ガイド 「慣習を避けるために」 PCBビアの設計 エラー

多層プリント基板の設計において、ビアは異なる回路層を接続する極めて重要な構造であり、その設計は回路の性能、製造コスト、および信頼性に直接影響を及ぼします。さらに、ビアは異なる層にまたがる導電トレースを接続する重要な構造であり、 多層プリント基板, 、そしてその設計品質は、回路の電気的性能、機械的強度、および製造性に直接影響を及ぼします。一見単純な「穴」のように見えるものでも、実際にはプロセスとの適合性やシグナルインテグリティなど、複数の考慮事項が関わっています。ビアのパラメータ（はんだリングや開口径など）を適切に設計することは、後の製造上の不具合や回路の誤動作を防ぐための基本となります。.

の統計によると、 Geyuan Electronics ‘当社のエンジニアリングチームによると、多層PCBの製造コストのうち、ドリル加工費は30%から40%を占めています。 そのため、高速・高密度設計において性能とコストのバランスを取ることは、エンジニアにとって大きな課題となっています。当社のエンジニアリングチームが執筆した本記事では、業界標準と実務経験を組み合わせ、カスタム多層PCBプロジェクトにおけるビア設計の要点を解説し、よくある落とし穴を回避できるよう支援します。.

カスタム多層プリント基板におけるビアの基本的な機能と本質

In プリント基板（PCB）の設計, 、ビアの主な機能は、多層PCBの異なる導電層間で電気的接続を実現するとともに、ある程度の機械的固定（重い部品の固定を補助するなど）も果たすことです。構造的には、ビアはドリル穴、メッキバリア、環状リングの3つの部分で構成されています。 本質的に「垂直伝送線路」であるビアは、高周波信号伝送において寄生インダクタンス（通常0.5～2nH）および寄生容量（0.1～0.5pF）をもたらし、これらのパラメータはビアのサイズが大きくなるにつれて増加します。 したがって、ビアの設計では、「接続信頼性」、「信号インテグリティ」、および「プロセスの実現可能性」のバランスを取り、高速信号への影響を最小限に抑えつつ、ドリル加工およびメッキの品質を確保する必要があります。.

におけるビア設計の重要性 多層プリント基板

1. 回路が非常に単純な場合は、ビアは不要かもしれませんが、多層PCBを設計する際には、ビアが必要であると判断されます。.

2. 多層基板の場合、ビアを用いることで部品の実装密度を高めることができる。.

3. 多層プリント基板の数が増えるにつれて、配線の密度はますます高くなっていきます。ビアは、プリント基板の異なる層にある異なる配線を互いに接続することができ、垂直方向の接続部品としての役割を果たします。.

4. ビアがないと、配線作業で行き詰まりやすくなり、BGAやコネクタ、さらには多層基板の部品が密集して配置されることになります。.

5. ビアは、層間の信号および電力の伝送を可能にします。ビアがなければ、すべての部品は1つの平面上に配置され、表面実装部品も存在します。しかし、多層PCBにおける表面実装部品は、1つの平面上に配線することはできません。.

Geyuan Electronicsの’ 多層PCBのビア設計におけるエンジニアリングチームの経験

配線設計は、多層PCB設計において極めて重要な要素であり、たった1つの変更が広範囲にわたる影響を及ぼす可能性があります。寸法を適切に選定し、間隔を標準化し、ファンホールの配置を最適化することで、コストを抑えつつ高速信号の要件を満たすことが可能です。さらに重要なのは、設計チームとの緊密な連携により、 プリント基板メーカー ‘設計仕様を信頼性の高い製品へと具現化し、競争の激しい市場で差別化を図るためには、プロセス詳細に関する当社エンジニアリングチームの知見が不可欠です。以下に、Geyuan Electronicsのエンジニアリングチームが、顧客向けに10,000件以上の多層PCBプロジェクトの設計を通じて蓄積してきた、PCBビア設計に関する経験の概要を、ご参考までにご紹介します。.

サイズ別 必ずしも小さければ小さいほど良いというわけではありません；; プロセスの制約とバランスをとらなければならない

ビアは、ドリル穴とその周囲のパッドで構成されます。サイズの選定は、以下の原則に従う必要があります。

内径および外径の仕様	スルーホールの内径は0.2mm（8mil）以上、外径は0.4mm（16mil）以上であり、極端な場合には、外径を0.35mm（14mil）まで小さくすることも可能です。.
経験式	外径は通常、内径の2倍±2ミルです。例えば、内径が8ミルの場合は、外径は14/16/18ミルになります。.
プロセスの制約	穴の直径が小さすぎると、穴あけのずれが生じるリスクが高まり、また、穴の深さが穴径の6倍を超えると、電気めっきの均一性を確保することが困難になります。.
デザインの提案	高速回路では、寄生容量を低減するためにビアの小型化が望ましいですが、極端な寸法を安易に追求しないよう、PCBメーカーとプロセス上の実現可能性を確認する必要があります。ビアの直径が小さすぎると、ドリル加工時の位置ズレのリスクが高まり、また、ビアの深さが直径の6倍を超えると、メッキの均一性を確保することが困難になります。.

概要設計 慎重に使用する必要があります 盲穴を埋める際 ～へ コストを抑制する

BGA パッケージ（ピンピッチ 0.65mm 以上）の場合、コストが高いため、埋込みブラインドビアの使用は推奨されません。 やむを得ず使用しなければならない場合は、内径 0.1mm（4mil）、外径 0.25mm（10mil）の 1 次ブラインドビア（TOP-L2 や BOTTOM-L2 など）の使用を推奨します。 高次のブラインドビアは配線密度を高めることができますが、製造の難易度とコストは飛躍的に増加します。.

ビアとパッド ～すべき トゥームストーニングのリスクを回避する

ビアをパッド上に直接配置すると、リードのインダクタンスを低減できる一方で、はんだペーストがビア内に流れ込み、はんだのトゥームストーニングを引き起こす可能性があります。 .

安全距離	ビアとパッドの端との間には、4～8 milの隙間を空けることを推奨します。.
BGA領域	はんだブリッジや短絡の原因となる位置ずれを防ぐため、ビアは2つのパッドの中央に配置する必要があります。作業完了後、BGAのはんだボールが平らになるよう、ビアを塞ぎ、はんだペーストを塗布する必要があります。.

ビア間隔 デザインは～であるべきだ 破損を防ぐ そして 信頼性を確保する

ビア間の間隔が狭すぎると、ドリル加工の失敗を招きやすくなります。仕様では以下が求められています：

最小間隔	0.5mm以上（推奨）、0.35～0.4mmは絶対に避けるべきであり、0.3mm以下は禁止されています。 .
人口密集地域	段差を付けた配置や開口部の調整を行うことで、スペースの利用効率を最適化することができます。.

オリフィスを詰まらせる油 は 溶接歩留まりを向上させるための鍵

小径の貫通穴（≤0.5mm）や特殊な状況では、油による充填および密封が必要となります：

金属筐体のデバイス	外装との短絡を防ぐため、本体底部のビアを塞ぐ必要があります。.
放熱穴を除く	放熱性を高めるために、開口部を設けることができます。 .

固定パッド できる ビアを活用することで、信頼性を向上させ、巧みに機能強化される

ヘッドフォン端子、ボタン、FPCなどのパッドは、機械的応力の影響を受けやすい。設計段階において、銅箔の密着性を高め、パッドの剥離を防ぐために、1～2個のビアを均等に追加することができる。.

ファンホールの設計 必要 シグナル・インテグリティとコストのバランスをとった、双方にメリットのある戦略

従来のチップデバイスの通気孔	ビアはデバイスの外側に配置し、内層の配線が2つのビアの間を通るようにすることを推奨します。これにより、基準面の切断を回避できます。不適切な手法を採用すると、配線作業が複雑化し、基準面の完全性が損なわれることになります。.
BGAのファン用穴	ビアはパッドの中心に厳密に配置する必要があります。オフセットしたり、パッド上に直接配置したりしてはなりません。パッド内にビアがあると、はんだ接合不良を引き起こしやすくなるほか、電源／グランドプレーンが分断され、シグナルインテグリティの問題につながる可能性があります。.

におけるビア設計における考慮事項 多層プリント基板と規格 はんだリングの選定について および穴の直径

はんだリングとビアの直径は、ビア設計における重要なパラメータであり、PCBの厚さ、銅箔の厚さ、および製造プロセスに基づいて決定する必要があります。はんだリングとはんだリングの直径については、標準的な選定（例：0.7mm + 0.3mm）をお勧めします。ただし、以下の設計上の考慮事項にご留意ください。.

ドリルの直径

ボーリング孔径（ボーリング径とも呼ばれる）は、ボーリング孔の導電率および寄生パラメータを決定する。.

標準の選択	標準的なPCB（厚さ1.6mm）の場合、推奨される最小穴径は0.3mmです（機械加工による穴あけの限界は通常0.2mmですが、レーザー加工では0.1mmまで小さくすることができます）。一般的に使用される穴径は0.4mmから0.6mmの範囲です。 例えば、信号ビアは0.4mm、電源ビア（大電流対応）は0.6mm～1.0mmに設定することができます。.
プレートの厚さを合わせる	開口部のアスペクト比と基板厚さの比は、1:10以下である必要があります（例えば、基板厚さが1.6mmの場合、開口部の最大値は0.16mmとなります）。 この比率を超えると、穴の壁面でのめっきが不均一になり（厚さの差 >20%）、導電性の信頼性に影響を及ぼします。基板の厚さが2.0mmに達する場合は、開口径を0.3mm以上とすることを推奨します。.

環状リング

はんだリングとは、ビアを取り囲む銅箔のリングのことで、ビアと同一層の銅箔との接続性を高めるために用いられます。その幅（はんだリング幅＝（パッド径－ビア径）÷2）は、以下の要件を満たす必要があります：

溶接リングの最小幅	標準的なプロセスでは、パッドの直径が0.15mm以上であることが求められます（すなわち、パッドの直径＝穴の直径＋0.3mm）。 例えば、穴径が0.4mmの場合、パッド径は0.7mm以上である必要があります（0.7-0.4=0.3mm、片面はんだリングは0.15mm）。.
高速信号の最適化	高周波信号（1GHz以上）の場合、寄生容量を低減するために、ビアリングのサイズを0.1mmまで縮小することができます（ただし、製造業者にプロセス上の実現可能性を確認する必要があります）。.
補強による電力供給	大電流ビアのはんだリングの幅を0.2mm以上に広げることで、銅箔との接続強度を高め、電流の集中による過熱を防ぐことができます。.

Geyuan Electronicsにおける多層PCBビア設計の代表的な組み合わせ例

経由：	開口径0.4mm、パッド径0.7mm（はんだリング径0.15mm）のため、ほとんどのデジタル信号や低周波アナログ信号に適しています。.
電源供給経路	開口部 0.6mm ＋ パッド直径 1.0mm（はんだリング 0.2mm）により、1A～3Aの電流伝送に対応（銅の厚さが 1oz＝35μmの場合）。.
人口密集地域	穴径0.3mm、パッド径0.6mm（はんだリング0.15mm）のため、BGAの底面など、スペースに制約のある箇所での使用に適しています。.

多層プリント基板のビア設計において、特殊な穴の種類については、スロットのアスペクト比や穴の破裂の問題に注意を払う必要があります。

円形ビアに加え、特殊な状況ではスロット穴が必要となる場合があり、その設計には特に注意を払う必要があります：

スロット穴

スロットは長方形または楕円形で、不規則な形状のピン（コネクタのDIPピンなど）の接続や、大電流の伝送に使用されます。.

アスペクト比の制限	スロットの長さと幅の比率は、5:1以下である必要があります（例えば、幅が0.5mmの場合、最大長は2.5mmとなります）。この比率を超えると、穴あけ中に工具がずれてしまい、穴の壁面が粗くなる原因となりやすくなります。.
コーティングの要件	スロットの角は、直角部分でのメッキ層への応力集中を防ぎ、ひいては亀裂の発生を防ぐため、丸みを帯びた形状（半径 ≥ 0.2 mm）にする必要があります。また、大電流下での信頼性を確保するため、穴の壁面のメッキ厚さは ≥ 20 μm でなければなりません。.

噴気孔の発生防止

ピッティングとは、溶接時や高温環境下において、穴の壁面に施されたメッキが溶接リングから剥離する現象を指します。原因分析と対策：

理由	測定
溶接リングの幅が不十分（0.1mm未満）だと、高温時に熱応力が生じ、剥離が発生する。;	溶接リングの幅は、機械的接合強度を確保するために0.15mm以上とする。;
穴の壁面のメッキにピンホールや気泡があると、フラックスが浸入し、溶接時に膨張を引き起こす原因となる。.	製造業者は、「酸性銅めっき」プロセス（アルカリ性銅めっきよりも均一性が高い）を採用し、めっき付着試験（剥離強度 ≥ 0.5 N/mm）を実施することが義務付けられている。.

多層PCB設計におけるインピーダンスの影響およびビア密度に関する設計上の推奨事項

回路設計においては、シグナルインテグリティとレイアウトの合理性のバランスをとることが必要です：

インピーダンスの影響と最適化

高周波信号は以下を経由して	ビアが1つ追加されるごとに、差動ペアのインピーダンスは2～5Ω低下します（例えば、100Ωの差動ペアが95Ωに低下する場合など）。そのため、配線時にはトレース幅を微調整して（例えば、トレース幅を0.02mm広げるなど）補償を行う必要があります。.
ビアの数を減らす	高速信号（PCIe 4.0など）は、層をまたぐことを避けるべきです。やむを得ず層をまたぐ必要がある場合は、ビアの数を2個以下とし、2つのビア間の距離を5mm以上確保する必要があります（相互結合を低減するため）。.
サラウンドによるアース接続	高速信号ビアの周囲に（ビアの直径の3倍以上の間隔を空けて）2～4個の接地ビアを配置し、「シールドリング」を形成することで、放射やクロストークを低減します。.

配置密度の制御

行間	隣接するビア間の中心間距離は、穴径の2倍以上とする必要があります（例：0.4mmのビアの場合、間隔は0.8mm以上）。これは、穴あけ時の振動によって生じる穴の位置ずれや穴壁間の接続（短絡のリスク）を防ぐためです。.
BGA領域のビア	BGAのはんだ接合部の下にあるビアは、はんだ接合部の位置からずらして配置し、はんだ接合部の端から少なくとも0.3mm離す必要があります。これは、はんだ付け時のはんだがビアに流れ込むのを防ぐためです（そうしないと、はんだ接合不良の原因となります）。.

その他の注意事項

鉛フリーはんだ付けに対応	スルーホールメッキには鉛（またはSn-Ag-Cuなどの鉛フリー合金）が含まれており、260℃でのリフローはんだ付けの際に酸化や剥離が生じないよう、厚さが2μm以上でなければならない。.
ソルダーマスク	はんだ付けを行わないビア（信号ビアなど）は、はんだブリッジを防ぐため、はんだマスクで覆う必要があります。テストが必要な場合は、はんだマスクの一部を開口させることができます。.

多層プリント基板のビアプロセス設計に関する検証の推奨事項

ビア設計の信頼性は、プロセス検証を通じて確保する必要があります：

DFM検査	PCB設計ソフトウェアのDFMツール（Altiumの「Manufacturing Check」など）を使用して、ビアのパラメータが製造業者のプロセス能力を満たしていることを確認してください（例：穴径 ≥ 0.3mm、はんだリング ≥ 0.15mm）。.
サンプル試験	最初のPCB設計については、ビアの信頼性試験を行う必要があります。.
連続性テスト	マルチメーターで測定した場合、ビアの両端の抵抗値は0.1Ω未満である必要があります。.
熱衝撃試験	-40℃から125℃までの温度サイクルを100回繰り返した後、ビアの抵抗変化率は10%以下である；;
引張試験	電源用端子に5Nの引張力を10秒間加えたところ、剥離や破損は見られなかった。.
メーカーと連絡を取る	設計を提出する前に、PCBメーカーにビアのパラメータ表（穴径、はんだリング、個数）を提示し、製造上の実現可能性を確認してください（特に、レーザー穴あけや厚板用ビアなどの特別な要件がある場合は）。.

なぜ、カスタム多層PCBの製造パートナーとしてゲユアン・エレクトロニクスを選ぶべきなのでしょうか？

Geyuan Electronicsは、エレクトロニクス業界向けのAI駆動型ワンストップ・インテリジェントインフラプラットフォームです。産業用ソフトウェアとエンジニアのエコシステムを統合することで、, OEM（オリジナル・エクイップメント・メーカー） サプライチェーン・エコシステムや柔軟な製造エコシステムを基盤に、当社はエレクトロニクス・サプライチェーン分野においてクローズドループ型のエコシステムを構築し、ハードウェアのイノベーションをよりシンプルにすることに尽力しています。創業以来、優れたIoTソリューション設計能力を備えた「Geyuan Solution」をはじめ、 AIエージェントや電子設計自動化ツール、製造性設計解析ツール、ワンストップ電子部品調達サービス、高信頼性多層PCBの研究開発・製造向けインテリジェントプラットフォーム、そしてワンストップSMT実装および PCBA アウトソーシングサービスプラットフォーム。当社は、設計、生産、調達、配送を結びつけるワンストップのインテリジェントソリューションをお客様に提供し、エレクトロニクス業界における従来の断片的で情報非対称なモデルを一新するとともに、設計から量産に至るまでの全プロセスの効率を向上させ、ユーザーの創造的なアイデアに価値を生み出します。.

要約する

ビアの設計は、PCBの信頼性を支える「目に見えない柱」です。そのパラメータの選定は、「プロセスに基づいた、性能重視」という原則に従わなければなりません。 標準的なシナリオでは、ビア径0.4mm＋パッド幅0.7mmという定番の組み合わせが採用されます。高周波シナリオではビア数を減らし、はんだリングを最適化します。大電流シナリオでは、ビア径とはんだリングの幅を拡大します。 設計において忘れてはならない重要な点は、ビアは「小さければ小さいほど良い」でも「多ければ多いほど良い」でもないということです。むしろ、DFMチェックやプロセス検証を通じて製造リスクを最小限に抑えつつ、接続要件を満たす必要があります。 適切に設計されたビアシステムは、量産時の「ビアバースト」や「はんだコールド」などの問題を効果的に回避し、長期にわたる安定した回路動作を保証します。カスタムの多層PCBプロジェクトをお持ちで、設計や量産のためのパートナーサプライヤーをお探しの方は、ぜひ弊社までお問い合わせください。.