マイクロビアとBGAエスケープに対応した10層HDI PCB設計
図1. マイクロビアおよびBGAエスケープのための10層HDI PCB設計。
目次
10層HDI基板は、単に10層の銅層やファインピッチBGAを備えているというだけで定義されるものではありません。これは、1つ以上の高密度相互接続技術(通常はレーザー加工されたマイクロビア、ブラインド接続または埋め込み接続、ビアインパッド、シーケンシャルビルドアップ、微細導体形状、あるいはこれらの組み合わせ)を使用して、従来のスルーホールめっき設計では基板面積内で実現できない配線チャネルを作成する10層プリント基板です。したがって、優れたHDI設計は、流行のビルドアップ表記ではなく、配線と信頼性の問題から始まります。
Highleap Electronicsは、従来型およびHDI多層基板を製造しており、スタックアップがリリースされる前に相互接続アーキテクチャ全体をレビューします。このレビューでは、パッケージのエスケープ戦略、ビルドアップ層の数、材料と誘電体の構造、および認定計画という、通常は別々に扱われる4つの決定事項を関連付ける必要があります。プロジェクト固有の DFMとスタックアップレビュー これらの決定を確認するのに適切な時点です。工場の一般的な情報は、 HDI PCB製造ページ一方、この記事では10層構造の設計上の選択肢に焦点を当てています。
10層基板が実際にHDIを必要とする場合
HDIは、測定可能な密度、電気的特性、機械的特性、または信頼性の制約を解決する場合に正当化されます。製品に0.5mm BGAが含まれている、高速インターフェースを使用している、またはプレミアム設計と説明されているという理由だけで追加すべきではありません。0.5mmパッケージの中には、デポピュレーションパターンが十分に広く、マイクロビアレベル1つで済むものもあります。同じピッチの他のパッケージは、フルボールフィールド、複数の電源ドメイン、および多数の高速ペアを備えており、2つのビルドアップレベルまたは異なる層数が必要になる場合があります。パッケージのピンマップは、公称ピッチと少なくとも同程度に重要です。
10層基板でHDIを使用する典型的な理由
- パッケージのエスケープ: 既存のスルーホールパッドとアンチパッドの形状では、BGAの内側の列にはアクセスできません。
- ルーティングチャネルの復旧: 大きな貫通ビアフィールドは、複数の層にわたって多くのスペースを消費し、電源プレーンや基準プレーンをブロックします。
- 垂直方向の遷移を短くする: ブラインドマイクロビアは、ターゲット信号層が部品側に近い場合に、不要なビア長と寄生インダクタンスを低減することができる。
- パッド内配置: ファンアウト密度を維持するためには、部品ランド内に直接、充填および平坦化されたマイクロビアが必要となる。
- コンパクトな機械的筐体: 基板の外形寸法は拡大できず、配線層を追加すると、厚み、コスト、アスペクト比に許容できない制約が生じる。
- 分割された相互接続: 特定の地域ではHDI(人間開発指数)が必要となる一方、人口密度の低い地域では従来通りの手法を維持できるため、全層にわたる解決策ではなく、部分的なHDI構築が可能となる。
HDIが必ずしも最適な最初の回答ではないケース
部品の配置不良、不要な層の変更、大きすぎるアンチパッド、過剰なキープアウト、または非効率的な電源ピン配置戦略によって混雑が生じている場合、マイクロビアを追加してもレイアウトの問題は解決されず、隠蔽される可能性があります。基板外形をわずかに大きくする、BGAのデポピュレーションオプションを変更する、信号グループを別の面に移動する、または12層の従来型基板を使用する方が、複雑な10層のHDIビルドアップを強制するよりもリスクが低い場合があります。設計レビューでは、製造クラスを確定する前に、これらの代替案を比較検討する必要があります。
| 観測された制約 | 最初の工学的な質問 | 考えられる応答 |
|---|---|---|
| 内部BGA列は脱出できません | 閉塞の原因は、土地の形状、フィールド割り当て、またはレイヤー割り当てによるものですか? | ビア・イン・パッド、1つ以上のビルドアップレベル、ファンアウトの変更、または別のパッケージオプション |
| 基準面は多数の穴が開いている | スルービアは、実際に接続する層のみに限定できるのだろうか? | ブラインドマイクロビア、埋め込みビア、改訂された層遷移、または追加のルーティング層 |
| 高速ペアはスタブを介して過剰に | チャネルには、ブラインドビア、バックドリル、または層変更なしのどれが最適でしょうか? | チャネルシミュレーション後、最もリスクの低い遷移を選択する |
| ボードは既に厚さの限界に達しています | 追加されたレイヤーは、機械的またはアスペクト比の制限に違反するだろうか? | HDIは選択的に使用するか、安全な場合にのみ誘電体の厚さを減らすか、筐体を改訂してください。 |
| デバイスエリアが1つだけ混雑しています | ボード全体に同じ構成が必要ですか? | 任意の層構造ではなく、部分的なHDIまたは局所的なファンアウトを検討する |
1+8+1、2+6+2、3+4+3の読み方と選び方
一般的な対称表記では A+B+A各「A」は、中央の「B」層サブアセンブリの外側に追加された銅積層層の数を表します。これらの数字を合計すると、銅層の総数になります。したがって、1+8+1、2+6+2、3+4+3はすべて10層構造です。この表記法だけでは、すべてのビア接続、プレス加工の正確な回数、各層の機能、中央のサブアセンブリに埋め込みビアが含まれているかどうかは定義されません。これらの詳細は、製造図面および承認済みの積層構造に記載されます。
| 構築 | 典型的な隣接層マイクロビア | 主要報道機関の連続報道 | どこに当てはまるか | 主なリスクの見直し |
|---|---|---|---|---|
| 1 8 + + 1 | L1-L2およびL10-L9 | 中央に8層のサブアセンブリを積層し、その後外側に1回のビルドアッププレスを行う。中央に埋め込みビアがある場合は、追加のサブ積層が必要になる場合がある。 | 中程度の密度のエスケープ、浅いコンポーネント側遷移、限定的なビアインパッド要件 | 1つのマイクロビアレベルが実際のピンマップに必要なルーティングチャネルを十分に提供できるかどうか |
| 2 6 + + 2 | L1-L2、L2-L3および鏡像反転した底面接続 | 中央6層サブアセンブリ、第1積層プレス、次に第2積層プレス | 高密度0.5mmクラスパッケージ、2段階ブラインドトランジション、両側の制御されたファンアウト | 積層ビアインターフェース、累積レジストレーション、および銅箔ラップ相互作用 |
| 3 4 + + 3 | 両側に隣接する3つの建築レベル | 中央の4層サブアセンブリと、それに続く3回の連続した積層プレス | 3つのルーティング深度が明らかに必要とされる非常に高密度の脱出経路 | 歩留まり、寸法変化、繰り返し熱曝露、および積層マイクロビアの信頼性 |
| 非対称または部分的なHDI | 必要な場合にのみ定義されます | プロジェクト固有 | 片面高密度部品フィールドまたは機械的に拘束された製品 | 反り、ねじれ、銅と樹脂の分布の不均衡 |
BGAピッチからのみビルドアップを選択しないでください
回路構成の決定は、完了した配線経路検討に基づいて行う必要があります。少なくとも、その検討では、パッケージから引き出す必要のある信号線の数、電源およびグランドのビア配置、ペア間の間隔、基準面の連続性、各信号層の意図されたファンアウト方向、および隣接するパッド間またはビアランド間で使用可能な配線経路の数を示す必要があります。2+6+2 の基板が 1+8+1 よりも自動的に「優れている」わけではありません。2 層目の回路構成が、1 層目では提供できない配線アクセスを可能にする場合にのみ、2+6+2 層構成が正当化されます。
どのレイヤーの相互接続も別の決定事項です
任意の層HDIは通常、充填マイクロビアを使用して構造全体にわたって連続する層ペアを接続します。これにより、垂直配線の柔軟性が最大限に高まりますが、充填インターフェース、プロセスループ、および位置ずれや界面欠陥が発生する可能性も増加します。そのため、エスケープアーキテクチャを完成させるためのデフォルトの代替手段として使用すべきではありません。任意の層が必要な場合は、図面に許可されるビアスタック、禁止されるスタック高さ、スキップビアのルール、および信頼性テスト方法を明記する必要があります。
マイクロビアの形状、キャプチャパッド、ビアインパッド
マイクロビアのルールは、実際の誘電体厚さ、レーザーシステム、箔処理、銅充填プロセス、および位置合わせ能力を考慮して、製造業者と合意する必要があります。「75μmビア、225μmパッド」という普遍的なルールは、すべてのラミネートやすべてのビルドアップレベルに安全とは限りません。同じ公称レーザー開口部でも、樹脂システム、ガラスの種類、または銅箔が変わると、入口、中間壁、およびターゲットパッドの状態が異なる場合があります。
HDI設計レビューに含めるべきパラメータ
- レーザー加工による開口部と完成した形状: 寸法が作品開口部、公称入口直径、完成上部直径、または最小目標直径のいずれであるかを明記してください。
- 誘電体の厚さ: マイクロビアの位置では、プレス加工された誘電体の厚さを使用してください。プレス加工されていないプリプレグのカタログ値を使用しないでください。
- アスペクト比: 加工業者は、ビアの深さと直径の許容範囲を確認する必要があります。保守的な設計では、一般的にビアの深さを有効直径よりも深くすることは避けます。
- 土地を占領する: レーザー径、必要な環状ランド、位置合わせ予算、およびターゲットパッドの加工能力に基づいてサイズを決定します。
- アンチパッド: 電気的クリアランス、インピーダンス場相互作用、および製造位置合わせから決定するものであり、キャプチャパッドの固定された延長ではありません。
- 銅充填: 充填方法、許容されるディンプルまたはバンプ、平坦化要件、およびビアが別のマイクロビアまたはコンポーネントランドをサポートするかどうかを定義します。
- 充填後の表面銅: ラップめっきとフィルめっきによって、微細線エッチングウィンドウを超えて外側の銅が増加したり、銅が盛り上がったりしていないか確認してください。
実用的な開始ウィンドウであって、リリースルールではない
多くの量産型HDI設計では、直径約75~125μmのレーザーマイクロビアと、約50~100μmのプレス成形誘電体層が用いられています。これらの値は初期の配置検討には役立ちますが、製造承認を意味するものではありません。この範囲の端に近い設計は、実際のガラス構造、樹脂含有量、ターゲット銅、および完成銅が決定されると、製造不可能になる可能性があります。承認された積層構造とDFM(製造性設計)の対応は、汎用ライブラリの値よりも優先されるべきです。
ビア・イン・パッド、フィルド・ビア、キャップド・ビアは互換性のない用語です。
部品ランド内に配置されたビアは、通常、はんだが穴に流れ込まないように充填および平坦化され、アセンブリパッドが平坦な状態を保つ必要があります。HDIマイクロビアの場合、ビアがBGAパッドまたは別の積層マイクロビアを支持する際には、銅充填が一般的に使用されます。樹脂充填および銅キャップ付きメカニカルビアは、異なる構造であり、処理および信頼性に関する考慮事項が異なります。製造指示書には、ビアの種類、充填材、キャップ要件、許容される表面凹み、および検査方法を明記する必要があります。
土地なしまたは超小型構造物には別途資格が必要です
従来のキャプチャランドを最小限に抑える、あるいは排除する設計、非常に微細な付加導体を使用する設計、または基板のような形状で動作する設計は、標準的な減法HDIのルーチン的な拡張として提示されるべきではありません。これらの設計には、プロセス固有の能力レビュー、専用のアートワーク規則、検査基準、および合意された製造経路が必要です。10層構造だからといって、自動的にSLP構造が利用可能になるわけではありません。
図2.10層HDI基板のマイクロビアとビルドアップ構造。
積層型、千鳥型、およびスキップ型マイクロビア
千鳥状マイクロビア
千鳥配置のマイクロビアは、連続する積層層でオフセットされ、中間層上の短い導体セグメントで接続されます。垂直スタックよりも配線面積は大きくなりますが、すべてのインターフェースを同一軸上に配置することを避け、通常は銅充填を簡素化できます。パッケージ形状が信号の漏洩やプレーンの連続性を損なうことなくオフセットを許容する場合、千鳥配置構造は多くの場合、リスクの低い出発点となります。
積層マイクロビア
積層マイクロビアは、連続する充填済みビアを同一軸上に配置します。これにより、垂直方向の相互接続面積を最小限に抑えることができ、高密度フルグリッドパッケージでは必要となる場合があります。その信頼性は、ビア径だけでなく、ターゲットパッドの準備、銅充填品質、界面の清浄度、めっき構造、繰り返しの積層処理、積層レベル数など、多くの要素に依存します。業界経験から、一部の積層構造では隠れた界面不良が確認されているため、設計においては、目視で許容できる微細断面のみを信頼性の証明として扱うべきではありません。
マイクロビアをスキップ
スキップマイクロビアは、複数の誘電体層を貫通して、隣接していないターゲットに到達します。これは、隣接層ビアを単に深くしたものではありません。レーザーは、ターゲットパッドの完全性を維持しながら、複数の樹脂/ガラス構造を除去する必要があり、深さが増すことで、認定プロセスウィンドウが狭くなる可能性があります。スキップビアは、製造業者が正確な誘電体の組み合わせ、深さ、開口部、およびターゲット構造を認定した場合にのみ使用すべきです。図面には、スキップビアが許可されているかどうかを明記する必要があり、暗示的に表示すべきではありません。
ハイブリッド構造
基板では、ほとんどの箇所で千鳥配置のマイクロビアを使用し、配線上の要件がある箇所でのみスタックペアを使用し、中央のサブアセンブリでは埋め込みメカニカルビアを使用し、コネクタにはスルーホールを使用する場合があります。このような混合アーキテクチャは、設計全体に単一のビアスタイルを強制するよりも、多くの場合、経済的で堅牢です。ただし、開始層と終了層を明確に識別し、不適合なインターフェースでの意図しないスタックを防止するビアマップが必要です。
| ビア構造 | 密度によるメリット | プロセス負荷 | リリース条件 |
|---|---|---|---|
| シングルレベルマイクロビア | 浅いファンアウトを作成し、内部のルーティングチャネルを解放します | 最も低いHDI複雑度 | レーザージオメトリ、土地および埋め戻しの要件を確認する |
| 段差のある多層構造 | オフセットルーティングにより、より深い層まで到達 | レイヤー領域は広くなるが、連続した垂直スタックは避ける。 | オフセットスペースと中間層ルーティングを確認する |
| 積み重ねられた多層構造 | ビアサイトでの最大密度 | あらゆるレベルにおける銅充填、平坦化、および界面制御 | 適切なスタック高さ、クーポン、およびリフロー/信頼性計画 |
| マイクロビアをスキップ | 中間層をバイパスする | レーザーおよびめっきプロセスウィンドウが狭い | 正確な構造は、製造業者の資格によって保証されなければならない。 |
連続ラミネーションおよびHDIプロセスフロー
シーケンシャルビルドアップは、単一の積層とそれに続くレーザー穴あけではなく、繰り返し行われる製造ループです。新たに追加された誘電体/銅のペアはそれぞれ、積層、位置合わせ、必要に応じたイメージング、レーザー穴あけ、洗浄、金属化、そして(その上に別のマイクロビアが積層される場合は)充填と平坦化を経てから、次のビルドアップ層が追加されます。
代表的な2+6+2フロー
- 6層構造の中央サブアセンブリを組み立てる。 内層は画像化、エッチング、検査されます。中心部に埋め込みビアがある場合は、中心部が完成する前に、穴あけ、金属化、および追加のサブラミネーションが必要になる場合があります。
- 最初のビルドアップペアを追加します。 L2とL9の誘電体と銅は中央部に積層されている。位置合わせ補正は、中央サブアセンブリの測定された動きに基づいて行われる。
- 第1レベルのマイクロビアを作成する。 L2-L3およびL9-L8にレーザー穴を開け、その後、次の階層の構造に応じて洗浄、金属化、メッキ、または充填を行う。
- 2つ目のビルドアップペアを追加します。 準備した表面にL1とL10をラミネートする。
- 外側のマイクロビアを作成する。 レーザー加工でL1-L2とL10-L9に穴を開けます。部品の取り付け部に必要な箇所は、充填/平坦化処理で仕上げます。
- 残りの貫通穴または深さ制御穴を形成する。 承認された銅構造を維持するために、機械穴あけ、デスミア処理、およびめっきスルーホール処理が順序立てて行われます。
- 外層、マスク、仕上げ、プロファイル、テストの各工程を完了する。
この例では、中央のサブアセンブリプレスと2つの組み立てプレスが含まれています。中央プレスを含めるかどうかを明確にせずに「2サイクル」または「3サイクル」基板と呼ぶと、購買部門とエンジニアリング部門で混乱が生じます。見積書と作業指示書には、略語に頼るのではなく、実際の工程順序を明記する必要があります。
繰り返しラミネート加工すると何が変わるのか
- 次元的な動きが蓄積される。 アートワークの拡大縮小と穴あけ補正は、材料システム、パネルの向き、および測定された加工履歴に基づいて行う必要があります。
- 樹脂の流れがより制限される。 銅充填構造、平面密度、局所的な銅の不均衡は、樹脂不足や誘電体の厚さの不均一を引き起こす可能性があります。
- 表面に銅が蓄積する可能性がある。 繰り返しの巻き付け、充填、およびパネルメッキは、微細な外側導体または積層導体のエッチング能力を低下させる可能性があります。
- 熱履歴は増加する。 材料の選定にあたっては、プレス機や組立時の暴露条件を考慮する必要があるが、分解温度だけでは適合性を判断することはできない。
- 登録予算が逼迫している。 最も深い層は、独立して位置合わせされた複数の画像、レーザーパターン、およびターゲットパッドに依存している。
完全な製造手順は、 10層基板製造工程ガイドHDI図面の目的は、プロセスを明確にすることです。すべてのビアには、開始層、停止層、充填条件、および上下のビアとの許容関係が必要です。
図3. ピッチとピンマップによるBGA脱出計画
BGA脱出計画(ピッチ&ピンマップ)
パッケージピッチは有用なスクリーニングパラメータですが、それだけでは必要なビルドアップを予測することはできません。最終的なエスケープは、ランド径、ソルダーマスク戦略、ボール除去、行数、電源/グランド分配、差動ペア要件、許容ネックダウン、利用可能な信号層、および配線がランド間またはマイクロビアキャプチャパッド間を通過できるかどうかによって決まります。
0.8 mmピッチ
0.8 mm BGAの多くは、特にパッケージがフルグリッドでない場合、従来のドッグボーン型ファンアウトと機械加工によるビア穴を用いて配線できます。HDIは、スルービアのブロッキングを低減したり、基準面を維持したり、特定の高速遷移を短縮したりするために依然として有効な場合がありますが、必ずしも必要とは限りません。
0.65 mmピッチ
0.65 mmピッチでは、従来型ソリューションとHDIソリューションの両方が可能です。ビア・イン・パッドを備えた1+8+1アーキテクチャはファンアウトを簡素化できますが、選択はアニュラーリング、ソルダーマスク、またはルーティングチャネルの要件に違反することなく内側の列に到達できるかどうかに依存します。多くの場合、信号数よりも電源ビアのパターンが成功を左右します。
0.5 mmピッチ
0.5 mmフルグリッドBGAでは、マイクロビア・イン・パッド方式が有効となる場合が多い。実装数の少ないパッケージや行数が少ない場合は、ビルドアップ層は1層で十分な場合もあるが、高密度なフルマトリックスの場合は、2層または層割り当ての見直しが必要になる場合がある。ピンマップ、ペアクラス、電力配分を検討せずに、16行パッケージすべてを2+6+2層で処理できると断言するのは危険である。
0.4 mmピッチ
0.4 mmピッチでは、キャプチャランドの形状、ソルダーマスクの定義、エスケープネックダウン、銅充填の平坦化が重要になります。マルチレベルHDIは一般的ですが、3+4+3が必ずしも必要というわけではありません。一部のパッケージは、2層のビルドアップと慎重なデポピュレーションでエスケープできますが、その他のパッケージでは、任意の層、より細い導体、または基板のようなプロセスが必要です。ランドパターンとビアライブラリを確定する前に、製造ルートを確認する必要があります。
0.4mm以下のピッチ
0.4 mm以下のパッケージでは、従来の減法型HDIから、改良型半加法型または基板ライクな製造方法へと設計が移行する可能性があります。この移行は、導体形状、銅厚、検査、ソルダーマスクの位置合わせ、パネルフォーマット、サプライヤー認定に影響を与えます。これは、一般的な「より小さなマイクロビア」オプションとして宣伝するのではなく、異なるプロセスクラスとして扱うべきです。
脱出研究が提供すべきもの
- 最も高密度なパッケージ領域における、層ごとのファンアウト図。
- 提案された積層構造に関連付けられたマイクロビアおよびキャプチャランドライブラリ。
- レイヤーごとに使用可能なルーティングチャネルの数。
- 電力と地上設備の割り当て、航空機へのパッド衝突防止装置を含む。
- 各高速ルートにおける基準平面の識別。
- 必要とされる最も深いブラインド接続と、避けられないビアスタック。
- 製造業者の承認が必要な前提条件のリスト。
材料、インピーダンス、および信号完全性
HDI材料の選定は、プロセス、信頼性、電気的特性を総合的に考慮した決定です。誘電正接が低いからといって、必ずしも積層板が逐次積層に適しているとは限りませんし、分解温度が高いからといって、マイクロビアの信頼性が保証されるわけでもありません。コアとプリプレグの構造、銅箔処理、樹脂の流れ、寸法安定性、レーザー応答性、そして適切なプレス成形レシピなど、すべてが重要になります。
10層HDIスタックアップに関する材料上の問題
- 選択したプリプレグは、必要なプレス成形誘電体厚さを実現できるガラスの種類と樹脂含有量で入手可能ですか?
- 製造業者は、提案された回数の積層プレスによる寸法変化を特性評価しましたか?
- 樹脂システムは、指定されたマイクロビアの深さでレーザー加工による穴あけとデスメアをきれいに行うことができますか?
- 銅充填プロセスは、表面に過剰な銅を生成することなく、平面度要件を満たすことができるか?
- ラミネート材は、想定される組立時のリフロープロファイルおよび再加工の可能性に対して承認されていますか?
- 高速チャネルの場合、設計上の誘電率(Dk)、誘電損失(Df)、および銅箔粗さに関する入力データは、単なるファミリーレベルのデータシートの見出しではなく、実際の構造に合わせて利用できますか?
パナソニックのMEGTRON、IsolaのI-TeraやTachyon、RogersのRO4000シリーズといった高性能材料ファミリーは、それぞれ異なる電気的特性や加工ニーズに対応しています。公称のDk値やDf値が近いからといって、これらの材料を互換性があるとみなすべきではありません。代替材料を使用すると、インピーダンス、挿入損失、ガラス繊維の挙動、プレス時の厚み、ドリル加工時の反応、積層体の動きなどが変化する可能性があります。代替材料は、積層構造の再計算後、承認リストまたは顧客による書面での承認に基づいて管理する必要があります。
HDI領域における制御インピーダンス
マイクロビア近傍の微細導体は、銅の仕上がり、誘電体の厚さ、ソルダーマスク、局所的なプレーン開口部、エッチング形状に影響を受けやすい。インピーダンスモデルは、実際に提案された積層構造を使用し、電気的に重要な狭窄部を含める必要がある。「3ミルラインは50オーム」といった一般的なライブラリ値は、材料系や銅の重量が異なれば転用できない。
製造パッケージでは、各インピーダンスクラスを層、形状、基準面、ターゲット、許容差ごとに識別する必要があります。サプライヤーは、生産ラインの幅と誘電体構造を承認のために返送します。TDR検証は、調達文書と適切なクーポン設計に従う必要があります。クーポンの数と配置は合意された要件であり、「パネルの半分ごとに1つ」または「パネルの4分の1ごとに1つ」という自動的なものではありません。詳細については、 インピーダンス制御エンジニアリングガイド.
マイクロビアは遷移解析の必要性をなくすものではない
ブラインドビアはスルービアよりも未使用スタブが少ないのが一般的ですが、それでもパッド容量、アンチパッド不連続性、リターンパス形状、場合によっては基準面変更などの要素が存在します。高速チャネルは、相互接続全体として評価する必要があります。場合によっては、バックドリル加工されたスルービアが背の高いマイクロビアスタックよりも好ましい場合もあれば、浅いマイクロビアの方がすっきりとしたソリューションとなる場合もあります。選択は、HDIが常に電気的に優れているという規則ではなく、チャネルと信頼性の分析に基づいて行うべきです。
図4. 10層HDI基板の積層構造
認定、信頼性試験、および生産検査
IPC-6016は、HDIボードの現行の受入基準として指定すべきではありません。この規格は廃止され、関連するHDI適合要件は該当する製品仕様に移行されました。リジッド10層HDIボードの場合、主要な性能仕様は通常、調達文書に記載されている改訂版およびクラスのIPC-6012です。フレキシブルおよびリジッドフレキシブルHDI構造はIPC-6013で規定されています。高周波ボードは、該当する場合IPC-6018を参照することができます。IPC-A-600は受入条件の視覚的な解釈を提供しますが、適用される性能仕様に取って代わるものではありません。
積層マイクロビアに通常の顕微鏡切片以上の検査が必要な理由
研磨された断面では、ビア構造のごく一部しか検査できないため、繰り返しのリフローや熱サイクル後にのみ開くような弱い界面を検出できない場合があります。複数の積層レベルを持つ製品、アセンブリ時の露出度が高い製品、または過酷な使用条件の製品の場合、認定計画には構造検査と電気的に監視された試験装置を組み合わせる必要があります。正確な試験片、前処理、サイクル数、温度、および故障閾値は、顧客仕様で定義するか、製造業者と合意する必要があります。
有用な資格認定および承認ツール
- 対流リフロー組立シミュレーション: 構造評価または電気評価を行う前に、基板または試験片を規定のリフロープロファイルに曝すために使用される。
- 直流電流による熱サイクル: 数珠つなぎにした試験片を電気的に加熱し、繰り返し加熱することで抵抗値の変化を監視する。
- 熱衝撃またはチャンバーサイクル: 製品仕様において、使用条件を反映した環境変化が求められる場合に使用されます。
- マイクロセクション分析: ターゲットパッドの状態、充填品質、めっき構造、位置合わせ、誘電体の完全性、および剥離や亀裂の有無を評価します。
- AOIおよびレーザードリル検査: 適切な製造段階で、アートワークの欠陥、ターゲットの位置合わせ、および穴の形状を検証します。
- 電気テスト: 購入仕様書に従って、完成した基板の導通と絶縁性を検証する。
- TDR: インピーダンス制御が指定されている場合、制御インピーダンス試験片を検証します。
資格認定、ロット受入、出荷記録はそれぞれ異なります
サプライヤーの能力認定は、代表的な構造に対して定期的に実施される場合があります。新しいスタックアップ、材料、またはビアスタックが導入される際には、初回品試験が必要となる場合があります。生産ロットの受入には、該当する仕様書および購入文書で定義されたクーポンまたはサンプルが使用される場合があります。出荷記録は、実際に基板とともに納品される報告書です。これら3つのレベルを、すべての基板またはすべてのパネルがすべての信頼性試験を受けるという主張に集約すべきではありません。
| 記録またはテスト | 主な目的 | いつそれを必要とするか |
|---|---|---|
| 積み重ねと材料証明書 | 承認された材料、構造、ロットのトレーサビリティを確認します。 | 管理対象材料、高速、規制対象または顧客認定製品 |
| 顕微鏡切片報告 | 代表的なクーポン上の文書および層構造の完全性 | 初回製品、規定生産ロット、高信頼性または複雑なビア構造 |
| リフロー/熱サイクルデータ | 規定のストレス負荷後の相互接続の安定性を評価する | 積層マイクロビア、厳しいアセンブリ環境への曝露、または製品固有の信頼性要件 |
| TDRレポート | クーポンインピーダンスを指定されたクラスと比較して検証します。 | 制御インピーダンスオーダー |
| 電気試験証明書 | 完成基板の導通/絶縁試験を確認します。 | 通常、多層生産に必要 |
コスト、リードタイムの要因、および見積もりパッケージ
HDIのコストは、ビルドアップ名に付随する一律の追加料金ではなく、プロセスループと歩留まりリスクによって決まります。標準パネルに千鳥配置の100μmマイクロビアを使用する2+6+2基板でも、積層ビア・イン・パッド、超微細配線、低損失材料、高精度な位置合わせ、詳細な認定文書を使用する場合、価格が大きく異なる可能性があります。
最大のコストとスケジュールの要因
- 積層および埋め込みビアサブラミネーション工程の数。
- 積層型マイクロビアと千鳥型マイクロビアの数および最大積層高さ。
- 銅充填、平坦化、および許容表面凹み。
- 所定のめっき工程後の最小導体幅/間隔。
- 材料の入手可能性、パネルのサイズ、寸法安定性の履歴。
- 仕上がり厚さ、スルーホールアスペクト比、および混合ビア技術。
- インピーダンスクラスとクーポン要件
- 製品分類、初回製品認定、および必要報告書。
- 基板サイズ、アレイ設計、パネル利用率、予測歩留まり。
- 数量、配送分割、および速達ルートが技術的に利用可能かどうか。
これらの入力は相互に影響し合うため、この記事では固定の割合や保証されたプロトタイプ日数は公表していません。 10層基板のコストガイド 材料費、製造工程における非反復費用、試験用工具費、物流費を混同することなく、見積もりを比較する方法を解説します。
エンジニアリンググレードのHDI見積もりに必要なファイル
- ガーバーX2、ODB++、またはIPC-2581製造データ。
- NCドリル/ルーティングデータには、ブラインドビア、埋設ビア、レーザービアごとに開始/停止レイヤーテーブルが含まれています。
- 仕上がり厚さ、銅の材質、表面仕上げ、等級、寸法公差を記載した製作図面。
- 提案されたスタック構成、または製造業者がスタック構成を設計するための許可。
- インピーダンス表には、層、形状、基準面、目標値、許容誤差が記載されています。
- BGAデータ、または高密度パッケージの場合はファンアウトイメージ。
- 材料制限および代替品に関する方針
- ビア充填、キャップ、および平面度に関する要件。
- 資格要件、クーポン、検査および報告要件。
- 信頼性がリフロー暴露量に依存する場合、数量、納期、パネル/アレイの好み、およびアセンブリプロファイルを考慮する必要があります。
10層HDI基板の設計図を提出して、DFM(製造性設計)と見積もりを依頼してください。
HDIリリースチェックリスト(製造前)
HDI設計は、ビルドアップ表記、ビアマップ、配線意図が同じ物理的構造を記述している場合にのみ、見積もり準備が整います。リリースパッケージには、すべてのブラインドビア、埋め込みビア、スルービアのスパンを示し、どのマイクロビアがスタック、スタッガード、スキップ、またはビアインパッドであるかを特定し、必要な充填、平坦化、およびキャップ条件を明記する必要があります。パッケージエスケープスタディでは、パッケージピッチのみを決定ルールとするのではなく、各ビルドアップレベルが必要な理由を説明する必要があります。
- 中央サブアセンブリ、組み立て順序、および実際の積層順序を確定します。
- レーザービアの直径、誘電体厚さ、キャプチャランド、ターゲットランド、およびアスペクト比を、一つの適合形状として確認します。
- 構造固有の信頼性評価が必要なマイクロビアスタックを特定する。
- アートワークの変更をリリースする前に、生産スタックアップとインピーダンスジオメトリを承認のために返送してください。
- 購入書類において、クーポン構造、サンプル採取頻度、受入基準、および納品レポートを定義する。
- サプライヤーのプロセス認定、初回製品認定、および定期的なロット受入はそれぞれ別個のものであり、同一の試験プログラムではありません。
最も確実な結果は、通常、パッケージをクリアし、基準面を維持し、製品認定計画を満たす、最も単純な積層構成です。積層レベルをもう1つ追加すると、配線スペースを回復できますが、位置合わせの蓄積、熱曝露、充填/平坦化工程、および歩留まりリスクも増加します。
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PCBの見積もりを取得する方法
DFM/DFA解析を実施し、結果をレポートとしてお送りします。弊社ウェブサイトから安全にファイルをアップロードできます。お見積もりには以下の情報が必要です。
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- Gerber、ODB++、または .pcb 仕様。
- 組み立てが必要な場合のBOMリスト
- 数量
- ターンタイム
PCBAサービスをご利用の場合は、BOM(部品表)と具体的な組立指示書をご提出ください。また、DFM/DFA解析により、製造性と組立性を最適化し、スムーズな製造プロセスを実現します。
