PCB技術 - PCBを通しての穴は何ですか？

1 PCBの基本概念

PCBビアは重要なコンポーネントの一つです 多層PCB. 掘削穴のコストは、通常のコストの30 %から40 %を占める PCBボード メイキング. 簡単に言えば, PCB上のあらゆる穴をPCB貫通孔と呼ぶことができる. 機能的に, PCBパスは、2つのカテゴリーに分けられることができます。番目は、デバイスを修正したり見つけたりすることです. 過程で, これらのPCBsは一般的に三つのカテゴリーに分かれている, ビアとビアを通して埋められる. ブラインドホールは、プリント回路基板の上面および底面に配置され、表面線と下側の内側ラインとの間の接続のためのある深さを有する. The depth of holes usually does not exceed a certain ratio (aperture). 埋め込みホールは、プリント回路基板の内側層に位置する接続孔を指す, これはプリント回路基板の表面には及ばない. これらの2つのタイプの穴は、回路基板の内側層に位置する, 積層前のスルーホール形成工程により完成する, PCBスルーホール形成過程において、いくつかの内部層と重なることがある. 三番目は貫通穴と呼ばれる, これは、回路基板全体を通過し、部品として内部相互接続又は位置決め穴を取り付けるために使用することができる. 穴が技術的に、そして、より安い, ほとんどのプリント回路基板は他の2つのPCBホールの代わりにそれらを使用する. PCBは、以下に記載された穴を通過する, 特別な指示なしで, は貫通孔とみなされる.

設計の観点から、PCBパスは主に2つの部分で構成され、1つは中央のドリル穴、もう一方はドリル穴の周りのボンディングパッド領域である。これら2つの部品のサイズは、PCBホールのサイズを決定する。明らかに、高速、高密度PCB設計において、設計者は常にPCBがホールを通過することを望み、基板上の配線スペースをより良くする。加えて、PCBがホールを通過すると、PCB自体の寄生容量が小さくなり、高速回路のためによりよい。しかし，穴サイズが小さいほど，コストが高くなり，pcbホールの大きさが無期限に減少することはない。ドリル加工やメッキなどのプロセス技術によって制限されています：穴のサイズが小さく、ドリルにかかるほど長く、中央の位置から外れやすい。また、穴の深さが穴の直径の6倍を超えると、孔壁が均一にメッキされていることを保証することができない。例えば、通常の6層PCBボードの厚さが50ミル（スルーホール深さ）である場合。

それから、通常の条件の下で、PCB製造者によって、提供される穴の直径は、8 milに達することができるだけである。レーザ穴あけ技術の開発により，穴あけ穴の寸法も小さく，小さくすることができる。一般に、PCBは、直径6 mm以下の直径を有するホールをマイクロホールと呼ぶ。マイクロホールは、HDI（高密度相互接続構造）設計でしばしば使用される。マイクロホール技術は、PCBホールが直接ボンディングパッド（パッドで）に直接打ち込まれることができます。そして、それは回路性能を大いに改善して、配線スペースを節約します。

伝送線路中のpcbホールは不連続なインピーダンスブレークポイントを示し，信号反射を引き起こす。一般に、PCBホールの等価インピーダンスは、伝送線路の等価インピーダンスである。例えば、PCBホールを通しての50オームの伝送線のインピーダンスは、6オーム（PCB穴の特定の大きさによって、減らされる）であって、板厚はまた、関連していて、減少しない。しかし、不連続インピーダンスによるPCBの反射は非常にわずかであり、その反射係数は（44−50）／（44＋50）＝0.06だけである。pcbビアに起因する問題は，寄生容量とインダクタンスに集中している。

2 PCBビアホールの寄生容量とインダクタンス

PCBパスは寄生浮遊容量を有する。PCBの抵抗領域の直径がD 2であることが知られている場合、PCBの通過の直径はD 1であり、PCBプレートの厚さはTであり、プレート基材の誘電率はD . ChortIdであることが知られている。PCB孔の寄生容量は、C＝1.41μTd 1／（D 2−D 1）とほぼ同じである

穴を通してのPCBの寄生容量は、回路に大きな影響を与え、信号の立ち上がり時間を長くし、回路の速度を低下させる。例えば、厚さ50μmのPCB基板については、PCBスルーホールパッドの直径が20ミル（ドリル穴径が10ミル）であり、抵抗ゾーンの直径が40 milであれば、上記の式によってPCBスルーホールの寄生容量をほぼ計算することができる。

C = 1.41 x 4です。4 x 0050 x 0020 /( 0.040 - 0.020 )= 0.31 ppf

キャパシタンスのこの部分に起因する立上がり時間の変化量は、概ね以下である。

T 10 - 90 = 2.2 C ( Z 0 / 2 )= 2.2 x 0です。31 x（50 / 2）= 17.05 ps

これらの値から、単一のPCBホールの寄生容量に起因する立ち上がり遅延の影響は明らかではないが、PCBホールが配線に複数回使用される場合、多層PCBホールがlayer - to - layerスイッチングに使用され、設計上慎重に考慮すべきであることが分かる。実際の設計では、PCB貫通孔と銅パッドとの間の距離を増加させることによって、またはパッドの直径を減少させることによって、寄生容量を低減することができる。

pcbパスには寄生容量とインダクタンスが存在する。高速デジタル回路の設計では，pcbの寄生インダクタンスが寄生容量よりも害を与えることが多い。その寄生直列インダクタンスはバイパスキャパシタンスの寄与および全体の電力系統のフィルタリング有効性を弱める。PCBスルーホール近似の寄生インダクタンスを計算するために以下の経験式を使用した。

l = 5.08 h [ ln ( 4 h / d )+ 1 ]

LはPCBホールのインダクタンス、HはPCBホールの長さ、Dは中心孔の直径である。PCBホールの直径はインダクタンスにほとんど影響しないが、PCBホールの長さはインダクタンスにほとんど影響を与えない。それでもなお、PCBビアのインダクタンスは以下のように計算することができる。

l = 5.08 x 0です。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＝PI L／T 10−90＝3.19÷である。このようなインピーダンスは、高周波電流を通過するときには無視することができない。バイパス容量は、パワーホールと層を接続する際に2つのPCBホールを通過する必要があるので、PCBホールの寄生インダクタンスを乗算することができることに留意することが重要である。

3穴を通すためにPCBを使う方法

PCBホールの寄生特性の上記解析から、高速PCB設計において、一見単純なPCBホールは、回路設計に大きな負の効果を有することが多い。PCB細孔の寄生効果の悪影響を低減するためには、以下のように設計することができる。

コストと信号品質の両方を考慮したサイズでPCBの合理的なサイズを選択します。必要に応じて異なるサイズのPCBパスを使用することを考えてください。例えば、電源または接地線PCBのためのより大きいサイズ、インピーダンスを減らすために、そして、より小さなPCBパスが信号ルーティングのために通過するように。もちろん、PCBホールのサイズが減少するにつれてコストが増大する。

上記の2つの式からBは、より薄いPCB板を使用することによりPCB細孔の2つの寄生パラメータを減少させるのに有益であると結論付けられる。

C PCBボード上の信号配線は、できるだけ変更してはならない。すなわち、不要なPCBホールを使用すべきではない。

D電源とグランドピンはPCB貫通孔の近くにパンチされるべきであり、PCBスルーホールとピンとの間のリード線は短く、より良い。複数のPCBパスを並列に考慮して等価インダクタンスを低減することができる。

いくつかの接地されたPCBが信号層のPCBパスの近くを通過し、信号のための閉じた回路を提供する. あなたも、いくつかの余分な地面のPCBホールを配置することができます PCBボード.

fは高密度の高速pcbボードには，マイクロpcbホールを考慮することができる。