ビアの種類

電子機器やコンピューティングデバイスでは、回路は、制御プロンプトから画面にさまざまな信号を転送する小さな緑色のボードによって実行されます。たとえば、すべてのスマートフォンの内部には、何千もの異なる機能やコマンドの信号を伝送するさまざまなチップやコンポーネントを備えたプリント回路基板（PCB）があります。タッチスクリーンのプロンプトの1つを押すたびに、内部ボードの信号の1つをアクティブにします。これらの信号のほとんどは、PCBビアを介して伝導されます。

ジャンプ先： ビアとは何ですか？ |ビアの主な種類| PCBの要件を介して適切なものを決定する方法

ビアとは何ですか？

プリント回路基板では、ビアは導電性の目的で基板の層を貫通する穴です。各穴は、電気信号が回路層間を通過する導電経路として機能します。ビアは、プリント回路基板上のさまざまなレベルを移動します。 PCBの設計によっては、ボードに上から下まですべての層を貫通する穴が必要になる場合があります。あるいは、一部のビアは最上層または最下層のみを貫通し、一部は内層を介して配置されます。プリント回路基板のビアに関しては、さまざまなオプションがあります。

ビアは、プリント回路基板の最も重要な機能の1つです。その結果、ボードの製造に伴うコストのかなりの部分を占めています。

これらの異なるタイプのビアは同じ基本的な目的を果たしますが、特定のPCB設計では、特定のタイプのビアが他のビアよりも適しています。この記事では、PCB設計のさまざまなタイプのビアと、それぞれがプリント回路基板上の電気接続を容易にする方法について説明します。

主な種類のビア

ビアには、PCB層のどこにあるかに応じて、止まり穴と埋め込み穴の2つの主要なカテゴリがあります。

止まり穴では、穴はボードの最上層または最下層を貫通しますが、内部層の前で停止します。止まり穴は、ボードを光にかざすと透けて見えないため、そのように名付けられています。ボードへの穴あけをいつ停止するかを知っている必要があるため、止まり穴の作成に関連するプロセスは難しい場合があります。そのため、多くのPCBメーカーは、このタイプの穴めっきを避けています。

別のタイプのビアは、1つまたは複数の内部層を通して現れる可能性のある埋め込み穴です。埋められた穴は層間に挟まれているため、肉眼では見えません。多層基板にブラインド層を設けるには、PCBアセンブリの早い段階で、上層と下層を基板に適用する前に、内層の穴めっきを完了する必要があります。

ビアが配置されている場所はどこでも、次の3つの主要なタイプのいずれかである可能性があります。

• スルーホール
• パッド経由
• マイクロビア。

1。スルーホール

最も明白なタイプのビアは、多層基板のすべての層を貫通するめっき貫通穴です。貫通穴は通常、止まり穴や埋め込み穴よりも大きく、肉眼での識別もはるかに簡単です。ライトの前でボードを持ち上げると、ライトはメッキの貫通穴を通り抜けます。貫通穴は、穴を開ける深さに注意する必要がある止まり穴とは異なり、すべてのレイヤーを簡単にドリルで開けることができるため、簡単に作成できます。

スルーホール技術は、20世紀半ばにポイントツーポイント構造に取って代わって以来存在しています。スルーホールは、プリント回路基板に見られるほぼすべての機能がスルーホールに接続されていた1950年代から1980年代に最も一般的でした。

スルーホール技術の初期には、PCBのトラックは上面にのみ印刷されていました。技術が進歩するにつれて、印刷は両面に現れました。最終的に、多層ボードが使用されるようになりました。この時点で、導電性層間の接触を可能にするために、貫通穴がメッキ貫通穴に更新されました。現在、PCBのさまざまな層を接続するためにメッキスルーホールが使用されています。貫通穴は通常、リード線を備えたコンポーネントを容易にするために使用されます。アキシャルリードコンポーネントはこれらの穴に配置され、短いスペースを接続するために使用されます。

貫通穴は、1990年代と2000年代にコンピュータタワーで使用された大型マザーボードによく見られます。スルーホールコンポーネントを備えたPCBは、これらの古いマザーボードに接続されていた古いペリフェラルコンポーネントインターコネクト（PCI）カードにも見られました。たとえば、タワー内のPCIスロットに接続されたサウンドカードは、通常、貫通穴でボードに接続されたコンポーネントを備えています。同様の機能は、今日のオールインワンフラットスクリーンデバイスよりも前の古いコンピュータのグラフィックカードにも見られます。

小型でコンパクトなモバイルコンピューティングデバイスや電子機器の人気が高まるにつれ、PCBは、スルーホールコンポーネントがあったとしてもごくわずかで設計されています。そのため、PCB設計者が大きな貫通穴を含むボードを使い続ける理由はほとんどありません。これらは、マイクロビアでより効率的に使用できるボード上の多くのスペースを消費するからです。実際、設計者がボードを小さく保つためには、マイクロビアとサーフェスマウントを可能な限り使用する必要があります。この傾向が続くにつれ、スルーホールは今後数年で完全に段階的に廃止される可能性があります。

2。 Via-in-Pad

プリント回路基板の今日の最も人気のある設計の1つは、ビアインパッドとも呼ばれるボールグリッドアレイ（BGA）パッドにビアを適用することです。ビアインパッド設計では、ビアはPCBのBGAパッドに配置されます。メーカーがビアに必要なスペースを最小限に抑えることができるため、このデザインは人気があります。そのため、ビアインパッドを使用すると、メーカーは信号をルーティングするために必要なスペースが少ない、より小さなプリント回路基板を作成できます。 Via-in-padは、今日のコンパクトな電子機器やコンピューティングデバイスに最適なテクノロジーであり、メーカーはポケットや手首の周りに収まるように設計しています。

パッドを介した設計は、穴がコンポーネントの下にあるレイヤーに直接接続され、デバイスのフットプリントの周囲から外れるリスクなしに信号をルーティングできるため、ルーティングに特に便利です。

確かに、すべてのメーカーがBGAパッドにビアを配置する方法を採用しているわけではありません。一部のPCBメーカーの主な欠点の1つは、パッドを純銅または銅で覆われた非導電性材料で満たす必要があることです。そうしないと、はんだがパッドからにじみ出て、PCBの接続が失われます。

一部のメーカーにとってもう1つの禁止要因は、ビアに追加の手順が必要であり、多くの場合、コストと時間がかかる可能性があるという事実です。一部の設計者は、PCB作成のコストを追加したくないだけです。さらに、ビアをパッドに配置すると、必要なドリルの直径が変わります。

これらの問題にもかかわらず、BGAパッドにビアを配置することにはさまざまな利点があります。コストはさておき、ビアインパッドを使用してより小さなボードを作成し、最終的にはより小さなデバイスを作成できます。特定の最新のガジェットやモバイルデバイスでは、パッドを介したデザインが唯一の選択肢である可能性があります。

標準のビアレイアウトでは、はんだマスクを適用して、ビアへのはんだの流れを止めることができます。パッド内ビア設計では、空気が閉じ込められ、PCBの製造中にガス放出が発生する可能性があるため、バレルを充填しないままにすることはできません。したがって、ビアはBGAパッドに配置するときに充填する必要があります。設計が機能するためには、平らな平面も必要です。これにより、細かいピッチのBGAを、たとえあったとしてもほとんど問題なく接続できるようになります。

パッド内ビアにはエポキシを充填できます。これは、穴あけとメッキのステップの後に行う必要があります。別のオプションは、ビアを銅で満たすことです。これは、ビアがレーザーアブレーションされている場合に機能します。どちらの方法を選択する場合でも、パッドが穴の直径に対して十分な大きさであり、十分な公差があることを確認する必要があります。さらに、設計はIPCクラス2および3の基準を満たす必要があります。

パッド内ビアが標準のビアレイアウトよりも優れたオプションであるかどうかまだ疑問がある場合は、PCBメーカーに相談して、新しいテクノロジーがボードをどのように変革したかを確認する必要があります。

3。マイクロビア

PCB設計では、150ミクロン未満のビアはマイクロビアと呼ばれ、多くの高密度相互接続（HDI）ボードで使用されます。設計者は、穴のサイズが小さいため、マイクロビアを好みます。これは、より多くのドリルを必要とする穴よりもボード上のスペースをはるかに少なく消費します。マイクロビアでは、層は銅メッキで相互に接続されています。

マイクロビアは円錐形に作られているため、ビア側を銅メッキするのが簡単です。マイクロビアは2つの隣接するレイヤーを通過できますが、それ以上は通過できません。ボード設計で複数の層を通るビアが必要な場合は、それに応じて複数のマイクロビアを積み重ねる必要があります。

製造の観点から、積み重ねられたマイクロビアの作成は、費用と時間のかかるプロセスになる可能性があります。 1つのマイクロビアを別のマイクロビアよりも必要とするボードでは、最も一般的な設計は2つのマイクロビアを備えています。スタッキングに関する限り、最終的な制限は4つのマイクロビアです。ただし、コストが高いため、4つのマイクロビアがPCB製造に適用されることはめったにありません。

積み重ねられたマイクロビアの代替オプションは、階段のように設定された千鳥状のマイクロビアで、2番目または3番目のマイクロビアが上のマイクロビアの1つ下に配置されます。積み重ねられたマイクロビアと同様に、千鳥状のマイクロビアは、多層PCB上で製造するのが困難でコストがかかる可能性があります。

マイクロビアがボードの外層から入り、停止する前に内層に切り込む場合、それはブラインドマイクロビアと見なされます。ブラインドマイクロビアを使用すると、プリント回路基板上の配線の密度を上げることができます。ブラインドマイクロビアは最短距離を提供するため、外層の信号を下層にルーティングする必要がある場合は、ブラインドマイクロビアが特に有利です。 HDIボードでは、ブラインドマイクロビアを使用すると、マイクロビアを上2層または下2層のいずれかに配置できる4層のPCBなど、多層ボードのスペースを最適化できます。

場合によっては、マイクロビアが2つの層全体に浸透します。この説明に適合するブラインドビアは、スキップビアと呼ばれます。ただし、穴の性質によりメッキが複雑になる可能性があるため、メーカーはスキップビアを推奨していません。

PCBの2つの内層を接続するマイクロビアは、埋め込みマイクロビアとして知られています。埋め込みマイクロビアをPCB設計に含めるには、外側の層を適用する前に、穴を含む層を最初にドリルで開ける必要があります。埋め込みマイクロビアを使用すると、プリント回路基板上の2つの内層を接続できます。穴あけは、機械工具を使用するか、あるいはレーザーを使用して行うことができます。

PCBにマイクロビアを配置するときは、穴のサイズのアスペクト比に注意することが重要です。そうしないと、ボードを適切にメッキできない可能性があります。

PCBの要件を介して適切なものを決定する方法

PCB設計に選択するビアのタイプは、ボードのサイズと目的に基づいている必要があります。ボードが古い、より大きなコンピューティングデバイスで使用するために作成されている場合、新しいものは問題のデバイスと互換性がない可能性があるため、古い標準に準拠したPCB設計が必要になる可能性があります。これらの古いデバイスの一部では、唯一の選択肢は、スルーホールコンポーネントを備えたより大きなPCBである可能性があります。

より小さなデバイス用にPCBを設計している場合、デバイスに適合する小さなボード上の小さなスペースを最大化する必要があるため、スルーホールコンポーネントを使用する理由は実際にはありません。たとえば、PCBデザインのサイズが1平方インチしかない場合、許容されるわずかなスペースで伝導するには信号が多すぎるため、大きなスルーホールに必要なスペースがありません。そのサイズのボードは、親指サイズのボードで短距離の間で強力な信号を渡すことができるブラインドマイクロビアを使用するとはるかに優れています。

確かに、マイクロビアを使用してより小さなPCBを作成するプロセスでは、そのようなボードに伴う労力のために、より多くの投資が必要になる可能性があります。ただし、これらの小さなボードの利点は、特に最終的に大きな売り手になる可能性のある新しい画期的なデバイスを販売している場合は、投資を簡単に回収できます。

ミレニアムサーキットのPCB製品とサービス

プリント回路基板の設計に関しては、ブラインドマイクロビアや埋め込みマイクロビアなど、さまざまなビアから選択できます。今日の小型PCBでは、マイクロビアにより、デバイスに多数の機能を装備することが可能になり、20年前に一般的であったかさばるスルーホールコンポーネントのパフォーマンス能力を超える速度と処理能力も提供されます。最もコンパクトで最適なPCB設計を作成するには、これらの部品をまとめることができるチームが不可欠です。 PCB製品およびサービスの見積もりについては、MillenniumCircuitsにお問い合わせください。