PCBビアとは?究極のガイド

はじめに

エンジニアリングの世界では、特にデザインと 多層プリント基板(PCB)の製造工程ビア(via)」という用語は、広く浸透し、不可欠なものとなっている。ラテン語で「道」を意味するビアは、PCBの機能において不可欠な部分を形成しています。具体的には、PCBのある層から別の層への電気信号の伝送を可能にする経路を形成します。 

しかし、この言葉を知らない人にとっては、曖昧なままかもしれません。多層プリント基板の範囲において、ビアとは一体何を意味し、どのように設計に活用されるのだろうか?

この記事では、PCBビアを取り巻く複雑な問題を解明することを目的としています。技術的な専門用語のレイヤーを剥がし、ビアとは何か、その機能、利用可能な複数のタイプについて検討します。

 

ヴィアとは?

ビアとは

ビアとは、隣接する2つ以上の層を貫通する小さな穴のことで、信号や電力がこれらの層間を移動することを可能にする。多層プリント基板の層間の回路は独立しているため、ビアは層間接続を確立するために不可欠です。

バイアスは一般に、その機能によってブラインド・ビア、バウンデッド・ビア、スルーホール・ビアの3種類に分類される。

 

バイアスの種類

PCBビアの種類

ブラインド・ヴィア

PCB(プリント基板)設計における「ブラインド・ビア」とは、基板の上面または下面のどちらか一方から始まり、反対側まで貫通していない小さな穴のことです。その代わりに、基板内部の1つまたは複数の層にのみ接続されます。その結果、基板全体を完全に貫通していないため、PCBの片側からしかブラインド・ビアを見ることができず、アクセスできません。

PCBの設計において、ブラインド・ビアはユニークで有益な使い方をします。主な利点の1つは、すべての層を横断しないため、基板上に余分なスペースができることです。これは、スペースが限られているコンパクトな設計では非常に重要です。このため、BGA(Ball Grid Array)やHDI(High-Density Interconnect)PCBなどの高密度回路アセンブリで頻繁に使用され、よりコンパクトで効率的なレイアウトの実現に貢献しています。

 

埋蔵量

埋設ビア」とは、プリント基板(PCB)設計で使用される特殊なビアの一種です。他のビアとは異なり、上面にも下面にも達していません。その代わり、基板の少なくとも2つの内層を相互接続し、外層からは見えないようにします。埋設ビアのこのような内向きのリンク特性により、PCBを外側から見たときに完全に見えなくなります。

埋設ビアは、PCB内層での信号接続を容易にするため、極めて重要な役割を果たします。この設計は信号干渉の低減につながり、PCB全体の機能性と信頼性を向上させます。シグナルインテグリティを高め、よりコンパクトなレイアウトを実現する埋設ビアは、高密度相互接続(HDI)PCBにおいて特に有利となります。 

スペースを節約し、高性能を維持することが極めて重要なこのような高密度基板設計では、埋設ビアの適用が模範となる。

 

スルーホール

スルーホールビアは、プリント基板(PCB)製造において最も頻繁に使用されるビアの一種です。これは、PCBの内層と外層の間にリンクを作成します。ブラインドビアや埋設ビアのような他のタイプのビアとは異なり、スルーホールビアは基板全体を貫通します。これがスルーホールの名前の由来です。

スルーホールビアは、PCB製造の範囲において、いくつかの重要な機能を有しています。主に、基板内部の相互接続のためのチャネルとして機能し、電気信号や電力がある層から別の層へ自由に流れることを可能にします。 

これに加えて、これらのビアは、PCBのさまざまなコンポーネントの取り付け穴としても活用できます。この二重機能により、PCB設計および製造におけるビアの一般的な普及が進んでいます。

 

カバーリング・プロセス経由

ビアを覆う工程には、主に3つの方法がある:ビアをテントで覆う、ビアを覆わない、ソルダーマスクでビアを塞ぐ。

 

テント・ビアス

テンティング・ビア

「テンティング・ビア」とは、プリント基板(PCB)設計において、ビアを分離・保護するために使用される技術である。ここでは、環状リング(穴を囲むビアの目に見える部分)をソルダーマスクとして知られる特殊な物質で覆います。このソルダーマスクは絶縁バリアとして機能し、不要な電気的接続の発生を防ぎます。

しかし、ビアを効果的にテント張りするためには、ある要素を考慮する必要がある。まず、環状リングがソルダーマスクに完全に包まれていることが重要である。部分的に覆われていると、ビアの導電性部分が露出したままになり、偶発的な電気接触の危険性がある。 

さらに、ソルダーマスクの厚さも重要です。薄すぎると十分な絶縁が得られず、ショートの可能性がある。したがって、ビアを効果的にテント状にし、回路を保護するためには、ソルダーマスクの厚みを十分に確保する必要がある。

 

バイアスは対象外

バイアスは対象外

プリント回路基板(PCB)の設計手法として「ビア・ノン・カバード」を選択することは、ビアの穴とその周囲のリング(環状リングとも呼ばれる)の両方を露出させたままにすることを意味します。通常、絶縁体として機能するソルダーマスクの層はありません。このようにソルダーマスクのシーリングがないため、ビアはオープンでむき出しの状態になります。

この設計上の選択は、一見普通ではないように見えるが、独自の目的がある。非カバー・ビアは、測定信号のデバッグが必要な場合に実装されることが多く、アクセスやテストが容易になります。さらに、絶縁ソルダーマスクのコーティングがない場合、露出したビアは表面積が広くなるため、放熱の強化に貢献する可能性があります。 

これは、かなりの熱を発生する回路にとっては好都合である。このような利点がある一方で、露出した金属が意図しない導電性材料と接触する可能性があるため、カバーされていないビアは意図しない電気接続や短絡のリスクが高いことを忘れてはならない。

 

ソルダーマスク付きプラグド・ビア

ソルダーマスク付きプラグド・ビア

ソルダーマスクによるプラグド・ビア」は、プリント回路基板(PCB)設計のもう一つの技法であり、大きな利点をもたらす。このプロセスでは、ビアホールを一種のソルダーマスクで埋めることで、実質的にビアホールを「塞ぐ」または密閉します。この設計の選択は、製造および運用段階における基板の安全性と効率を高めることを意図しています。

ソルダーマスクプラグをビアに適用する主な理由は、はんだボールと呼ばれるものが形成されるのを防ぐためです。このはんだボールは、PCBに部品を取り付ける一般的な方法であるウェーブはんだ付けプロセス中に短絡を引き起こす可能性のある小さなはんだのかけらです。さらに、ソルダーマスクでビアを塞ぐことで、ビアホール内のフラックス残渣をなくすことができます。 

このアプローチは、BGA(Ball Grid Array)やIC(Integrated Circuit)アセンブリを使用する基板の設計では、これらのタイプの部品が必要とする複雑さと精度のために必要な傾向があります。ビアをソルダーマスクで効果的に封止することで、設計者は高密度プリント基板の組み立てと運用をよりスムーズかつ安全に行うことができます。

 

結論

スルーホール・ビアとは異なり、ブラインド・ビアや埋 め込みビアは、少なくとも4層の基板でのみ利用可能である。ブラインド・ビアや埋設ビアの使用は、多層基板の密度を高め、層数を減らし、基板寸法を最小化する効果的な方法です。しかし、スルーホールビアは製造が容易で安価であるため、PCB設計ではより一般的に使用されています。いつでも PCBピット をご覧ください。

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