クイックアンサーHDI基板（High Density Interconnect PCB）とは、マイクロビア、ブラインドビア、ベリードビアとファインライン配線を組み合わせて、コンパクトな面積で極めて高い接続密度を実現するプリント基板です。IPC-2226で定義され、HDI設計では通常150マイクロメートル以下のマイクロビアを使用し、層数の削減、基板サイズの縮小、ファインピッチBGAへの対応を、短く高性能な信号経路を維持しながら実現します。
最新のスマートフォンの回路を1990年代のスルーホール技術で作られた基板に収めようとすれば、ノートPCサイズになってしまいます。高密度相互接続（HDI）PCBは、それを防いだ技術です。かさばるスルーホールビアを微細なレーザードリル接続に置き換えることで、HDI技術は標準的な多層PCBよりもはるかに多くの信号経路をより少ない基板面積に詰め込むことを可能にしました。
本ガイドでは、HDI PCBが標準基板と異なる点、遭遇するスタックアップタイプ、これらの基板の製造方法、そして適切なサプライヤー選びのポイントについて解説します。
HDI基板（HDI PCB）とは
HDI PCBは、標準的な多層基板よりも単位面積あたりの配線密度が高いプリント基板です。これは、基板全体を貫通するスルーホール接続の代わりに、マイクロビア、ブラインドビア、ベリードビアを使用することで実現されます。これらの小型ビアと、多くの場合3mil以下のトレース幅を組み合わせることで、同じフットプリントにはるかに多くの接続をルーティングできます。
HDI構造は通常、標準的なコア層に、順次積層（sequential lamination）によって追加される1つ以上のビルドアップ層を組み合わせます。従来のスルーホールビアでは8層必要だった基板も、4層のHDI基板で同じ電気的機能を実現できることが多く、各HDI層が従来の層よりも高い配線密度を持つためです。これが、スマートフォンのメインボードやファインピッチBGAモジュールなど、コンパクトで高ピン数の設計においてHDIがデフォルトの選択肢となっている理由です。
HDI基板と標準PCBの違い
標準PCBは基板全体を貫通する機械ドリルによるスルーホールビアに依存しており、部品とトレースの実装密度に制限があります。HDI基板は、通信が必要な層のみを接続するマイクロビアでこの制約を解決し、他の領域のスペースを解放します。
| 項目 | 標準PCB | HDI基板 |
|---|---|---|
| ビアタイプ | スルーホール、機械ドリル | マイクロビア、ブラインド、ベリード |
| 標準ビア径 | 0.15〜0.20mm | 0.05〜0.15mm（レーザードリル） |
| トレース幅/間隔 | 4mil以上 | 3mil以下が一般的 |
| アスペクト比 | 10:1超も | マイクロビアで約1:1 |
| 最適用途 | 低周波、大型、コスト重視 | ファインピッチBGA、高速信号、小型機器 |
HDI基板のタイプとスタックアップ分類
HDIスタックアップはIPC-2226に基づき、コアを囲むビルドアップ層の数とマイクロビアの配置方法によって分類されます。各タイプは製造複雑度と配線密度のトレードオフがあります。
Type I（1+N+1）：標準コアの両側に1層のマイクロビア層を持ち、ビアの積層はありません。最もシンプルでコスト効率の高いHDI構成で、中程度の密度の民生用設計に適しています。
Type II（2+N+2）：コアの両側に2層のビルドアップ層を持ち、マイクロビア、ブラインドビア、ベリードビアを組み合わせます。Type Iよりも高い配線密度を提供しながら、妥当なコストで製造可能です。
Type III（2+N+2以上）：各側に2層以上のマイクロビア層を持ち、複数層を接続するスタックドまたはスタッガードマイクロビアを使用します。サーバーや高度なネットワーキングハードウェアなど、高速・高信頼性設計に選択されます。
Type IV〜VI：これらは最も高度なスタックアップで、コアレス（任意層）構造や埋め込み受動部品を含みます。最大密度を実現しますが、最も高い製造コストと longest リードタイムが必要です。
HDI基板の主なメリット
HDIの魅力は、信号性能を犠牲にすることなく、より少ない基板スペースでより多くの機能を実現することにあります。
小型フットプリント：HDI層はより高い配線密度を持つため、8層の標準PCBを4層のHDI基板に置き換え、サイズと重量を大幅に削減できます。
短い信号経路：マイクロビアは隣接層のみを接続するため、信号伝送距離が短くなり、DDR4、PCIe、USB 3.0などの高速インターフェースで有利です。
熱ストレス下での信頼性向上：マイクロビアのアスペクト比は約1:1で、より深いスルーホールビアと比較して、車載や航空宇宙環境での熱サイクルによるクラックが発生しにくいです。（アンカーテキスト：スルーホールビア記事）
ファインピッチ部品対応：ビア・イン・パッド技術により、BGAパッド内に直接マイクロビアを配置でき、0.5mm以下のピッチのパッケージに必要です。
長期的コスト効率：層数削減と基板小型化により、HDIの1層あたりの製造コストの高さを相殺でき、特に量産で効果を発揮します。
HDI基板の製造方法
HDI製造は順次ビルドアップ（SBU）プロセスに従い、コアに層を一度に1層ずつ追加していきます。
コア積層：標準的な両面または多層コアから開始し、従来のPCBと同様にめっきとエッチングを行います。
ビルドアップ層積層：プリプレグと銅箔層を熱と圧力でコアの両側に接着します。
レーザードリル：新しい層を通して下の銅までマイクロビアを穴あけします。CO2レーザーは100〜150μm、UVレーザーは25〜80μmの穴を、熱損傷を抑えて加工します。
デスミア・めっき：ビア壁からドリル残留物を除去し、銅めっきで電気的接続を形成します。
ビアフィリング：積層されたマイクロビアを電解銅めっきで充填し、機械的サポートと信頼性の高い層間接続を実現します。
追加層の繰り返し：Type IIおよびIIIの基板では、追加のビルドアップ層ごとに手順2〜5を繰り返します。
外層処理：外側回路のイメージングとエッチング後、ソルダーマスク、表面処理、シルクスクリーンを施します。
アスペクト比（穴深さと直径の比、通常10:1以下）の制御はこのプロセス全体で重要で、めっき信頼性に直接影響します。
HDI設計を成功させるには、レイアウト自体と同様にメーカーのプロセス制御が重要です。PCBgogoではレーザードリル、順次積層、自動光学検査を内製しており、試作から量産まで厳格なアスペクト比とファインラインスペーシングを維持しながら、ターンアラウンドタイムを犠牲にしません。HDIビルドを計画中で、製造前にスタックアップをレビューしてほしい場合は、PCBgogoのエンジニアリングチームにご相談ください。
HDI基板の主な用途
HDI基板は、デバイスをより小型、軽量、高速にする必要があるあらゆる場所で使用されています。
スマートフォン・ウェアラブル
高ピン数プロセッサとファインピッチBGAにより、HDIはスマートフォン、スマートウォッチなどのメインボードのデフォルト選択肢です。
医療機器
ペースメーカーなどの埋め込み型デバイスや小型画像診断機器は、HDIの小型フットプリントに依存しています。
車載電子機器
レーダーモジュール、ADASシステム、インフォテインメントユニットは、車両環境での熱サイクルに耐えながら高速データリンクをサポートするためにHDI基板を使用します。
航空宇宙・防衛
重量とスペースの制約からHDIはアビオニクスや通信システムに適しており、マイクロビアの低アスペクト比が振動や温度極限下での信頼性も向上させます。
5G・ネットワーク機器
5Gインフラやデータネットワーキングハードウェアの高速信号要件は、HDIスタックアップが提供する短い信号経路の恩恵を受けます。
HDI基板サプライヤーの選び方
すべてのPCBメーカーが完全なHDI製造能力を持っているわけではありません。設計を送る前に、いくつかの重要な詳細を確認する価値があります。レーザードリルを内製しているかどうか、アスペクト比の制限と最小マイクロビア径、そして設計が必要とする特定のスタックアップタイプの経験を確認しましょう。Type Iに優れたサプライヤーが、スタックドマイクロビアを必要とするType III設計に対応できるとは限りません。
まとめ
HDI PCB技術はシンプルな問題を解決します。現代のデバイスはより少ないスペースにより多くの接続を必要とし、マイクロビアは信号整合性を犠牲にすることなくそれを可能にします。適切なスタックアップの選択（Type IかType IIIか）は、設計の複雑さと、真のHDIプロセス経験を持つメーカーのマッチングにかかっています。HDI設計の製造に向けて準備が整いましたら、PCBgogoのチームがスタックアップのレビューと見積もりをサポートします。
FAQ
HDI PCBと標準PCBの違いは？
標準PCBは基板全体を貫通するスルーホールビアを使用し、一般的にトレースが広く配線密度が低いです。HDI PCBはマイクロビア、ブラインドビア、ベリードビアを使用して必要な層のみを接続し、同じフットプリントでより細かいトレースと高い部品密度を実現します。
HDI基板におけるマイクロビアとは？
マイクロビアは、レーザードリルで形成される直径150マイクロメートル以下の小さな穴で、HDI基板の隣接する2層を接続します。スルーホールビアと異なり、基板全体を貫通する必要がなく、スペースを節約し信号経路を短縮します。
主なHDIスタックアップタイプは？
IPC-2226では主にType I（1+N+1）、Type II（2+N+2、ブラインド・ベリードビア追加）、Type III（各側に複数の積層マイクロビア層）として定義されています。Type IV〜VIはコアレスまたは埋め込み部品構造を使用します。
HDI基板は標準PCBより高価ですか？
HDI基板はレーザードリルと順次積層のため1層あたりのコストが高い傾向がありますが、総層数と基板サイズの削減によりギャップが縮小または相殺されることが多く、特に量産では層数削減が直接的な材料費節約につながります。
どの業界がHDI技術を使用していますか？
スマートフォンやウェアラブルなどの民生電子機器、医療機器（インプラント・診断機器）、車載レーダー・ADASシステム、航空宇宙・防衛電子機器、5G・ネットワーキングインフラで広く使用されています。
