スルーホール（V​​IA）はの重要な部分です 多層PCB、およびドリル穴のコストは通常​​、PCBボード作成のコストの30％から40％を占めます。 簡単に言えば、PCB上のすべての穴をパスホールと呼ぶことができます。 機能の観点から、穴はXNUMXつのカテゴリに分類できます。XNUMXつは層間の電気的接続に使用されます。 もうXNUMXつは、デバイスの固定または位置決めに使用されます。

プロセスの観点から、これらのスルーホールは一般にXNUMXつのカテゴリに分類されます。つまり、ブラインドビア、埋め込みビア、スルービアです。 止まり穴はプリント基板の上面と下面にあり、表面回路を下の内部回路に接続するための一定の深さがあります。 穴の深さは通常、特定の比率（開口部）を超えません。 埋め込み穴は、プリント回路基板の表面まで伸びていない、プリント回路基板の内層の接続穴です。 The two types of holes are located in the inner layer of the circuit board, which is completed by the through-hole molding process before lamination, and several inner layers may be overlapped during the formation of the through-hole. スルーホールと呼ばれるXNUMX番目のタイプは、回路基板全体を貫通し、内部相互接続に使用したり、コンポーネントの取り付けおよび位置決め穴として使用したりできます。 Because the through hole is easier to implement in the process, the cost is lower, so most printed circuit boards are used it, rather than the other two kinds of through hole. 以下の貫通穴は、特別な説明がない限り、貫通穴と見なされます。

PCBデザインホールについてどのくらい知っていますか

下図に示すように、設計の観点から、スルーホールは主にXNUMXつの部分で構成されています。XNUMXつは中央のドリル穴で、もうXNUMXつはドリル穴の周囲のパッド領域です。 これらのXNUMXつの部分のサイズによって、スルーホールのサイズが決まります。 明らかに、高速高密度PCBの設計では、設計者は常に穴をできるだけ小さくする必要があります。このサンプルでは、​​より多くの配線スペースを残すことができます。さらに、穴が小さいほど、それ自体の寄生容量は小さくなります。高速回路に適しています。 しかし、穴のサイズが小さくなると同時にコストが増加し、穴のサイズを無制限に小さくすることはできません。穴のサイズは、ドリル（ドリル）やメッキ（メッキ）などの技術によって制限されます。穴が小さいほど、ドリルに時間がかかるほど、中心から外れやすくなります。 穴の深さが穴の直径の6倍を超える場合、穴の壁の均一な銅メッキを保証することは不可能です。 たとえば、6層PCBボードの現在の通常の厚さ（スルーホールの深さ）は約50Milであるため、PCBメーカーが提供できる最小の穴あけ直径は8Milにしか達しません。 穴自体の寄生容量は地面に存在します。絶縁穴の直径がD2、穴パッドの直径がD1、PCBボードの厚さがT、基板の誘電率がεの場合、穴の寄生容量はおおよそ次のとおりです。C=1.41εTD1/（D2-D1）

The main effect of parasitic capacitance on the circuit is to prolong the signal rise time and reduce the circuit speed. たとえば、厚さが50MilのPCBボードの場合、穴の内径が10Mil、パッドの直径が20Mil、パッドと銅の床の間の距離が32Milの場合、寄生容量を概算できます。上記の式を使用して穴の C = 1.41×4.4×0.050×0.020 /（0.032-0.020）= 0.517pF、静電容量のこの部分によって引き起こされる立ち上がり時間の変動は次のとおりです。T10-90= 2.2C（Z0 / 2）= 2.2×0.517x（55 / 2）= 31.28ps。 これらの値から、立ち上がり遅延に対する単一のホールからの寄生容量の影響は明らかではありませんが、レイヤー間のスイッチングに複数のホールを使用する場合、設計者は注意する必要があることは明らかです。

高速デジタル回路の設計では、穴を通る寄生インダクタンスの寄生インダクタンスは、寄生容量の影響よりも大きいことがよくあります。 Its parasitic series inductance will weaken the contribution of bypass capacitance and reduce the filtering effectiveness of the entire power system. 次の式を使用して、スルーホール近似の寄生インダクタンスを簡単に計算できます。L= 5.08h [ln（4h / d）+1]ここで、Lはスルーホールインダクタンス、hはスルーホールの長さです。穴、Dは中央の穴の直径です。 式から、穴の直径はインダクタンスにほとんど影響を与えませんが、穴の長さはインダクタンスに最も大きな影響を与えることがわかります。 上記の例を引き続き使用すると、穴からのインダクタンスはL = 5.08×0.050 [ln（4×0.050 / 0.010）+1] = 1.015nhとして計算できます。 信号の立ち上がり時間が1nsの場合、等価インピーダンスサイズはXL =πL/ T10-90 =3.19ωです。 このインピーダンスは、高周波電流が存在する場合は無視できません。 特に、バイパスコンデンサは、電源層を地層に接続するためにXNUMXつの穴を通過する必要があるため、穴の寄生インダクタンスがXNUMX倍になります。

穴の寄生特性の上記の分析を通して、高速PCB設計では、一見単純な穴が回路設計に大きな悪影響をもたらすことが多いことがわかります。 穴の寄生効果の悪影響を減らすために、設計で可能な限りのことを行うことができます。1。コストと信号品質のXNUMXつの側面から、穴の適切なサイズを選択します。 たとえば、6〜10層のMEMORYモジュールPCB設計の場合、穴から10 / 20mil（穴あけ/パッド）を選択することをお勧めします。高密度の小型ボードの場合は、8 / 18milからXNUMX / XNUMXmilを使用することもできます。穴。 現在の技術では、小さな穴を使用することは困難です。 電源またはアース線のスルーホールの場合、インピーダンスを下げるために、より大きなサイズを使用することを検討できます。

2.上記のXNUMXつの式は、より薄いPCBボードを使用すると、穴を通るXNUMXつの寄生パラメータを減らすのに役立つことを示しています。

3. PCBボード上の信号配線は、可能な限り層を変更しないでください。つまり、不要な穴を使用しないようにしてください。

4.電源とアースのピンを近くにドリルで開ける必要があります。 ピンと穴の間のリードが短いほど、インダクタンスが増加するため、優れています。 同時に、インピーダンスを下げるために、電源とアースのリード線はできるだけ太くする必要があります。

5.信号に最も近いループを提供するために、信号層の変更の穴の近くにいくつかの接地穴を配置します。 PCBに多くの追加の接地穴を配置することもできます。 もちろん、設計には柔軟性が必要です。 上記のスルーホールモデルは、各層にパッドがある状況です。 場合によっては、一部のレイヤーのパッドを減らしたり、削除したりすることもできます。 特に穴の密度が非常に大きい場合、銅層にカットオフ回路溝が形成される可能性があり、穴の位置を移動するだけでなく、このような問題を解決するために、穴を考慮することもできますパッドのサイズを小さくするために銅層に。