精密PCB製造、高周波PCB、高速PCB、標準PCB、多層PCB、およびPCBアセンブリ。
貫通孔の基本概念
ビアは多層PCBの最も重要な部品の一つである。ドリルコストは通常、PCB生産コストの30〜40%を占めている。簡単に言えば、PCB上の各穴はスルーホールと呼ぶことができる。機能的には、貫通孔は層間の電気的接続に使用されるもの、デバイスを固定または位置決めするためのもう1つの方法。技術面では、これらのビアは一般的に3つの種類に分けられる：ブラインドビア、埋め込みビア、貫通ビア。ブラインドホールはプリント基板の上面と底面に位置し、一定の深さがある。次の表面回路と内部回路を接続するために使用されます。孔の深さは通常一定の比率（孔径）を超えない。埋め込み穴とはプリント基板の内層の接続穴であり、基板の表面には延びていない。上記の2種類の穴はPCBの内層にあります。積層する前に、貫通孔成形プロセスを用いてこのプロセスを完成し、貫通孔成形プロセス中にいくつかの内層を重ねることができる。
第3のタイプは、回路基板全体を貫通する貫通孔と呼ばれ、内部相互接続やアセンブリとしての取り付け位置決め孔に使用できる。スルーホールの実装が容易で低コストなため、ほとんどのプリント基板では他の2つの代わりに使用されています。以下に述べる貫通孔は、特に説明がなければ貫通孔とみなされる。
設計の観点から見ると、貫通孔は主に2つの部分から構成されており、一部は中間のドリル孔であり、他の部分はドリル孔の周囲のスペーサ領域である。この2つの部分の大きさによって、貫通孔の大きさが決まります。明らかに、高速で高密度のPCB設計では、設計者は常に貫通孔が小さいほど良いことを望んでおり、これにより回路基板により多くの配線空間があることができる。
また、スルーホールが小さいほど、それ自体の寄生容量が小さくなり、高速回路に適している。しかし、孔サイズの減少はコストの増加をもたらし、貫通孔のサイズを無制限に減少させることはできない。これはドリルとメッキ技術によって制限されています：穴が小さいほど、ドリル時間が長くなり、中心位置からずれやすくなります。また、孔の深さが孔径の6倍を超えると、孔壁上の均一な銅めっきが保証されない。例えば、通常の6層PCBの厚さ（貫通孔の深さ）が50ミルの場合、PCB製造業者が提供するドリル直径は8ミルにしか達しません。レーザー穴あけ技術の発展に伴い、穴あけのサイズも小さくなることができる。一般に、直径が6 mils以下の貫通孔を微小孔と呼ぶ。マイクロホールは通常HDI（高密度相互接続構造）設計に用いられる。マイクロホール技術により、パッドにスルーホールを直接プレスすることができ、これにより回路性能が大幅に向上し、配線スペースが節約されます。
ビアは伝送路上の不連続なインピーダンスブレークポイントであり、信号反射を引き起こす。一般に、貫通孔の等価インピーダンスは伝送路の等価インピーダンスより約12%低い。例えば、50オーム伝送路のインピーダンスは、貫通孔を通過する際に6オーム低下する（これは貫通孔のサイズと板の厚さと関係があるが、低下とは関係がない）。しかし、ビアインピーダンスの不連続による反射は実際には小さく、その反射係数は（44-50）/（44+50）=0.06にすぎず、ビアによる問題は主に寄生容量とインダクタンスの影響に集中している。
ビア寄生容量とインダクタンス
ビア抵抗パッドの直径がD 2、ビアパッドの直径がD 1、PCBの厚さがt、基板の誘電率がμであれば、ビアの寄生容量は約C=1.41μTD 1/（D 2-D 1）
ビア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。例えば、厚さ50 milのPCBについて、スルーホールパッドの直径が20 MIL（ドリル直径が10 mils）、はんだマスクの直径が40 milであれば、上記式によりスルーホールの寄生容量を近似的に計算することができます：C＝1.41 x 4.4 x 0.050 x 0.020/（0.040-0.020）＝0.31 pf。この容量による立ち上がり時間の変化は、t 10-90=2.2 c（Z 0/2）=2.2 x 0.31 x（50/2）=17.05 ps
これらの値から、単一のスルーホールの寄生容量の影響は明らかではないが、配線にスルーホールを繰り返し使用して層切替を行うと、複数のスルーホールが使用されることがわかり、設計上よく考慮すべきである。実際の設計では、スルーホールと銅層（逆パッド）との距離を増やしたり、パッドの直径を小さくしたりすることで寄生容量を小さくすることができます。
高速デジタル回路の設計では、ビア寄生インダクタンスによる危害は寄生容量よりも大きいことが多い。その寄生直列インダクタンスは、バイパス容量の寄与と電力システム全体のフィルタリング効率を低下させる。貫通孔の寄生インダクタンスは、l=5.08 h[ln（4 h/D）+1]を単純に計算するために、以下の経験式を使用することができます。ここで、lは貫通孔のインダクタンス、hは貫通孔の長さ、Dは中心孔の直径です。数式から、スルーホールの直径はインダクタンスに与える影響が小さく、スルーホールの長さはインダクタンスに影響を与えることがわかる。上記の例を使用して、スルーホールインダクタンスを以下のように計算することができます：l=5.08 x 0.050[ln（4 x 0.050/0.010）+1]=1.015 nh。信号の立ち上がり時間が1 nsであれば、等価インピーダンスはXL=πL/t 10-90=3.19μである。このインピーダンスは、高周波電流が通過する場合に無視できない。電源層と地層を接続する際には、バイパス容量が2つのスルーホールを通過する必要があるため、スルーホールの寄生インダクタンスが2倍になることに注意してください。
穴の使用方法
以上の過孔寄生特性の分析により、高速PCB設計では、簡単に見える過孔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明らかになった。スルーホール寄生効果による悪影響を低減するために、設計では以下の点をできるだけ行うことができます。
1.コストと信号品質の両面から、合理的なスルーホール寸法を選択する。必要に応じて、異なるサイズの貫通孔を考慮することができます。例えば、電源やアース線の貫通孔については、インピーダンスを下げるために大きなサイズを使用することができ、信号配線には小さな貫通孔を使用することができます。もちろん、貫通孔のサイズが小さくなるにつれて、対応するコストも増加します。
2.上記2つの式から、より薄いPCBを使用することは、貫通孔の2つの寄生パラメータを低減するのに有利であると結論することができる。
3.PCBボード上の信号配線層をできるだけ変更しない、つまり、不要なビアリングをできるだけ使用しない。
4.電源とアースのピンは近くに穴をあけるべきで、穴とピンの間のリードは短いほど良い。等価インダクタンスを低減するためには、複数のスルーホールを並列に接続することが考えられる。
5.信号層が変化する貫通孔の近くに接地貫通孔を配置し、信号に閉ループを提供する。いくつかの冗長な接地貫通孔はPCB基板上に置くこともできる。
6.高密度の高速PCBには、マイクロ貫通孔が考えられる。
