高周波PCB技術 - HDI PCBの階数をどのように見分けるか？

HDI PCB（高密度相互接続基板）の設計や製造において、「階数（ビルドアップ階数）」はプロセスの複雑さとコストを測定するための核心的な指標です。多くのエンジニアがガーバーデータ（Gerber）を前にした際、1階、2階、さらには任意層（Any-layer）の定義について曖昧に感じることがよくあります。実際には、HDIの階数を見分けるのは単にビアの数を数えることではなく、その背景にあるレーザーフリップ（レーザードリル）の回数、ブラインドビア（盲孔）の層間深度、そして積層（プレス）工程の組み合わせロジックを読み解くことにあります。

1階HDI（1+N+1）は、HDI技術のエントリーモデルであり、その主な特徴は「単階ブラインドビア」です。製造過程において、コア基板を通常の積層処理をした後、外層の銅箔に対して1回のみレーザードリルを行い、外層銅箔から隣接する内層への接続を確立します。この構造は、1回のレーザードリルと1回の樹脂埋め・メッキ工程のみを経ています。断面から見ると、ブラインドビアは最外層と隣接する内層の間にしか存在せず、内層同士の接続は従来の機械ドリルによるスルーホール（通孔）に頼っています。1階HDIは一般的な家電・デジタル製品で非常に多く見られ、コストを抑えつつ表面の配線密度を効果的に高めています。

図　高周波基板

1階HDIでは配線スペースがまだ不足する場合、2階HDI（2+N+2）の登場となります。2階の本質は、1階の構造をベースにもう一度ブラインドビア工程を重ねることです。これは、PCBが2回のレーザードリルと2回の積層工程を経ることを意味します。物理構造としては、2階HDIではブラインドビアを外層から第2内層まで到達させたり、スタックドビア（重ねビア）やステップビア（段差ビア）設計を採用したりすることが可能です。このとき外層には、第1内層に至るブラインドビアだけでなく、第1内層を跨いで直接第2内層に至るブラインドビアも存在します。この設計によって内層の配線スペースが大幅に解放され、ピン間隔のより狭いチップの扇出（ファンアウト）がスムーズに行えるようになります。

2階HDIが量の変化であるとするなら、3階以上または任意層相互接続（Any-layer）HDIは質的変化と言えます。Any-layer構造では、PCB内部に基板全体を貫通する従来の機械スルーホールはもはや存在せず、すべての層間の接続がブラインドビアによって実現されます。これには3回、あるいはそれ以上のレーザードリルと積層のサイクルが必要です。断面を観察すると、Any-layer HDIのブラインドビアは任意の層から開始し、隣接する任意の層で終端させることができ、極めて複雑なメッシュ状の相互接続を形成します。このプロセスは、レーザーのアライメント精度に対してマイクロメートル単位の厳格な要求を課すだけでなく、複数回の積層に伴う伸縮コントロールも業界における難題となっています。ハイエンドフラッグシップスマートフォンのメイン基板は、まさにこのAny-layer相互接続技術に依存することで、極限のスペース内に絶大な演算能力と通信モジュールを詰め込んでいます。

HDIの階数を見分けることの本質は、1枚のプリント基板が潜ってきた「熱と光の試練の回数」を解読することにあります。階数が1つ上がるごとに、積層回数の増加、アライメント難易度の指数関数的な増大、そして製造コストの著しい上昇を意味します。これらの階数の背景にあるプロセスの限界を理解することは、設計者が電気性能、物理的スペース、そして量産歩留まりの間で最も正確なバランスポイントを見つけるのに役立ちます。