ほとんどのハードウェア エンジニアが聞いたことがある用語ですが、実際には理解していません。それを知っている人なら誰でも、それが PCB ボードで重要な役割を果たしていることを知っています。ビアの存在がなければ、完璧な PCB ボードを描くことは困難です。そのため、今日、エディターはビアとは何かを理解するように案内します。
ビアとは
PCB 設計では、製品の要件に応じて基板の層数が異なることがよくあります。両面基板や多層基板では、層間のプリント配線を接続するために、各層で接続が必要な配線の交点に共通の穴、つまりビアホールを開けます。
分類
ビアの位置に応じて、ビアは主にスルーホール、ブラインドホール、埋め込みホールの3つのカテゴリに分類されます。
この図から、おそらく 3 つの違いがわかります。
止まり穴：上層と下層を一定の深さで貫いている。表層回路と下層の内層回路を接続するために使用します。
埋め込み穴：回路基板の内層にある接続穴で、回路基板の表面には達していません。
スルーホール：この穴は回路基板全体を貫通しており、内部相互接続または部品取り付けの位置決め穴を実現するために使用できます。
もちろん、PCB ビアの機能に応じて、次の 3 つのカテゴリに分類できます
。信号用ビア（信号への影響が少ないビア構造）
2．電源ビアとグランド ビア (ビア構造では、ビアの分布インダクタンスを最小にする必要があります)
3．サーマル ビア (ビア構造ではビアの熱抵抗を最小限に抑える必要があります)
したがって、ビアがどの角度から分類されても、ビア自体の機能をこれら 2 つのタイプから分離することはできません。
- 層間の電気接続に使用されます。
- 機器の固定、位置決めに使用。
ビアの構成
設計の観点から、ビアは主に 2 つの部分に分けられます。1) 中央のドリル穴。2) ドリル穴周辺のパッド領域。これらの 2 つの部分によって、ビアのサイズが決まります。一部の高速で高密度の設計では、より多くのスペースを確保するために、設計者はより小さなサイズのビアを選択することがよくあります。ビアのサイズが小さいほど、寄生容量が小さくなり、一部の高速回路に適しています。しかし、それに続いたのはコストの増加でした。ほとんどの回路設計では、ビアの内径は通常 0.2mm で、外径は 0.4mm です。しかし、これは絶対的なものではなく、ビアが使用する位置にも強く関係しています。
ビアの効果
ビアは伝送ライン上のインピーダンスの不連続を表しており、信号の反射を引き起こします。ビアの等価インピーダンスは、一般に伝送線路の等価インピーダンスよりも約 12% 低くなります。つまり、50R の伝送線路は、インピーダンスを通過するときに 6R だけ減少します。しかし、結果として生じるインピーダンスの不連続性による反射は、実際には無視できます。反射係数: (44-50)/(50+44)=0.06。
それに起因するインピーダンスの不連続性の問題と比較して、ビアの影響は主に寄生容量と寄生インダクタンスに反映されます。
ビア自体には、グランドに対する寄生容量があります。ビアの内径を D1、パッドの直径を D2、PCB の厚さを T、ボード基板の誘電率をεとすると、ビアの寄生容量はおよそ C=1.41εTD1 となります。 /(D2-D1) .
ビアの寄生容量が回路に与える影響は、主に信号の立ち上がり時間の延長に反映されます。多くの場合、1 つのビアの影響は小さいですが、ビアを複数回使用してレイヤー間の配線を完了する場合、特に一部の高速で敏感な信号の配線では、注意して使用する必要があります。
ビアには寄生インダクタンスもあります。高速デジタル回路では、ビアの寄生インダクタンスによって引き起こされる害は、寄生容量の影響よりも大きくなります。結果として生じる寄生直列インダクタンスは、バイパス コンデンサの寄与を弱め、電力システム全体のフィルタリング効果を弱めます。同時に、ビア ホールの寄生インダクタンス L=5.08h[ln(4h/d)+1]、h はビア ホールの長さ、d は中央のドリル ホールの直径です。
そのため、ビアをいかに合理的に使用するかが非常に重要です。
ビアの使い方
コストと信号品質の両方を考慮して、適切なビア サイズを選択してください。電源ビアまたはグランド ビアの場合は、より大きなビアを使用してインピーダンスを下げることを検討してください。信号トレースの場合、寄生インダクタンスと容量の影響を減らすために、より小さなビアを選択します。
パッドにビアを開けないでください。
信号トレースのレイヤーを変更しないようにし、不要なビアを使用しないようにしてください。
電源とグランドのピンは近くの穴にドリルで開け、ビア ホールとピンの間のリードはできるだけ短くする必要があります。等価インダクタンスを減らすために、複数のビアを並行して開けることができます。
差動信号の場合はビアの数を減らし、やむを得ない場合は差動ペアのビアを対称に配置する必要があります。信号がレイヤーを変更するビアの近くにいくつかのグランド ビアを配置して、信号の最も近いリターン パスを提供します。PCB に冗長グランド ビアを配置することも可能です。
高密度高速 PCB ボードの場合は、マイクロビアを検討してください。