PCBブログ - 高密度HDI PCBビアリングの管理方法

高密度相互接続PCBボード設計

HDI PCB設計のためのビアは、ハードウェアストアが各種タイプ、計量、材料、長さ、幅、間隔などを管理し表示する必要があるのと同じように、設計規則を用いて効果的なビア管理を行う。釘、ネジホルダ、PCBボード設計ビアなどの設計オブジェクトも現場で管理する必要があり、特に高密度設計において。従来のPCBボード設計ではいくつかの異なるビアしか使用されていなかったが、今日の高密度相互接続（HDI）設計では多くの異なるタイプとサイズのビアが必要となっている。各ビアは正しく使用するために管理する必要があり、ボードのパフォーマンスを向上させ、エラーのない製造性を確保することができます。本文はPCB設計における高密度ビアの管理の必要性とどのように実現するかを詳細に説明する。

高密度相互接続PCB設計を駆動する要因

小型電子機器への需要が高まるにつれて、これらの機器を駆動するプリント基板も装置に装着できるように縮小しなければならない。同時に、電子機器は回路基板により多くのコンポーネントと回路を追加して、性能改善の要求を満たす必要があります。PCB素子のサイズの減少とピン数の増加は、ピンを小さくし、間隔を密にする必要があるため、問題を複雑にしています。PCBボードデザイナーにとって、これはますます小さな袋に相当し、中にはますます多くのものが入っています。従来の回路基板設計方法はすぐに限界に達した。

顕微鏡下のPCBビア

より小さなボードサイズにより多くの回路を追加する需要を満たすために、高密度相互接続、略称HDIという新しいPCBボード設計方法が登場した。HDI設計には、レーザーで穴をあけるブラインド穴と埋め込み型ビアまたはマイクロ穴を持つ、より先進的な回路基板製造技術が使用されています。これらの高密度機能により、より多くの回路をより小さなボード上に置くことができ、マルチピン集積回路に実行可能な接続ソリューションを提供することができます。

これらの高密度ビアを使用することにより、他にもいくつかのメリットが得られます。

配線チャネル：ブラインドホールと埋め込みビアとマイクロホールは層スタックを貫通しないため、設計に追加の配線チャネルが生成されます。これらの異なるビアを戦略的に配置することにより、設計者は数百のピンでデバイスを配線することができる。標準ビアのみを使用する場合、このような多くのピンを持つデバイスは、通常、すべての内層配線チャネルをブロックします。

信号整合性：小型電子機器上の多くの信号にも特定の信号整合性要件があり、貫通孔はこのような設計要件を満たすことができない。これらのビアは、アンテナを形成したり、EMI問題を導入したり、重要なネットワークの信号リターン経路に影響を与えたりすることができます。ブラインドホールと埋め込み型ビアまたはマイクロホールを使用することで、ビアを使用することによる潜在的な信号完全性の問題が解消されます。

上記のようなビアをよりよく理解するために、高密度設計で使用できる異なるタイプのビアとその応用を見てみましょう。

PCBボード設計ツールのピアシングリストには、異なるピアシングタイプと構成が表示されています

高密度相互接続穴のタイプと構造

貫通孔は、回路基板に2つ以上の積層体を接続する孔である。典型的には、スルーホールは、プレートの1つの層から別の層上の対応するトレースにトレースが搬送される信号を送信する。トレース層間で信号を伝導するために、製造過程でビアを金属化する。貫通孔のサイズとパッドは、用途によって異なります。信号配線には小さなビアが使用され、電源や接地配線には大きなビアが使用されたり、放熱過熱を支援する装置が使用されたりします。

回路基板上の異なるタイプのビア

1）貫通孔：貫通孔は初めて導入されて以来、両面プリント配線基板に使用されてきた標準的な貫通孔である。機械的に回路基板全体に穴を開けて電気めっきをする。しかし、機械的ドリルのドリル可能な開口は限られており、これはドリルの直径と板厚のアスペクト比に依存する。一般に、貫通孔の直径は0.15 mm以上である。

2）盲穴：貫通穴と同様に、これらの貫通穴も機械的に穿孔されているが、より多くの製造工程に伴い、一部の板だけが表面から穿孔されている。ブラインド穴もドリル穴のサイズによって制限されます。しかし、プレートのどちら側にあるかによっては、ブラインドの上や下を通過することができます。

3）埋めた穴：盲目の穴と同様に、埋めた穴も機械的に穴をあけることができますが、始点と終点は表面ではなく回路基板の内層にあります。プレートスタックに埋め込む必要があるため、このようなビアはさらに追加の製造工程を必要とする。

4）微小孔：該貫通孔はレーザーアブレーションにより、直径はメカニカルドリルの0.15 mm限界より小さい。オーバーホールはプレートの2つの隣接層を横断するだけなので、それらのアスペクト比はめっきに使用できる穴をはるかに小さくする。ビアは回路基板の表面や内部に置くこともできます。ビアは通常、充填およびめっきされ、実質的に非表示であるため、ボールグリッドアレイ（BGA）のようなアセンブリの表面実装アセンブリ溶接ボールに配置することができる。小孔径のため、微孔に必要なパッドも通常のビアよりずっと小さく、約0.300 mmである。

高密度設計のための典型的な微孔

設計要件に応じて、上記の異なるタイプのビアを一緒に動作するように構成することができます。例えば、微小孔は、他の微小孔と積層されてもよいし、埋め込まれた孔と積層されてもよい。これらのビアは交互にしてもよい。前述したように、微小孔は、表面実装部品のリード線のランドに配置することができる。表面実装パッドから扇形ビアまでの従来のトレースを排除することで、配線の輻輳の問題をさらに緩和した。上記の異なるタイプのビアはHDI設計に使用することができます。次に、PCBボードデザイナーが穴の使用を効果的に管理する方法を見てみましょう。

PCB設計CADツールにおける高密度ビアリング管理

PCBボードの設計に使用できるオーバーホールはいくつかのタイプしかありませんが、異なるサイズや形状を作成する方法はいくつかあります。電源と接地接続のためのビアは通常、従来の配線のためのビアよりも大きいが、数百個のピンを持つ大型BGAアセンブリの底に配置されたビアは除外される。これらについては、BGAパッドに加えて、表面実装パッドに微小孔が必要な場合があります。大きなアセンブリは微孔の使用の恩恵を受けるが、微孔はピンの少ない従来の表面実装アセンブリには適していない、標準の貫通孔を使用して配線することをお勧めします。これらのビアは電源や接地ビアよりも小さく、放熱のためにより大きくなっています。また、様々なサイズのブラインド穴や埋め込み型ビアを使用することができる。HDI PCB設計では、すべての設計要件を満たすために必要な多くの異なるビアによって容易に水没することが明らかになった。設計者はその中のいくつかのビアを追跡することができますが、ビアのサイズが大きくなるにつれて、ビアの管理が難しくなります。設計者はこれらのすべてのビアを管理しなければならないだけでなく、回路基板の面積に応じて、異なるビアを同じネットワークに使用することができます。例えば、クロック信号は、SMTパッド内の微小孔を介してBGAピンから引き出すことができるが、その後、トレースの次のセグメント上の埋め込みビアに戻る。しかし、このようなネットワークでは、追加のバレル壁がHDI PCB上に不要なアンテナを生成する可能性があるため、従来のビアを使用しないでください。