高度な電子機器向けの複雑なプリント基板を設計する際によくある質問の一つは、層間の接続にスタック型ビアとスタッガード型ビアのどちらを使用するかということです。ビアは、多層基板の内層を通る導電経路として機能します。ビアを垂直方向に積み重ねる方法と水平方向にオフセットさせる方法の主な違いを理解することで、特定のアプリケーションや基板の複雑さに応じて適切なアプローチを選択できます。このブログでは、これら2種類のビアを紹介し、様々な側面から比較することで、PCB設計時に情報に基づいた選択を行うお手伝いをします。
スタックビア PCB内
PCBスタックビアは、 PCB 、 プリント回路基板で隣接しない層間の電気接続に使用され、コンパクトな 1 つの構造で最適化された垂直配線ソリューションを提供します。 2 つ以上の隣接する PCB 層に 1 つの穴を開け、穴の壁をめっきしてビアを電気的に接続することで構築されるスタックド ビアを使用すると、中間の層を水平に配線することなく、離れた層間をショートカットできます。 複数の基板層間のトレース配線パスを合理化できるため、スタックド ビアを使用すると、他の接続方法に比べて回路の混雑や乱雑さを軽減できます。 占有面積が凝縮され、複数層まで到達できるスタックド ビアは、複雑で高密度な PCB で多くの層間でシームレスに信号を駆動する必要があるときには欠かせないものになっています。 効率的な設計と接続性を統合した PCB スタックド ビアは、汎用性が高く、省スペースな層間遷移を実現します。
スタッガードビア PCB内
スタッガードビアは、 高密度相互接続（HDI）プリント回路基板 ビアを直接並べずに層間接続を作成します。隣接層のビアの位置をオフセットしてから斜めに穴を開けることで構築された千鳥配置ビアは、隣接して積み重ねられたビアが物理的に接触するのを防ぎます。この角度のある間接的な配置により、通常積み重ねられるメッキ貫通ビアの周囲に銅を充填する必要がなくなり、製造が効率化されます。内層と外層の間のブラインドで埋め込みの接続として機能する千鳥配置ビアは、垂直に隣接するビア配置では不可能な、より短く効率的な配線経路を可能にします。最小分離クリアランスを満たすためにビア間の適切な千鳥間隔を決定するときは、設計中に細心の注意を払う必要があります。物理的にビアを分離するには、より複雑なレイアウトとドリル操作が必要ですが、千鳥配置ビアは余分な金属充填要件を排除し、独自の配線機能を提供します。最終的に、千鳥配置ビアの相互接続機能により、より高密度で高性能なプリント回路基板が実現します。
スタックドビアとスタッガードビアの違いは何ですか?
- スペース効率
スタックドビア：スタックドビアは、ビアを全層にわたって垂直に並べることで、層間で完全に重なり合うため、必要最小限のフットプリント面積しか占有しません。そのため、スペースが限られている場合に最適です。また、垂直方向に凝縮することで、接続部を近接させることも可能になります。
スタッガードビア：スタッガードビアは、交互に配置された層で意図的に位置をずらすため、間隔を維持するために、各層で各ビアの周囲に追加のクリアランスを設ける必要があります。これにより、スタックドビアに比べて基板の総面積が増加します。しかし、位置をずらすことで垂直方向のアライメントが不要になり、クロストークの低減に役立ちます。
- クロストークの問題
スタックドビア：垂直にスタックされたビアでは、その軸方向における電気的クロストークが高速信号に干渉するリスクが高まります。ビアが一列に並ぶと、ノイズが層を越えて伝播しやすくなります。間隔を広くすることで、クロストークを抑制できます。
スタッガードビア：層間のビアをずらすことで、スタッガードビアは連続した垂直方向のアライメントを回避し、垂直方向のノイズを排除することでクロストークの問題の可能性を大幅に低減します。 結合パスレイヤー間でノイズが分離されます。
- 記入要件
スタックドビア：スタックドビアでは全層を通じた電気的接続が重要であるため、通常は層間に導電性のホールフィリング（典型的には電気めっき銅）が必要です。これにより、ビアホールの壁にばらつきがあっても、垂直ビア列の深さ全体にわたって堅牢で信頼性の高い電気的接続が確保されます。
スタッガードビア：スタッガードビアの場合、層間の導電性ホールフィリングは、通常、PCBの最外層に接続するビアにのみ必要です。層間のずれを考慮して、隣接するビア間に十分なオーバーラップが設計されている限り、中間接続部はエア充填のままで構いません。
- アレンジメント経由
スタックドビア：スタックドビアとは、プリント基板の複数の層を直接重ね合わせて相互接続するビアです。異なる層を貫通する垂直の列を形成し、異なる基板層において、同じxy軸座標位置に沿ってビアを積み重ねる構造となっています。これにより、基板全体の占有面積を最小限に抑えることができます。
スタッガードビア：スタッガードビアとは、PCBの連続層におけるビア配置を意図的にずらすことを指します。スタッガードビアは、ビアを垂直に積み重ねるのではなく、層をまたいで少しずつずらすことで、ドリルで穴を開けた際にビアが一列に並ぶのを防ぎます。基板レイアウトには、この意図的なオフセットが設計されています。
- 経済的影響
スタックドビア：スタックドビアは高い精度が要求されるため、製造不良が発生すると不良率の上昇に直結します。歩留まりの低下によるスクラップロスは、リワークコストを著しく増加させます。
スタッガードビア：製造プロセスにおいて、より緩いスタッガードビア公差への対応が容易になり、スクラップロスも減少するため、製造歩留まりが向上し、コスト削減につながります。これにより、大量生産へのスケールアップも経済的になります。
閉じた言葉
まとめると、スタックビアとスタッガードビアはどちらも、特定のニーズを満たす独自の強みを持っています。 多層PCB デザインスタックドビアは、層間のパスを効率的に整列させることでスペースを最大限に活用します。一方、スタッガードビアは電気的絶縁を強化し、製造を簡素化します。基板設計において、電気技術者はサイズの制約、製造方法、スケジュール、そして性能ニーズを考慮し、最適なビア配置戦略を決定します。1つのアプローチに固執するのではなく、スタックドビアとスタッガードビアを適切なタイミングで組み合わせることで、レイアウトの最適化を強化し、革新的でありながら信頼性の高いPCBソリューションの生産歩留まりを確保できます。トレードオフを評価することで、回路要件に応じて、垂直接続ビアと水平オフセットビアの両方の利点を相補的に活用することができます。
