PCBニュース - 高速PCB回路 基板設計用ビア

について 高速PCB回路 基板デザイン

現在高速設計 プリント配線板回路基板 通信の分野で広く使われている, コンピュータ, グラフィックスと画像処理. すべてのハイテク付加価値電子製品設計は低消費電力を追求している, 低電磁放射, 高信頼性, 小型化, 軽量, など機能. 上記の目標を達成するために, デザインは重要な要素である 高速プリント配線板デザイン. 穴から成る, パワー層のホール及び分離領域の周囲のパッド領域,通常、3.つのタイプに分かれます：盲目の穴, 埋め込み孔及び貫通孔. に プリント配線板回路基板設計プロセス, ビアの寄生容量と寄生インダクタンスの解析, の設計におけるいくつかの予防措置 高速PCBビアを要約する.

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小瓶は重要な要素ですイン の設計多層PCB基板。ビアは主に3.つの部分から成る, 一つは穴です。もう一方は、穴の周りのパッド領域ですそして、第3.はパワー層の絶縁領域である. ビアホールのプロセスは、中間層に接続される必要がある銅箔を接続するために、化学蒸着によって、バイアホールの孔壁の円筒面に金属層をプレートすることである, また、ビアホールの上下の辺を通常のパッドにすることで、上下のラインに直接接続することができる, または接続しない. ビアは電気的接続の役割を果たすことができる, 固定または位置決め装置.

ビアは一般的に三つのカテゴリーに分かれている。

ブラインドホール：特定の深さでプリント回路基板の上面と底面に位置し、表面回路と内部回路の接続に使用される。穴の深さと穴の直径は、ある比率を超えない。

埋め込み孔：プリント基板の内側層に位置する接続孔を指し、回路基板の表面には延びない。

ブラインドおよび埋め込みホールは、回路基板の内側層に位置し、積層前にスルーホール形成プロセスによって完成し、ビアの形成中にいくつかの内部層を重ね合わせてもよい。

スルーホール：この種のホールは、回路基板全体を通過して、内部の相互接続またはコンポーネントインストール位置決め穴として使うことができます。スルーホールは、プロセスにおいて、より低コストで実行可能であるので、一般にプリント回路基板はスルーホールを使用する。

ビアの寄生容量

ビア自身は接地に寄生容量を有する。ビアのグランド層上の分離孔の直径がD 2である場合、ビアパッドの直径はD 1、PCBの厚さはTであり、基板基板の比誘電率は5μである。

C = 1.41は、TD 1 /（D 2 - D 1）です

回路にビアホールの寄生容量の主な効果は、信号の立ち上がり時間を長くし、回路の速度を低下させることである。容量値が小さいほど効果が小さい。

VIAの寄生インダクタンス

ビア自身は寄生インダクタンスを有する。高速デジタル回路の設計では、ビアの寄生インダクタンスによる害は寄生容量の影響よりも多い。ビアの寄生直列インダクタンスはバイパスコンデンサの機能を弱め、電力系統全体のフィルタ効果を弱める。Lがビアのインダクタンス、Hがビアの長さ、Dが中心孔の直径である場合、ビアの寄生インダクタンスは約L : 5.08 H [ LN ( 4 H / D )+ 1 ]である

ビアの直径はインダクタンスに小さい影響を与え、ビアの長さはインダクタンスに最大の影響を与えることが式から分かる。

非貫通ビア技術

非貫通ビアはブラインドバイアと埋込みビアを含む。

非貫通ビア技術では、盲目のビアと埋込みビアの適用は、PCBのサイズと品質を大幅に減少させ、層の数を減らし、電磁両立性を改善し、電子製品の特性を向上させ、コストを削減し、また、設計をより簡単かつ迅速にすることができる。従来のPCB設計と加工では、スルーホールが多くの問題をもたらす。第1に、効果的なスペースを占有し、第2に、多数のスルーホールが密に充填され、多層PCBの内部配線に大きな障害を引き起こす。これらのスルーホールは配線に必要なスペースを取り、電源とグランドを集中的に通過する。また、ワイヤ層の表面は、パワーグランドワイヤ層のインピーダンス特性を破壊し、パワーグランドワイヤ層を無効にする。また，従来のドリル加工法は非貫通穴技術の20倍になる。

PCB設計においては、パッドやビアのサイズが徐々に縮小しているが、基板層の厚さが比例して減少しない場合、スルーホールのアスペクト比が大きくなり、スルーホールのアスペクト比の増大により信頼性が低下する。先進的なレーザ穴あけ技術とプラズマドライエッチング技術の成熟に伴い，非貫通小孔と小さな埋込み孔を適用することができる。これらの非貫通ビアの直径が0.3 mmの場合、寄生パラメータは従来の従来の穴の約1／10になり、PCBの信頼性が向上する。

ノンスルービア技術のために、PCBの上に大きなビアがほとんどありません。残りのスペースは、EMI / RFIパフォーマンスを改善するために大面積のシールド目的のために使われることができます。同時に、より多くの残りのスペースは、それが最高の電気性能を持っているように、部分的にデバイスとキーネットワークケーブルをシールドするために内側の層に使用することができます。非貫通ビアの使用は、デバイスピンをファンアウトし、高密度ピンデバイス（BGAパッケージデバイスなど）を配線し、配線長を短くし、高速回路のタイミング要件を満たすことを容易にする。

通常のPCBの選択

通常のPCB設計では、ビアの寄生容量と寄生インダクタンスはPCB回路基板設計にほとんど影響を与えない。1 - 4層PCB回路基板設計のために、穴を通して0.36 mm / 0.61 mm / 1.02 mm（ドリルド/パッド/パワー分離領域）はよりよいです、若干の特別な信号線（例えば電力線、接地線、時計線など）は0.41 mm / 0.81 mm / 1.32 mmのビアを選ぶことができます、あるいは、他のサイズはビアの実際の状況によって選ばれることができます。

高速PCB回路基板の設計

ビアの寄生特性の解析により，高速pcbの設計において，一見単純なヴィアスは回路設計に大きな負の効果をもたらすことが多い。ビアの寄生効果による悪影響を低減するためには、以下のように設計することができる。

合理的なサイズを選ぶ。PCB多層回路基板の一般的な密度のPCB設計のために、それは0.25 mm / 0.51 mm / 0.91 mm（穴をあけられた穴/パッド/力隔離域）を使うほうがよいです;いくつかの高密度PCBの場合、0.20も使用することができる。mm / 0.46 mm / 0.86 mmのバイアについては、非貫通ビアを試すこともできます電源または接地のために、あなたはインピーダンスを減らすためにより大きなサイズを使うことを考慮することができます

電源分離領域が大きいほど、PCB上のビア密度を考慮すると、一般的に、D 1＝D 2＋0.41；

PCB回路基板上の信号配線をできるだけ変更してはならない。より薄いPCBの使用は、ビアの2つの寄生パラメータを減少させるのに有益である

電源ピン及びグランドピンはビアに近い。バイアとピンとの間のリード線は、インダクタンスを増加させるので、より短い。同時に、電源および接地リードは、インピーダンスを減らすためにできるだけ厚くなければならない

信号層のビアの近くにいくつかの接地ビアを配置し、信号の短い距離ループを提供する。

もちろん, 具体的な問題は設計時に詳細に分析する必要がある. コストと信号品質を総合的に考慮する, の中に高速PCB設計、設計者は常にバイアホールが小さいことを望みます, より良い, より多くの配線スペースがボードに残ることができるように. 加えて, ビアホールは小さい, 自身が寄生容量を小さくする, 高速回路に適している. 高密度設計において プリント配線板,非貫通ビアの使用とビアのサイズの減少はコストの増加をもたらした, そして、ビアのサイズは無期限に減少できない. 回路基板製造業のドリル加工とドリル加工の影響を受ける.電気めっきおよび他のプロセス技術の限界は、設計の中でバランスのよい考慮を与えなければならない 高速PCBスルーホール。