PCBブログ - 高速PCBボードのビア設計

高速PCB基板設計において、ビア設計は重要な要素であり、それは孔、孔の周囲のパッド領域と電力層隔離領域から構成され、通常3種類に分けられる：ブラインドビア、埋め込みビア、貫通ビア。PCB設計過程において、過孔寄生容量と寄生インダクタンスの分析を通じて、高速PCB過孔設計におけるいくつかの注意事項をまとめた。プリント基板は重要な電子部品であり、電子部品の支持体であり、電子部品の電気接続の提供者でもある。電子印刷で作られているので、「プリント」基板と呼ばれています。現在、高速PCBの設計は通信、コンピュータ、グラフィック画像処理などの分野に広く応用されている。すべてのハイテク付加価値電子製品の設計は低消費電力、低電磁放射線、高信頼性、小型化と軽量化の特徴を追求している。上記の目標を達成するために、ビア設計は高速PCB設計の重要な要素の1つである。

1.ViaViaは多層PCB設計における重要な要素の1つである。ビアは主に3つの部分からなり、一部はビアである。もう1つは穴の周囲のパッド領域であり、3つ目はPOWER層分離領域です。ビアのプロセスは、中間層に接続する必要がある銅箔を接続するために、ビアの孔壁円柱面に金属を化学的に堆積させ、ビアの上下側を通常のパッドにすることである。この形状は、上下両側の線に直接接続してもよいし、接続しなくてもよい。貫通孔は、電気的接続、固定、または装置の位置決めに使用できます。ビアは通常、ブラインドビア、埋め込みビア、貫通ビアの3種類に分類される。ブラインドホールはプリント基板の上面と下面に位置し、表面回路と下面の内部回路を接続するための深さがある。穴の深さと穴の直径は通常一定の割合を超えない。埋め込み穴とは、プリント基板の内層に位置する接続穴であり、基板表面には延びていない。ブラインドホールと埋め込み穴はいずれも回路基板の内層に位置し、積層前にスルーホール形成プロセスによって完成した。ビアを形成する過程で、いくつかの内層を重ねることができる。回路基板全体を貫通する貫通孔は、内部相互接続または素子の取り付け孔として使用することができる。スルーホールはプロセスにおいてより容易に実現され、コストが低いため、スルーホールは一般的にプリント基板に使用されています。ビアの寄生容量ビア自体はグランドに寄生容量を有する。接地層上のビアの分離孔の直径がD 2で、ビアパッドの直径がD 1で、PCBの厚さがTで、プレート基板の誘電率が島であれば、ビアの寄生容量はC=1.41島TD 1/（D 2-D 1）と近似される。ビアの寄生容量が回路に与える主な影響は、信号の立ち上がり時間を長くし、回路の速度を下げることである。容量値が小さいほど、影響は小さくなります。ビアの寄生インダクタンスビア自体に寄生インダクタンスがある。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危害は寄生容量の影響よりも大きいことが多い。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作用を弱め、電力系統全体のフィルタリング効果を低下させる。Lがビアのインダクタンス、hがビア長、dが中心ドリルの直径であれば、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。数式から分かるように、ビアの直径はインダクタンスに与える影響が小さく、ビアの長さはインダクタンスに影響を与える。非貫通ビア技術非貫通ビアには、ブラインドビアと埋め込みビアが含まれる。非貫通孔技術において、ブラインド孔と埋め込み孔の応用はPCBのサイズと品質を大幅に低下させ、層数を減少させ、電磁互換性を高め、電子製品の特性を増加させ、コストを低減させ、また設計作業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、貫通孔に多くの問題があった。まず、それらは大量の有効空間を占めており、次に、多層PCBの内層配線にも大きな障害をもたらしている多数の貫通孔が密集して1箇所に堆積している。これらの貫通孔は配線に必要な空間を占め、電源と接地を密に通過する。導線層の表面も電力地線層のインピーダンス特性を破壊し、電力地線層を失効させる。従来の機械的穴あけは、非貫通穴あけ技術を使用した作業量の20倍になります。PCB設計では、パッドとビアのサイズは徐々に減少しているが、プレート層の厚さが比例して減少しなければ、ビアのアスペクト比が増加し、ビアのアスペクト比の増加は信頼性を低下させる。先進的なレーザー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、非貫通性の小さなブラインド穴と小さな埋め込み穴の応用が可能になった。これらの非貫通孔の孔径が0.3 mmであれば、それらがもたらす寄生パラメータは。従来の孔は約1/10であり、PCBの信頼性を高めている。非貫通貫通孔技術を使用しているため、PCBには大きな過孔がほとんどなく、トレースにより多くの空間を提供しています。残りのスペースは、EMI/RFI性能を向上させるために大面積シールドに使用できます。同時に、内層はさらに多くの余剰空間を利用して設備と重要なネットワークケーブルを部分的に遮蔽し、電気性能を持たせることもできる。非貫通孔の使用はデバイスピンをより容易に扇動させ、BGAパッケージデバイスなどの高密度ピンデバイスを配線しやすくし、接続長を短縮し、高速回路のタイミング要件を満たす。通常のPCBにおけるビア選択は通常のPCB設計において、ビアの寄生容量と寄生インダクタンスがPCB設計に与える影響は小さい。1-4層PCB設計の場合、通常は0.36 mm/0.61 mm/1.02 mm（ドリル/パッド/POWER分離領域）を選択します。）穴をあけたほうがいい。電源線、アース線、クロック線などの特殊な信号線については、0.41 mm/0.81 mm/1.32 mmのビアを選択したり、実際の状況に応じて他のサイズのビアを選択したりすることができます。高速PCBにおけるスルーホール設計は以上のスルーホール寄生特性の分析により、高速PCB設計において、簡単に見えるスルーホールは回路設計に大きなマイナス影響を与えることが多いことが分かる。オーバーホール寄生効果による悪影響を低減するために、（1）合理的なオーバーホールサイズを選択することができるように設計することができる。一般的な密度の多層PCB設計には、0.25 mm/0.51 mm/0.91 mm（ドリル/パッド/POWER分離領域）のビアを使用することが好ましい、いくつかの高密度PCBについては、0.20 mm/0.46 mm/0.86 mmのビアについては、非貫通ビアを試みることもでき、電源またはアース線のビアについては、インピーダンスを下げるためにより大きなサイズを使用することが考えられます。（2）POWER隔離面積は大きいほど良く、PCB上のビア密度を考慮すると、通常D 1=D 2+0.41、（3）PCB上の信号トレースはできるだけ多く変更すべきではなく、つまり、ビアリングは最小化すべきである、（4）より薄いPCBを使用することは、ビアの2つの寄生パラメータを減らすのに有利である、（5）電源と接地のピンは貫通孔に接近してください。ビアとピンの間のリード線は、インダクタンスを高めるので、短い方が良いです。同時に、電源と接地のリード線はできるだけ厚くして、インピーダンスを下げるべきである。（6）信号変更層のビア近傍にいくつかの接地ビアを配置し、信号に短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な分析が必要です。コストと信号品質を考慮すると、高速PCB設計では、設計者は常にオーバーホールをできるだけ小さくしたいと考えており、これにより、ボードにより多くの配線空間を残すことができる。寄生容量も小さく、高速回路に適しています。高密度PCB設計において、非貫通孔の使用と貫通孔のサイズの減少もコストの増加をもたらし、かつ貫通孔のサイズを無限に減少させることはできない。PCBメーカーの穴あけとメッキ技術の影響を受けています。技術的な制約のため、高速PCBボードのビア設計にはバランスの考慮が必要である。