2024年7月5日

高密度相互接続 (HDI) PCB とは何ですか?

プリント回路基板 (PCB) は電子機器にとって極めて重要です。部品を接続し、すべてがスムーズに動作することを保証します。PCB がなければ、私たちのガジェットは機能しません。

高密度相互接続 (HDI) PCB は、従来の PCB よりも一歩進んだものです。より小さなスペースにより多くの電力を詰め込むことで、スマートフォンやラップトップなどのデバイスをより効率的かつコンパクトにします。

この記事では、HDI PCB について説明します。HDI PCB とは何かを説明し、その利点を強調し、どこで使用されているかについて説明します。HDI PCB が電子機器にどのような変化をもたらしているかを詳しく見ていきましょう。

高密度の回路とパッドを備えた PCB のクローズアップ

HDI PCB とは何ですか?

HDI PCB は、高密度相互接続プリント回路基板です。従来の PCB よりも小さな領域に多くのコンポーネントを収めるように設計されており、現代のコンパクトな電子機器に最適です。

主な特徴

HDI PCB には、次のような独自の機能がいくつかあります。

  • 高密度配線: HDI PCB は、より小さなスペースに多くの接続部を備えています。この高密度により、コンパクトな設計でより多くの機能を実現できます。
  • マイクロビア: これらは PCB の異なる層を接続する小さな穴です。従来の PCB のビアよりもはるかに小さいため、より正確な接続が可能になります。
  • ブラインドビアと埋め込みビア: ブラインド ビアは、ボード全体を通過せずに外層を内層に接続します。埋め込みビアは、外層に到達せずに内層を接続します。これらの機能により、スペースが節約され、より複雑な配線が可能になります。
チップと回路を搭載した PCB のクローズアップ

従来のPCBとの比較

HDI PCB は、従来の PCB とはいくつかの重要な点で異なります。

  • サイズとスペースHDI PCB はスペース効率に優れています。より小さなボードに多くの機能を詰め込んでおり、スマートフォンやウェアラブルなどの最新デバイスに不可欠です。
  • 複雑: 従来のPCBは通常、ビアが大きく、層数が少ない。マイクロビアと 複数のレイヤーHDI PCB はより複雑な回路をサポートできます。
  • パフォーマンス: HDI PCB は多くの場合、より優れたパフォーマンスを発揮します。信号パスが短く、高度なテクノロジにより信号損失が低減され、信頼性が向上します。

要約すると、HDI PCBはPCB技術の大きな進歩です。これにより、より小型で、より強力で、より効率的な電子機器が可能になります。PCBの製造プロセスを完全に理解するには、以下を参照してください。 PCB製造プロセスの完全ガイド.

HDI PCBの構築と設計

HDI PCB構造の概要

HDI PCB は複雑な構造をしており、より小さな領域に多くのコンポーネントを収めることができます。これは、高度な設計技術とさまざまな種類のビアによって実現されています。 

HDI PCB の構造には複数の層が含まれており、これらの層はビアを介して接続され、高密度で効率的な回路を形成します。

さまざまなビアタイプを示す PCB の図

HDI PCB で使用されるビアの種類

マイクロビア

マイクロビアは、PCB の異なる層を接続する小さな穴です。従来のビアよりもはるかに小さく、通常は直径 150 ミクロン未満です。この小さなサイズにより、正確な接続が可能になり、ボード上のスペースを節約できます。

ブラインドビア

ブラインド ビアは、基板を通過せずに、外層を 1 つ以上の内層に接続します。ブラインド ビアは PCB の片側からのみ見え、基板のサイズを大きくせずに配線密度を高めるために使用されます。

埋め込みビア

埋め込みビアは PCB の内層を接続し、ボード内に完全に閉じ込められます。外層には到達しません。埋め込みビアを使用すると、外面に影響を与えずに内部層を接続することで、より複雑な設計が可能になります。

PCB設計で使用されるさまざまな種類のビアの詳細については、以下を参照してください。 PCBAとPCBの違い.

コアレス構造とレイヤーペアの説明

HDI PCB のコアレス構造では、中心のコアのない層のペアを使用します。この方法により、より薄く、より柔軟な設計が可能になります。 

コアレス構造では、複数の層のペアが積み重ねられ、ビアを介して接続され、堅牢で高密度の回路が作成されます。

レイヤー ペアは、追加の配線スペースとより優れた電気性能を可能にするため、HDI PCB では不可欠です。 

コアレス構造を採用することで、設計者は高い機能性と信頼性を備えた薄型の PCB を作成できます。

共通設計基準

HDI PCB は、品質と性能を保証するために業界標準に従って設計および製造されています。一般的な設計標準には次のようなものがあります。

  • 国際電気通信連合(IPC)この規格は、材料とプロセスに重点を置いて、HDI PCB の設計と製造をカバーしています。
  • 2226 は、この規格は、レイアウトや層構成を含む高密度相互接続構造の設計に関するガイドラインを提供します。
  • IPC-4104この規格は、HDI PCB の材料と仕様を規定し、ボードが特定の品質基準を満たすことを保証します。
  • IPC-6016この規格は、テストや信頼性の測定を含む HDI PCB のパフォーマンスと認定要件を定めています。

これらの規格により、HDI PCB は高品質の仕様で製造され、さまざまなアプリケーションで信頼性を確保できます。

HDI PCBの利点

HDI PCB には、現代の電子機器に最適な多くの利点があります。これらの利点を詳しく見てみましょう。

中央チップとコンポーネントを備えた PCB のクローズアップ

コンパクトで軽量

HDI PCB は、より多くのコンポーネントをより小さな領域に収めるように設計されています。このコンパクトな設計は、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルに最適です。 

マイクロビアやブラインドビアなどの高度な技術を使用することで、HDI PCB は小さなスペースに多くの機能を詰め込むことができます。これにより、今日の消費者が求める、より軽量で持ち運びやすいデバイスが実現します。

パフォーマンスと信頼性の向上

HDI PCB は優れたパフォーマンスと信頼性で知られています。その理由は次のとおりです。

より良い シグナルインテグリティ

HDI PCB を使用すると、信号が移動する距離が短くなります。これにより、信号劣化の可能性が減ります。 

マイクロビアとブラインドビアは、信号の完全性を維持し、クリアで堅牢な信号を保証します。これは、現代の電子機器における高速データ伝送にとって非常に重要です。

信号損失の低減

HDI PCB は信号損失も低減します。高度な設計により信号の移動距離が最小限に抑えられるため、信号が弱まる可能性が低くなります。 

これにより、スマートフォン、医療機器、自動車システムなど、あらゆるデバイスが効率的かつ確実に動作することが保証されます。

PCBコンポーネントとその重要性の詳細については、以下を参照してください。 電子回路基板部品.

費用対効果

HDI PCB は最初は高価に思えるかもしれませんが、長期的にはコストを節約できます。

材料と層の削減

HDI 技術により、PCB の層数が少なくなり、材料コストが削減されます。スペースと材料を効率的に使用することで、HDI PCB は従来の PCB と同じ機能をより少ないリソースで実現できます。

長期貯蓄

HDI PCB の耐久性と信頼性により、修理や交換の回数が少なくなります。これにより長期的な節約が実現し、初期費用が高くてもコスト効率の良い選択肢となります。

さらに、製造と材料の使用効率により、長期的には生産コストを削減することもできます。

コスト効率の高いPCBソリューションの詳細については、 大量生産PCBの利点と用途.

健康と環境へのメリット

HDI PCB は、健康面と環境面でも大きな利点をもたらします。

鉛フリーはんだ

多くの HDI PCB では、作業者と消費者にとってより安全な鉛フリーはんだが使用されています。鉛は有毒であり、深刻な健康問題を引き起こす可能性があります。 

HDI PCB では鉛フリーはんだを使用することでこのリスクが排除され、製造プロセスがより安全になります。

環境への影響の軽減

使用する材料を減らし、鉛などの有害物質を排除することで、HDI PCB の環境フットプリントが削減されます。 

これらは、より持続可能な製造方法に貢献し、環境保護に役立ちます。

鉛フリーはんだ付けとその利点の詳細については、以下をご覧ください。 電子機器製造におけるはんだペースト.

HDI PCB には数多くの利点があります。コンパクトで軽量な設計は、現代の電子機器に最適です。 

パフォーマンスが向上し、信号の整合性が向上し、信号損失が減少します。材料と層の削減によるコスト効率と長期的な節約により、賢い投資となります。

さらに、健康と環境へのメリットにより、製造業者にとって責任ある選択となります。

PCBレイアウト設計に関する実用的なヒントについては、 すべての設計者が知っておくべき PCB レイアウトの実践的なヒント.

コンポーネント付きグリーン PCB の詳細図

HDI PCB のアプリケーション

HDI PCB は極めて汎用性が高く、幅広い業界で使用されています。その高度な機能により、多くの最新アプリケーションに最適です。

家電

HDI PCB は、民生用電子機器の基礎です。デバイスの小型化、高速化、効率化に貢献します。

スマートフォンとタブレット

スマートフォンやタブレットでは、スペースが貴重です。HDI PCB を使用すると、メーカーはサイズを大きくすることなく、これらのデバイスにさらに多くの機能を詰め込むことができます。 

その結果、ポケットやバッグに入れて持ち運べる、洗練された高性能なガジェットが誕生しました。これらのガジェットは、今日のハイテクに精通したユーザーにとって不可欠な高速データ処理と接続性をサポートしています。

ウェアラブルテクノロジー

スマートウォッチやフィットネストラッカーなどのウェアラブルデバイスは、HDI PCB に大きく依存しています。これらのデバイスは軽量でコンパクトでありながら強力である必要があります。 

HDI PCB は、ヘルスモニタリング、GPS、ワイヤレス接続などの機能を小型パッケージで実現する完璧なソリューションを提供します。

ウェアラブル技術とPCBアプリケーションの詳細については、 フレックス PCB 設計要件ガイド.

医療機器

医療分野では信頼性と精度が非常に重要です。HDI PCB はこれらのニーズを効果的に満たします。

イメージング機器

MRI 装置や X 線システムなどの医療用画像機器には、正確で信頼性の高い回路が必要です。 

HDI PCB は、鮮明で正確な画像を保証するために必要な高性能を提供します。コンパクトな設計により、よりポータブルで使いやすい医療機器の作成にも役立ちます。

埋め込み型デバイス

ペースメーカーなどの埋め込み型医療機器は、HDI テクノロジーから大きな恩恵を受けています。これらの機器は人体の内部で作動するため、小型で信頼性が高くなければなりません。 

HDI PCB を使用すると、患者の転帰を改善する小型でありながら高機能なデバイスを作成できます。

自動車産業

自動車業界では、安全性と性能のために高度な電子機器への依存度が高まっています。

センサーと制御システム

現代の自動車には、数多くのセンサーと制御システムが搭載されています。HDI PCB は、これらのシステムをコンパクトかつ効率的に統合することを可能にします。 

エンジン制御から 先進運転支援システム(ADAS)車両の性能と安全性を向上させます。

自動車用PCBに関する詳しい情報については、 新エネルギー自動車PCBアセンブリ.

航空宇宙と防衛

HDI PCB は、信頼性とパフォーマンスが最も重要となる航空宇宙および防衛アプリケーションに不可欠です。

通信システム

航空宇宙および防衛分野では、通信システムは堅牢で信頼性が高くなければなりません。 

HDI PCB は、コンパクトな形式で必要なパフォーマンスを提供するため、航空機、衛星、軍事通信デバイスに最適です。 

これらは、これらの分野で非常に重要な、高速で安全かつ信頼性の高い通信を保証します。

航空宇宙アプリケーションの詳細については、以下を参照してください。 産業オートメーション PCB アセンブリ.

HDI PCB は多用途で、さまざまな業界で不可欠な存在です。消費者向け電子機器、医療機器、自動車システム、航空宇宙および防衛機器の機能性と効率性を高めます。 

HDI テクノロジーを統合することで、メーカーはより小型で、より強力で、より信頼性の高いデバイスを製造し、ますます高まる現代のテクノロジーの需要に応えることができます。 

HDI PCB の用途を理解することで、今日のテクノロジー主導の世界における HDI PCB の価値を理解することができます。

製造と設計に関する考慮事項

HDI PCB の作成には、高度な技術と慎重な計画が必要です。ここでは、関連する製造プロセスと設計上の課題について詳しく説明します。

保護メガネをかけながら PCB をはんだ付けする男性

高度な製造技術

HDI PCB の高密度設計を実現するには、高度な製造技術が必要です。使用される重要な方法は次のとおりです。

レーザー穴あけ加工

レーザードリリング HDI PCB に必要な極小のマイクロビアを作成するには、これが不可欠です。従来のドリル方法では、必要な小さなサイズを実現できません。 

レーザードリリングでは、高エネルギーのレーザービームを使用して、直径 150 ミクロン未満の穴を正確に開けます。 

これにより、より小さな領域でより多くの接続が可能になり、HDI PCB のコンパクトな設計にとって重要になります。

連続ラミネート

シーケンシャル ラミネーションは、PCB の複数の層を 1 つずつ構築するプロセスです。この方法により、HDI PCB に見られる複雑な多層構造が作成されます。 

各層は、次の層を追加する前に積層、穴あけ、メッキされます。この技術により、より複雑な設計と高密度の相互接続が可能になります。

フォトリソグラフィー

フォトリソグラフィー PCB 上に細い線とスペースを作成します。このプロセスでは、PCB をフォトレジストでコーティングし、マスクを通して UV 光にさらし、画像を現像します。 

次に、露出した領域をエッチングで除去し、正確なパターンを残します。フォトリソグラフィーは、HDI PCB に必要な高解像度と精度を実現するために不可欠です。

高度な製造技術の詳細については、 クイックターンPCB回路基板の入手方法に関する完全ガイド.

設計上の課題

HDI PCB の設計には独自の課題があり、最終製品がパフォーマンスと信頼性の基準を満たすようにするには、これらの課題に対処する必要があります。

トレース密度の向上

HDI PCB は従来の PCB に比べてトレース密度がはるかに高くなっています。つまり、より小さな領域により多くの電気接続が配置されます。 

設計者は、干渉を回避し、信頼性の高いパフォーマンスを確保するために、レイアウトを慎重に計画する必要があります。 

トレース密度が増加すると、ルーティングがより複雑になり、高度なソフトウェアと綿密な計画が必要になります。

より狭いコンポーネント間隔

HDI PCB では、コンポーネントがより近くに配置されます。これにより、PCB の全体的なサイズは小さくなりますが、信号干渉やクロストークのリスクも高まります。 

設計者は、慎重な計画と高度なシミュレーション ツールを使用してこれらの問題を管理する必要があります。信号の整合性を維持するには、適切な間隔とシールド技術が不可欠です。

デザインにおける精度と正確さの重要性

HDI PCB には高いレベルの精度と正確さが求められます。設計や製造プロセスにおける小さなエラーが、最終製品に重大な問題を引き起こす可能性があります。 

設計者は、すべてのビア、トレース、コンポーネントが正確に配置されていることを確認する必要があります。 

多くの場合、製造を開始する前に、高度な CAD ソフトウェアと厳格なテストを使用して設計を検証する必要があります。

設計上の課題と解決策の詳細については、以下を参照してください。 自動光学検査 (AOI) ガイド.

緑色の PCB に部品をはんだ付けする人

結論

この記事では、高密度相互接続 (HDI) PCB の世界について説明しました。HDI PCB とは何か、その構造と設計、そして数多くの利点について説明しました。 

また、業界をまたいだ多様な用途、使用される高度な製造技術、およびそれらを作成する際の設計上の課題についても調査しました。

結論として、HDI PCB は単なるトレンドではなく、電子機器の設計および製造方法の根本的な変化です。 

これにより、より小型で高速、かつ効率的な製品の開発が可能になり、消費者と業界の高まる需要に応えます。 

テクノロジーが進歩するにつれ、HDI PCB は電子機器の未来を形作る上で重要な役割を果たし続けるでしょう。

お読みいただきありがとうございます。このガイドが HDI PCB と現代の電子機器におけるその重要性を明確に理解する助けになれば幸いです。 ぜひご連絡ください 詳細情報や、HDI PCB がプロジェクトにどのようなメリットをもたらすかについて話し合うには、お問い合わせください。

によって書かれた記事 アリス・リー