ビアとは何ですか？
ビア（Vertical Interconnect Access）は、PCB内の異なる銅層間に電気的接続を作成するメッキ穴です。ビアは多層基板を通じて信号と電源をルーティングするために不可欠ですが、高周波で信号整合性を低下させる寄生効果を導入します。
重要な洞察
1 GHzを超える周波数では、ビアはもはや単純な接続ではなく、独自のインピーダンス、インダクタンス、キャパシタンスを持つ伝送線路の不連続性になります。これらの寄生効果の理解は、USB 3.x、PCIe、10G+イーサネットを含む現代の高速設計にとって重要です。
典型的なビアはいくつかのコンポーネントで構成されています：
- バレル： 基板を貫通するメッキシリンダー
- パッド： 各層の穴の周りの銅領域
- アニュラリング： 穴とパッドエッジの間の銅リング
- アンチパッド： プレーン層のクリアランスホール
ビアタイプの説明
適切なビアタイプの選択は、コスト、製造性、性能のバランスをとるために重要です。各タイプの詳細な比較といつ使用するかを以下に示します：
スルーホールビア (PTH)
上面から下面まですべての層を接続します。最も一般的で経済的なタイプ。
利点
- 最低コスト
- シンプルな製造
- 高い信頼性
欠点
- 信号層にスタブを生成
- すべての層の配線スペースを使用
- 高密度設計には不向き
最適な用途
汎用配線、電源分配、低速信号
ブラインドビア
外層から1つ以上の内層に接続しますが、基板全体を貫通しません。
利点
- 反対側にスタブなし
- 高速に適している
- 配線スペースを節約
欠点
- コストが高い
- より複雑な製造
- 順次積層が必要
最適な用途
高速信号、HDI基板、スペース制約設計
ベリッドビア
内層のみを接続し、両面から見えません。
利点
- 最大配線密度
- 表面への影響なし
- HDIに最適
欠点
- 最高コスト
- 複雑な製造
- 修理性が限定的
最適な用途
HDI設計、モバイルデバイス、高層数基板
マイクロビア
レーザー穴あけされた小さなビア（≤150µm）で隣接層を接続。
利点
- 最小の寄生効果
- 最高密度
- 高速に最適
欠点
- 限定されたアスペクト比
- レーザー穴あけが必要
- ビアあたりのコストが高い
最適な用途
BGAファンアウト、スマートフォンPCB、先進パッケージング
よくある質問
ビアスタブとは何ですか？なぜ重要ですか？
ビアスタブは、信号層を越えて延びるスルーホールビアの未使用部分です。高周波（>3 GHz）では、このスタブがアンテナのように機能し、共振と信号反射を引き起こします。スタブは f = c/(4×L×√εr) で四分の一波長共振を生成します（Lはスタブの長さ）。FR-4内の40ミルのスタブでは、共振は約9 GHzで発生し、PCIe Gen4やUSB 3.2などの信号を著しく劣化させます。
いつバックドリルを使用すべきですか？
次の場合にバックドリルを使用します：(1) 信号周波数が5 GHzを超える、(2) ビアスタブが10ミル以上、(3) 挿入損失バジェットが厳しい、(4) PCIe Gen4+、25Gイーサネット、または同様の高速インターフェースを設計している。バックドリルは通常、信号層から8-10ミル以内までスタブを除去します。コストは10-20%増加しますが、信号整合性が大幅に改善されます。
ビアのインダクタンスを計算するにはどうすればよいですか？
ビアのインダクタンスは次のように近似できます：L ≈ 5.08h × (ln(4h/d) + 1) nH、ここでhはビアの高さ（インチ）、dはビアの直径です。62ミル基板を貫通する典型的な10ミルビアは約1 nHのインダクタンスを持ちます。インダクタンスを減らす方法：より大きな直径のビアを使用する、近くにグランドビアを追加する、電源に複数の並列ビアを使用する、またはより短い経路のためにマイクロビアを使用する。
ビアインパッドとは何ですか？いつ使用すべきですか？
ビアインパッドは、別のビアに配線するのではなく、ビアを部品パッドに直接配置します。次の用途に使用：ファインピッチBGA（<0.8mm）、熱管理（パワーデバイス）、高周波バイパスコンデンサ、スペース制約のある設計。適切なはんだ付けを可能にするために、ビアを充填し平坦化（VIPPOプロセス）する必要があります。これによりビアあたり約$0.02-0.05のコストが追加されますが、より高密度な設計が可能になります。
信号ビアの周りにいくつのグランドビアが必要ですか？
最適な信号リターンパスのために：シングルエンド信号では信号ビアあたり少なくとも2つのグランドビア、差動ペアでは4-6つのグランドビアを使用します。5 GHzを超える周波数では、信号ビアから20ミル以内にグランドビアを配置します。これによりビア遷移中のインピーダンスが維持され、インダクタンスが最小化されます。非常に高い周波数（>25 GHz）では、ビアケージまたは同軸ビア構造を検討してください。