回路基板は、電子機器やコンピューター機器の中核を成すものです。この回路は、制御指示からの信号を画面に伝達します。例えば、スマートフォンにも回路基板が搭載されています。画面をタッチするたびに、この回路基板上の信号の一つが作動します。PCBのビア（配線穴）は、現代の機器が機能するために必要な複雑な回路を実現する上で不可欠です。様々な種類のビアの中でも、マイクロビアは特に重要です。
マイクロビアとは何ですか?
マイクロビアは、高密度相互接続基板の重要な構成要素です。これは、150マイクロメートル以下のサイズを持つ特殊なビアです。その小ささから、設計者はマイクロビアを好んで使用し、高密度相互接続基板に採用しています。マイクロビアは、基板上の他のビアに比べてはるかに少ないスペースしか必要としません。マイクロビアでは、銅めっきによって基板の異なる層同士が接続されます。
プリント基板のマイクロビアの種類
一般的に使用されるマイクロビアには、ブラインドマイクロビア、埋め込みマイクロビア、スタックドマイクロビア、スタッガードマイクロビアの4種類があります。これらを個別に、または組み合わせて使用することで、プリント基板の密度を高めることができます。
ブラインドマイクロビア
マイクロビアが外層から始まり内層で止まる場合、ブラインドマイクロビアと呼ばれます。これは、マイクロビアが両層を貫通しないことを意味します。ブラインドマイクロビアを使用することで、回路基板上の配線密度を高めることができます。
外層から内層へ信号を配線する場合、ブラインドビアは非常に便利です。ブラインドビアは、このような配線において最短距離を提供します。HDI基板では、これらのマイクロビアは多層基板のスペースを最適化するために使用されます。例えば、基板が4層構造の場合、これらのビアは上2層または下2層のいずれかに配置できます。
埋め込まれたマイクロビア
基板の2つの内層を接続するマイクロビアは、埋め込みマイクロビアと呼ばれます。これらのビアは外層からは見えません。そのため、回路基板に埋め込みビアを組み込む場合は、外層を塗布する前に内層をドリルで穴あけする必要があります。埋め込みビアを使用することで、2つの内層を接続できます。穴あけには任意の機械工具を使用できますが、最適な代替方法はレーザーを使用することです。
回路基板を介してマイクロを適用する前に、穴サイズのアスペクト比に注意する必要があります。
さらに読む：ブラインド・ヴィアと埋設ヴィア：違いは何ですか？
スタック型マイクロビア
スタックドマイクロビアは、複数のPCB層にまたがる垂直方向の電気接続を可能にします。まず1つの層に穴を開け、次に次の層に位置合わせされた別の穴を開けます。これらの穴はメタライズされ、層間に導電パスを形成します。このスタッキング手法により、高密度配線が可能になります。スタックドマイクロビアは、限られたスペースに膨大な回路密度を必要とする高性能コンピューティング、通信システム、ICパッケージングアプリケーションに見られるHDI PCBにとって極めて重要です。
スタッガードマイクロビア
スタッガードマイクロビアは、高密度相互接続（HDI）プリント基板（PCB）設計における手法の一つで、マイクロビア（層間の電気接続用の小さなドリル穴）を互いに直接重ねるのではなく、オフセットさせて配置します。この配置は交互の層を接続し、応力と損傷の可能性を低減することで基板の信頼性を高めます。スタッガードマイクロビアは、多層PCBにおける複雑な配線を容易にし、基板の構造的完全性や機能性を損なうことなく、より高密度な回路設計を可能にします。これは、高度な電子機器にとって非常に重要です。
さらに詳しく知りたい場合は、「スタックドビアとスタッガードビアの違いとは？」をご覧ください。
マイクロビアは何に使用されますか?
現在の電子機器業界とコンピューティング業界のトレンドを見てください。どちらの業界も、より軽量で小型、そして信頼性の高い電子機器を求めています。つまり、業界は機能性に加えて、こうした外観上の要素も重視しているということです。さらに、パフォーマンスはデバイスをトレンドに乗せる上で重要な要素です。
デバイスを軽量化・小型化するには、回路基板も小型化・軽量化する必要があります。回路基板が巨大だと、スマートデバイスを作ることは不可能です。さらに、回路が巨大になれば消費電力も増加し、バッテリー駆動時間も短くなってしまいます。あらゆる業界がバッテリーの消費量を可能な限り抑えたいと考えているため、このような状況では小型回路が重宝されるでしょう。
さらに、小型回路は発熱量が少ないため、バッテリー消費量も低くなります。また、これらの小型回路は優れた性能を発揮します。スマートフォンの性能を見れば明らかです。回路の機能を向上させるには、複雑な配線機構が必要です。入出力数の増加に伴い、ボールグリッドアレイなどの小型回路基板が登場しました。つまり、入出力数が増加すると、同じ基板上の回路配線を増やす必要があるということです。
これらの問題に対処するため、研究者たちは様々な解決策を考案しました。その一つが、マイクロビアを用いた高密度相互接続技術の活用です。多くのビアを用いることで、回路基板はより多くの配線を実装できます。配線が増えるということは、様々な部品をより高密度に配置することを意味します。マイクロビアの主な目的は、回路基板の密度を高めることです。マイクロビアとHDI技術を組み合わせることで、特定の領域に6つの部品を実装することが可能になります。それ以前の従来の方法では、この領域に実装できるのは4つの部品に限られていました。
マイクロビアが他のタイプのビアよりも優れているのはなぜですか?
PCBの製造プロセスはコストのかかるプロセスです。複雑な回路を設計する必要がある場合、このプロセスはさらにコストがかかります。そのため、回路基板の各層には多額のコストがかかるのは事実です。したがって、層数が増えると、回路基板のコストも増加します。
従来のスルーホールビアの代わりにマイクロビアを利用できます。「スルーホール」は非常に一般的な用語です。通常、ビアについて話すときはスルーホールビアのことを指します。
スルーホールビアをマイクロビアに置き換えるとどうなるでしょうか？層数が減り、製造コストが削減されます。
さらに、わずかな部品交換はコスト削減だけでなく、PCBの電気特性を向上させることにもつながります。テクノロジー時代において、人々はより小型で軽量なデバイスを求めています。そのため、高密度・多層の回路基板こそが、この時代の必須条件なのです。
マイクロビアは機能性に加え、基板のスペースを最小限に活用します。しかも、2層または3層でしか形成されないため、メーカーはこれらのビアを優先的に使用します。
さらに、マイクロビアは多様なパターンと材料で利用可能です。そのため、この技術は複雑な回路基板に最適な選択肢の一つとなっています。スタッガード、パッド内ビア、非導電性ビアなどがその例です。さらに、ステーキング、オフセット、銅充填材なども含まれます。
3層以上の配線を必要とするアプリケーションでは、スタックドマイクロビアを使用することで、複数層にわたる配線速度を向上させることができます。さらに、熱制御機能も内蔵されています。
電子機器の小型化と高密度化に伴い、マイクロビアの使用は不可欠となっています。これらの微細な相互接続ビアの適切な設計と製造は、PCBの性能と信頼性にとって極めて重要です。社内に専門知識が不足している場合は、専門家への相談が非常に有効です。MOKO Technologyは、PCBの設計と製造を統合的に提供しています。当社は、高密度相互接続を最適化するために、マイクロビアの実装に関してお客様をサポートします。お気軽にお問い合わせください。無料でお見積もりいたします。
