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PCB のビアとは何ですか?
2024年7月25日
PCB のビアとは何ですか?
ビアはPCB製造において最も一般的な穴です。同じネットワークの異なる層を接続するために使用されますが、通常ははんだ付け部品には使用されません。ビアは、スルーホール、ブラインドビア、埋め込みビアの3種類に分類されます。これら3つのビアの詳細情報は以下の通りです。
PCB設計と製造におけるブラインドビアの役割
ブラインドビア
ブラインドビアとは、PCBの層を基板全体を貫通せずに接続するための小さな穴のことです。これにより、設計者は従来の方法よりも効率的かつ確実に、複雑で高密度に実装されたPCBを作成できます。ブラインドビアを使用することで、設計者は単一の基板上に複数の層を構築できるため、部品コストを削減し、製造時間を短縮できます。ただし、ブラインドビアの深さは通常、開口部に対する特定の比率を超えてはなりません。そのため、ドリル加工の深さ（Z軸）を正確に制御することが非常に重要です。制御が不十分だと、電気めっきプロセス中に問題が発生する可能性があります。
ブラインドビアを作成する別の方法は、各回路層に必要な穴をドリルで開けてから、それらを積層するというものです。例えば、L1からL4までブラインドビアが必要な場合は、まずL1とL2、そしてL3とL4に穴を開け、その後4層すべてを積層します。この方法では、高精度の位置決め・アライメント装置が必要です。どちらの手法も、PCBの機能性と信頼性を確保するために、製造プロセスにおける精度の重要性を強調しています。
埋め込みビア
埋め込みビアとは何ですか?
マイクロビアと埋め込みビアの違いは何ですか?
埋め込みビアはPCB設計において重要な構成要素であり、内層回路を外層まで延長することなく接続することで、外部から見えないようにします。これらのビアは内部信号相互接続に不可欠です。PCB業界の専門家は、「埋め込みビアは信号干渉の可能性を低減し、伝送線路の特性インピーダンスの連続性を維持し、配線スペースを節約する」とよく指摘します。そのため、埋め込みビアは高密度・高速PCBに最適です。
埋め込みビアは積層後に穴あけ加工ができないため、積層前に個々の回路層で穴あけ加工を行う必要があります。この工程はスルーホールやブラインドビアに比べて時間がかかり、コスト増加につながります。しかし、埋め込みビアは高密度PCBにおいて、他の回路層に使用可能なスペースを最大化することでPCB全体の性能と信頼性を向上させるため、主に使用されています。
貫通穴
スルーホールは、最上層と最下層を貫通してすべての層を接続するために使用されます。穴の内側に銅メッキを施すことで、内部接続や部品の位置決め穴として使用できます。スルーホールの目的は、電気配線やその他の部品を表面を貫通させることです。スルーホールは、プリント基板、電線、または接続点を必要とする同様の基板に電気接続を取り付け、固定するための手段を提供します。また、家具、棚、医療機器などの工業製品のアンカーやファスナーとしても使用されます。さらに、スルーホールは、機械や構造要素のネジ棒を貫通させるアクセスを提供することもできます。さらに、スルーホールを塞ぐプロセスも必要です。Visionは、スルーホールを塞ぐための以下の要件をまとめています。
※プラズマ洗浄法を使用して貫通穴を洗浄します。
*貫通穴にゴミ、汚れ、ほこりがないことを確認してください。
*貫通穴を測定して、差し込み装置と互換性があることを確認します。
*貫通穴を埋めるための適切な充填材（シリコンコーキング、エポキシパテ、発泡フォーム、ポリウレタン接着剤）を選択します。
※差し込み口を貫通穴に差し込み押し込みます。
*圧力を解放する前に、少なくとも 10 分間しっかりと所定の位置に保持してください。
*完了したら、貫通穴の周りの余分な充填材を拭き取ってください。
*定期的に貫通穴を点検し、漏れや損傷がないことを確認してください。
*さまざまなサイズの貫通穴に対して、必要に応じてこのプロセスを繰り返します。
ビアの主な用途は電気接続です。はんだ付け部品用の他の穴よりもサイズが小さく、はんだ付け部品用の穴は大きくなります。PCB製造技術において、穴あけ加工は基本的な工程であり、決して軽視することはできません。銅箔板に必要な貫通穴を穴あけしなければ、回路基板は電気接続やデバイス機能の固定を提供することができません。不適切な穴あけ作業によって貫通穴加工に問題が発生すると、製品の使用に影響を及ぼしたり、基板全体が廃棄されたりする可能性があるため、穴あけ加工は非常に重要です。
ビアの掘削方法
ビアの穴あけ方法には、主に機械穴あけとレーザー穴あけの 2 種類があります。
機械によるスルーホールの穴あけ加工は、PCB業界において非常に重要なプロセスです。スルーホール（またはスルーホール）とは、基板全体を貫通し、基板の片面ともう一方の面を接続する円筒形の開口部です。部品の実装や層間の電気回路の接続に使用されます。機械によるスルーホールの穴あけ加工では、ドリル、リーマー、皿穴などの特殊な工具を用いて、精密かつ正確にこれらの開口部を作成します。このプロセスは、設計や製造要件の複雑さに応じて、手作業または自動機械で行うことができます。機械による穴あけ加工の品質は、製品の性能と信頼性に直接影響するため、このステップは毎回正しく行う必要があります。機械による穴あけ加工において高い基準を維持することで、スルーホールを確実かつ正確に加工し、効率的な電気接続を確保することができます。
レーザードリリング
機械によるスルーホールの穴あけ加工は、PCB業界において非常に重要なプロセスです。スルーホール（またはスルーホール）とは、基板全体を貫通し、基板の片面ともう一方の面を接続する円筒形の開口部です。部品の実装や層間の電気回路の接続に使用されます。機械によるスルーホールの穴あけ加工では、ドリル、リーマー、皿穴などの特殊な工具を用いて、精密かつ正確にこれらの開口部を作成します。このプロセスは、設計や製造要件の複雑さに応じて、手作業または自動機械で行うことができます。機械による穴あけ加工の品質は、製品の性能と信頼性に直接影響するため、このステップは毎回正しく行う必要があります。機械による穴あけ加工において高い基準を維持することで、スルーホールを確実かつ正確に加工し、効率的な電気接続を確保することができます。
PCBビア設計に関する注意事項
ビアがコンポーネントや他のビアに近すぎないことを確認します。
ビアはPCB設計において不可欠な要素であり、他の部品やビアとの干渉を起こさないように慎重に配置する必要があります。ビアが近すぎると短絡のリスクがあり、PCBおよび接続されたすべての部品に深刻な損傷を与える可能性があります。Viasionの経験によると、このリスクを最小限に抑えるには、ビアを部品から少なくとも0.1インチ離し、ビア同士の距離を0.05インチ未満に抑える必要があります。
ビアが隣接するレイヤーのトレースとパッドと重ならないようにしてください。
回路基板のビアを設計する際には、ビアが他の層の配線やパッドと重ならないようにすることが不可欠です。ビアは電気的ショートを引き起こし、システムの誤動作や故障につながる可能性があるためです。当社のエンジニアが推奨するように、このリスクを回避するには、ビアは隣接する配線やパッドのない領域に戦略的に配置する必要があります。また、ビアがPCB上の他の要素に干渉しないようにすることもできます。
ビアを設計するときは、電流と温度の定格を考慮してください。
電流を流す能力を確保するために、ビアに良好な銅メッキが施されていることを確認します。
ビアの配置は慎重に検討し、配線が困難または不可能になる可能性のある場所は避ける必要があります。
ビアのサイズとタイプを選択する前に、設計要件を理解してください。
特に指定がない限り、ビアは常にボードの端から少なくとも 0.3 mm 離して配置してください。
ビアが互いに近すぎると、穴あけや配線の際にボードが損傷する可能性があります。
アスペクト比の高いビアは信号の整合性と放熱に影響を与える可能性があるため、設計時にビアのアスペクト比を考慮することが重要です。
設計ルールに従って、ビアが他のビア、コンポーネント、ボードのエッジに対して十分なクリアランスを持っていることを確認します。
ビアをペアまたはそれ以上の数で配置する場合、最適なパフォーマンスを得るためにビアを均等に分散することが重要です。
ビアがコンポーネント本体に近すぎると、通過する信号に干渉が発生する可能性があるため、ビアには注意してください。
プレーン近くのビアを考慮します。
信号と電源のノイズを最小限に抑えるために、慎重に配置する必要があります。
可能な場合は、ビアを信号と同じレイヤーに配置することを検討してください。これにより、ビアのコストが削減され、パフォーマンスが向上します。
ビアの数を最小限に抑えて、設計の複雑さとコストを削減します。
PCBスルーホールの機械的特性
貫通穴径
スルーホールの直径は、プラグイン部品のピンの直径を超え、かつある程度の余裕を持たせる必要があります。配線がスルーホールに到達できる最小直径は、ドリル加工と電気めっき技術によって制限されます。スルーホールの直径が小さいほど、PCB内のスペースが小さくなり、寄生容量が小さくなり、高周波性能が向上しますが、コストは高くなります。
スルーホールパッド
パッドは、スルーホールの電気めっき内層とプリント基板表面（または内部）の配線との間の電気的接続を実現します。
スルーホールの静電容量
各スルーホールはグランドに対して寄生容量を持ちます。スルーホールの寄生容量はデジタル信号の立ち上がりを遅くしたり劣化させたりするため、高周波信号伝送には不利です。これがスルーホール寄生容量の主な悪影響です。しかし、通常の状況では、スルーホール寄生容量の影響は微小であり、無視できるほどです。スルーホールの直径が小さいほど、寄生容量も小さくなります。
スルーホールのインダクタンス
スルーホールは、PCB で電気部品を接続するためによく使用されますが、予期しない副作用であるインダクタンスが生じることもあります。
インダクタンスとは、スルーホールに電流が流れ、磁場を誘導することで発生する特性です。この磁場は他のスルーホール接続に干渉を引き起こし、信号の損失や歪みにつながる可能性があります。こうした影響を軽減するには、インダクタンスの仕組みを理解し、PCBへの影響を軽減するためにどのような設計手順を踏むべきかを理解することが不可欠です。
スルーホールの直径は、プラグイン部品のピンの直径を超え、かつある程度の余裕を持たせる必要があります。配線がスルーホールに到達できる最小直径は、ドリル加工と電気めっき技術によって制限されます。スルーホールの直径が小さいほど、PCB内のスペースが小さくなり、寄生容量が小さくなり、高周波性能が向上しますが、コストは高くなります。
PCB ビアをプラグインする必要があるのはなぜですか?
以下は、Shenzhen Rich Full Joy Electronics Co., Ltd がまとめた、PCB ビアをプラグインする必要がある理由です。
深センリッチフルジョイエレクトロニクス株式会社：
PCBビアは、部品を実装し、異なるPCB層を接続するための物理的なリンクを提供し、基板が本来の機能を効率的に実行できるようにします。PCBビアは、PCBの熱性能を向上させ、信号損失を低減するためにも使用されます。PCBビアはPCB層間で電気を伝導するため、PCBの異なる層間の接続を確実にするために、ビアをプラグで塞ぐ必要があります。さらに、PCBビアはPCB上の他の露出部品との接触を回避することで、短絡を防ぐのにも役立ちます。したがって、PCBの電気的な誤動作や損傷を防ぐために、PCBビアをプラグで塞ぐ必要があります。
まとめ
簡単に言えば、PCBビアはPCBに不可欠な要素であり、層間の信号を効率的に配線し、異なる基板要素を接続するのに役立ちます。ビアの種類と用途を理解することで、PCB設計の性能と信頼性を最適化できます。
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掘削プロセスの紹介：
1. ピン留め、穴あけ、穴の読み取り
客観的： 異なる層間の電気接続を確立するために、PCB 表面にスルーホールをドリルで開けます。
このプロセスでは、上部のピンをドリル加工に使用し、下部のピンを穴の読み取りに使用することで、プリント回路基板 (PCB) 上の層間回路接続を容易にするビアを確実に作成します。
CNCドリリング:
客観的： 異なる層間の電気接続を確立するために、PCB 表面にスルーホールをドリルで開けます。
主な材料:
ドリルビット: 炭化タングステン、コバルト、有機接着剤で構成されています。
カバープレート: 主にアルミニウムで、ドリルビットの位置決め、放熱、バリの低減、プロセス中の圧力足の損傷防止に使用されます。
バックプレート: 主に複合板で、掘削機のテーブルを保護し、出口のバリを防ぎ、ドリルビットの温度を下げ、ドリルビットのフルートから樹脂の残留物を除去するために使用されます。
このプロセスでは、高精度の CNC ドリリングを活用することで、プリント回路基板 (PCB) 上の正確で信頼性の高い層間接続を保証します。
穴検査:
客観的： 掘削作業後に、掘削過多、掘削不足、穴の詰まり、穴サイズ過大、穴サイズ不足などの異常がないことを確認します。
徹底した穴検査を実施することで、各ビアの品質と一貫性を保証し、プリント回路基板 (PCB) の電気的性能と信頼性を確保します。
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