超高精細HDI PCB製造における半加工プロセス（SAP）の探求

PCB技術が進化し続ける中で、超高密度インターコネクト(UHDI) PCB製造のような新しい製造技術が信じられないほどの可能性を解き放っています。最も変革的な進歩の中には、従来の減算エッチングでは達成できなかったより細かいトレースとスペースを実現する、半加算プロセス(SAP)と修正半加算プロセス(mSAP)があります。これらの革新は、PCB設計の限界を押し広げ、前例のない精度で複雑な回路を製造することを可能にしています。

PCB製造の文脈では、半加算プロセス(SAP)は、従来の減算方法からの脱却を提供し、減算エッチングで可能だった2ミルの閾値をはるかに下回る、これまで達成できなかったトレースとスペースを可能にします。SAPプロセスは、銅のような導電性材料を追加して回路を形成することを可能にし、それをエッチングで取り除くのではなく。この技術は、先進的な材料と組み合わせることで、高性能で小型化されたデバイスを含む次世代の電子機器をサポートする超微細な特徴サイズの扉を開きます。

PCB製造における半加算プロセスの主な利点

極端なミニチュア化

SAPおよびmSAP技術で最もエキサイティングな機会の一つは、PCBフットプリントを大幅に削減できる能力です。トレースとスペースの寸法がサブミクロンレベルに縮小することで、設計者は全体的な電子システムのサイズを劇的に小さくするか、または解放されたスペースを利用して、より大きなバッテリーや強化された機能性などの追加コンポーネントを統合することができます。これは、スマートフォン、ウェアラブル、IoTデバイスなど、スペースがプレミアムなデバイスにとって特に重要です。

簡素化されたレイヤリングと向上したルーティング効率

これらのプロセスのもう一つの重要な利点は、PCB設計で必要なレイヤー数を削減できる可能性です。タイトピッチのボールグリッドアレイ（BGAs）を持つコンポーネントや標準的な設計であっても、より少ないレイヤーで複雑な信号をルーティングできる能力は、コストと複雑さの両方を削減できます。レイヤーが少ないということは、マイクロビアとラミネーションサイクルも少なくなり、製造時間が短縮され、全体的な収率が向上します。機能性を維持または向上させながらレイヤー構造を簡素化できる能力は、信頼性と性能の両方の観点から大きな勝利です。

改善された信号整合性と精度

ミニチュア化とレイヤー削減は具体的な利点ですが、SAPプロセスは電気性能を大幅に向上させることもできます。最も重要な改善点の一つは、信号の整合性です。半加算プロセスは、より広範な減算エッチングプロセスではなく、正確なイメージング技術に依存しているため、トレースの幅と間隔をより細かく制御できます。これにより、インピーダンスの制御がより厳密になり、信号の劣化が減少し、これらの技術を高速デジタルおよびRFアプリケーションに理想的にします。

半加算エッチング対減算エッチング：簡単な概要

従来の減算エッチングプロセスは、銅被覆されたラミネートから始まり、不要な銅をエッチングして回路パターンを形成します。このプロセスは効果的ですが、銅の厚さと使用されるエッチング方法のため、細かいトレースとスペースを達成することには限界があります。

対照的に、半加算プロセスは、非常に薄い銅層または純粋な加算方法の場合は銅が全くない状態から始まります。銅は選択的に追加され、望ましいパターンを作成し、薄いシード層のみが除去される必要があります。この精度により、製造業者のイメージング能力にもよりますが、トレースは25マイクロン（またはそれ以下）という非常に細かい特徴を実現できます。

改良半加算プロセス（mSAP）

変更された半加算プロセス（mSAP）は、SAPの拡張であり、スマートフォンのような消費者向け電子機器の大量生産によく使用されます。主な違いは、開始する銅層にあります。mSAPはやや厚い箔から始まり、その結果、やや精密でないトレースプロファイルになります。mSAPは優れた特徴サイズを可能にしますが、トレース/スペースの範囲は通常30ミクロンで、開始する銅が厚いためトレースはより台形の形状をしています。

これらの違いにもかかわらず、mSAPは従来の減算法よりもはるかに細かい特徴を実現し、標準的なPCBと高度な基板レベルの製造技術の間の橋渡しと見なされています。このアプローチは、コストに敏感な大量アプリケーションで重要です。

基板のようなPCB（SLP）と超HDIの未来

この分野で頻繁に使用される用語は「基板のようなPCB」（SLP）で、これは加算または半加算プロセスで構築された回路基板を指します。SLPは、半導体基板の精度に近づく細かい特徴を可能にしますが、はるかに大きなPCBパネル上です。これは、伝統的なPCB製造のコストとスケーラビリティの利点を犠牲にすることなく、ミニチュア化が求められるアプリケーションにとって特に有利です。

典型的なSAPおよびmSAPプロセスフロー

SAPとmSAPの両方について、プロセスフローは類似した手順に従います：

1. フォトレジスト塗布 - 回路パターンを定義するためにフォトレジストの層が適用されます。
2. フォトレジストイメージング - フォトレジストがUV光にさらされ、銅が追加される領域が定義されます。
3. 電解銅めっき - パターン化された領域に選択的に銅がめっきされます。
4. フォトレジスト剥離 - 残ったフォトレジストが剥がされ、銅のトレースが残ります。
5. エッチング - mSAPの場合、プロセスを完了するために銅のシード層がエッチングされ、SAPは最小限のエッチングのみが必要です。

SAPは極めて薄い銅層（1.5マイクロン以下という薄さも）から始まるため、最終的なトレースには垂直な側壁があり、非常に細かい特徴を可能にしますが、mSAPは出発点の銅が厚いため、通常はより台形のプロファイルを持つトレースを残します。

成功のためにPCB製造業者とのパートナーシップ

これらの先進的な製造方法を活用する鍵は、PCBメーカーとの密接な協力にあります。アメリカンスタンダードサーキットの品質ディレクターであるジョン・ジョンソンは、「設計者は、さまざまな半加算プロセスのトレードオフと能力を完全に理解するために、製造業者と協力しなければならない」と指摘しています。「それは状況による」というアプローチが設計ルールでは一般的であり、一緒に作業することで、最適化された性能、製造可能性、およびコストを確保し、設計者が超HDI技術の可能性を最大限に引き出すことができます。この協力的なアプローチでは、設計者とメーカーの両方が、SAPおよびmSAPのユニークな能力に最適化された設計を行う上で不可欠な役割を果たし、最終的にはより効率的で強力で信頼性の高い電子システムにつながります。