プロの高周波基板、高速基板、ICパッケージ基板、半導体テスト基板、HDI基板、リジットフレッキ基板、PCB設計とPCB メーカー
ハードウェアに携わる方ならご存知の通り、pcb ドリル設計には実は多くの注意点があります。本日は、PCBにおけるpcb ドリルとバックドリルの技術的知識についてご紹介します。
一、高速PCBにおけるpcb ドリル設計
高速PCBの設計では、多層PCBを採用することが多く、ビアは多層PCB設計における重要な要素の一つです。
pcb ドリルは、主に「穴」、「穴周辺のパッド領域」、「電源層の分離領域」の3つの部分で構成されています。
1、高速PCBにおけるビアの影響
高速PCBの多層基板において、ある層の配線から別の層の配線へ信号を伝送するには、pcb ドリルを介して接続する必要があります。
周波数が1GHz未満の場合、ビアは良好な接続機能を果たし、その寄生容量やインダクタンスは無視できます。
周波数が1GHzを超えると、ビアの寄生効果によるシグナルインテグリティへの影響は無視できなくなります。
この時、ビアは伝送経路上でインピーダンスの不連続な断点として振る舞い、信号の反射、遅延、減衰などのシグナルインテグリティの問題を引き起こします。
信号がビアを介して別の層へ伝送される際、信号線の基準層は同時にビア信号の帰路としても機能し、帰路電流は容量結合によって基準層間を流れ、グランドバウンスなどの問題を引き起こす。
2、 pcb ドリルの種類
ビアは一般的に、スルービア、ブラインドビア、およびメイズビアの3種類に分類される。
ブラインドビア：プリント基板の最上層および最下層の表面に位置し、一定の深さを持つもので、表層の配線と下層の内部配線を接続するために使用されます。
穴の深さと直径の比率は通常、一定の範囲を超えません。
埋込ビア：プリント基板の内部層にある接続穴を指し、基板の表面まで伸びていません。
スルーホール：基板全体を貫通する穴であり、内部の相互接続を実現したり、部品の取り付け位置決め穴として使用されたりする。
スルーホールは製造工程上実現が容易でコストも低いため、一般的なプリント基板では広く採用されている。
3、 高速PCBにおけるビアの設計
高速PCBの設計において、一見単純に見えるビアも、回路設計に大きな悪影響を及ぼすことがある。
ビアの寄生効果による悪影響を低減するため、設計では以下の点を可能な限り考慮する：
（1）適切なpcb ドリルサイズを選択する。
一般的な密度の多層PCB設計においては、0.25mm/0.51mm/0.91mm （ドリル穴／パッド／電源分離領域）のビアが適している。
高密度PCBの場合、0.20mm/0.46mm/0.86mmのビアを使用することも可能であり、非貫通ビアを試すこともできる。
電源やグランドのビアについては、インピーダンスを低減するために、より大きなサイズの使用を検討するとよい。
（2）電源アイソレーションエリアは広いほど良い。
PCB上のビア密度を考慮し、一般的にはD1=D2+0.41とする；
（3）PCB上の信号配線は層を跨がないようにし、つまりビアの数を極力減らす；
（4）薄いPCBを使用すると、pcb ドリルの2つの寄生パラメータを低減するのに有利である；
（5）電源およびGNDのピンは、可能な限り近接した位置にビアを設ける。
ビアとピン間の配線は、インダクタンスの増加要因となるため、短いほど良い。
同時に、インピーダンスを低減するため、電源およびGNDの配線は可能な限り太くする；
（6）信号が層を跨ぐビアの近くに、いくつかのGNDビアを配置し、信号に短距離の帰路を提供する。
さらに、pcb ドリルの長さもビアインダクタンスに影響を与える主要な要因の一つです。
トップ層とボトム層を貫通するビアの場合、ビアの長さはPCBの厚さに等しくなります。
PCBの層数が増加し続けるにつれて、PCBの厚さはしばしば5 mm以上に達します。
しかし、高速PCBの設計においては、ビアによる問題を低減するため、ビアの長さは一般的に2.0 mm以内に抑えられます。
ビア長が2.0 mmを超える場合、ビア径を大きくすることで、ビアインピーダンスの連続性をある程度向上させることができます。
ビア長が1.0 mm以下の場合、最適なビア径は0.20 mm～0.30 mmです。
二、PCB製造におけるバックドリル工程
1、 PCBのバックドリルとは？
バックドリルとは、実際には穴深加工の特殊な一種です。
多層基板の製造において、例えば12層基板の製造では、第1層を第9層に接続する必要があります。通
常、スルーホールを穿孔（一次ドリル）し、その後、沈めめっきを行います。
これにより、第1層は直接第12層に接続されますが、実際には第1層を第9層に接続するだけで十分であり、第10層から第12層までは配線が接続されていないため、柱のような状態になります。
この「柱」は信号の伝送経路に影響を与え、通信信号においてはシグナルインテグリティの問題を引き起こします。
そこで、この余分な柱（業界では「STUB」と呼ばれます）を裏面からドリルで除去（二次ドリル）します。
これが「バックドリル」と呼ばれる所以ですが、通常は完全に除去することはありません。
なぜなら、後工程で銅が多少電解除去されること、またドリルビット自体が尖っているためです。
そのため、PCBメーカーはわずかな部分を残します。
この残されたSTUBの長さをB値と呼び、一般的には50～150μmの範囲が適切とされています。
2、 バックドリルにはどのような利点がありますか？
1）ノイズ干渉の低減；
2）信号完全性の向上；
3）局所的な基板厚の薄化；
4）埋込・ブラインドホールの使用を減らし、PCB製造の難易度を低下させる。
3、 バックドリルにはどのような役割がありますか？
バックドリルの役割は、接続や伝送の役割を果たしていないスルーホールの部分を除去し、高速信号伝送における反射、散乱、遅延などを防ぎ、信号の「歪み」を発生させないようにすることです。
研究によると、信号システムの信号完全性に影響を与える主な要因として、設計、基板材料、伝送線路、コネクタ、チップパッケージなどの要素に加え、スルーホールが信号完全性に大きな影響を与えることが示されています。
4、 バックドリルの動作原理
ドリル針が下向きに穿孔する際、ドリル針先が基板表面の銅箔に接触して発生する微小電流を検知し、基板表面の高さを感知します。
その後、設定された穿孔深度に基づいて穿孔を行い、設定深度に達すると穿孔を停止します。
5、 バックドリル加工の工程フローは？
PCBを用意し、PCB上に位置決め穴を設ける。
当該位置決め穴を利用してPCBの位置決めを行い、一次ドリル加工を実施する。
一次ドリル加工後のPCBにメッキを施し、メッキ前に当該位置決め穴に対してドライフィルムによる封止処理を行う。
メッキ後のPCB上に外層パターンを形成する。
外層パターンを形成したPCBに対してパターンめっきを行い、めっき前に前記位置決め穴に対してドライフィルムによる封止処理を行う；
第1段階のドリル加工で使用した位置決め穴を利用してバックドリルの位置決めを行い、ドリルビットを用いてバックドリルが必要なめっき穴に対してバックドリル加工を行う；
バックドリル加工後、バックドリル穴を水洗いし、穴内に残留した切粉を除去する。
6、 バックドリル基板の技術的特徴にはどのようなものがありますか？
1）多くのバック基板はリジッド基板である
2）層数は一般的に8～50層
3）基板厚：2.5mm以上
4）厚径比が大きい
5）基板サイズが大きい
6）一般的に初回ドリルの最小穴径は0.3mm以上
7）外層配線は少なく、多くは圧着穴の配列設計である
8) バックドリル穴は通常、除去すべき穴より0.2mm大きい
9) バックドリル深さの公差：±0.05mm
以上がpcb ドリルに関する概要です。iPCBは専門のPCBメーカーとして、あらゆる種類のビアに対して成熟した豊富な処理経験を有しています。ご要望がございましたら、いつでもご連絡ください。
