場に大規模に投入されています。

レイヤー数の削減、コストの削減

レイヤーが多いほど、複雑さが増し、製造コストが増加することが多く、現代の電子機器には理想的ではありません。ウルトラHDIにより、より高いルーティング密度とより小さいトレース幅が可能になるため、設計者は複数のレイヤーからのトレースを単一のレイヤーに統合でき、PCBスタックアップの全体的なレイヤー数を減らすことができます。レイヤー数が少ないということは、大量生産時の製造コストの削減につながります。

レイヤー数を減らすことは、コストを削減するだけでなく、製造性も向上させます。レイヤーが少ないということは、ドリリングが少なくなり、積層サイクルが減り、デラミネーションやミスレジストレーションなどの欠陥の可能性が低くなります。これにより、生産の信頼性と一貫性が高まります。さらに、レイヤー構造を最適化することで、Ultra HDIは熱管理を改善するのに役立ちます。これは、過剰な熱が性能を低下させる可能性がある自動車電子機器やデータセンターなどの高電力アプリケーションに特に有用です。

課題と考慮事項

Ultra HDIは、先進的なミニチュア製品に多くの利点を提供しますが、実装には慎重な計画と専門知識が必要です。製造プロセスは、超微細な特徴を扱えるように最適化する必要があり、設計者は製造可能性を確保するために製造業者と密接に連携する必要があります。さらに、適切な材料選択を確保することが重要です。Ultra HDIの微細ピッチ製造能力をサポートするために、低損失で高信頼性のある誘電体材料を選択する必要があります。

もう一つの考慮事項は、コストのトレードオフです。Ultra HDIはレイヤー数を減らし、効率を向上させることができますが、先進的な製造技術と材料への初期投資が高くなる可能性があります。しかし、この技術がより広く採用されるにつれて、規模の経済がコストを下げ、より幅広いアプリケーションでのアクセスが容易になります。

PCBルーティングの未来がここにあります

Ultra HDIは単なる段階的な改善ではありません。PCB設計における革命的なシフトです。ルーティング密度の向上、BGAブレイクアウトの最適化、レイヤー数の削減、高速性能の向上により、Ultra HDIはデザイナーがこれまでにない境界を押し広げることを可能にします。次世代のモバイルデバイスや最先端の自動車技術に取り組んでいる場合でも、Ultra HDIはより小さく、より賢く、より効率的なPCBを作成するためのツールを提供します。