ブラインドビア、バリードビア、マイクロビアの定義

ビアの役割

ビアは、プリント基板の垂直方向、つまり層間の接続に使用されます。

基板製造の初期には、すべてのビアが基板の一方の面から反対側の面まで貫通していました。これらのthru-hole viasは、各層の製造と配線のエッチングを終えた後に穴あけされます。穴の内壁に無電解めっき処理で導電性のビアバレルを形成することで、層間接続が完成します。

PCB製造技術の発展により多層基板が登場し、それに伴って、さまざまな層の組み合わせの間にビアを形成できるようになりました。製造工程の特定の段階でビアの穴あけを行うことで、隣接する2つの信号層のみを接続するビアを作成できるようになりました。これらは、blind vias（表面層からその内側の次の層まで）およびburied vias（2つの内層間）と呼ばれます。

ビアで接続できる層は、基板の製造技術によって異なります。従来の多層基板の製造方法では、まず薄い両面基板を複数作成し、それらを重ねて熱と圧力を加えることで、多層基板を形成します。

下の画像は6層基板を示しており、画像の左側に各層の名前が表示されています。この基板は、斜線で示されたコア層に対応する3枚の両面基板（Top-Plane1、Mid1-Mid2、Plane2-Bottom）として最初に製造されます。 

これらの両面基板には、必要に応じてビア用の穴をあけることができます。表面層から内層までを接続する場合はblind vias（ビア番号1）、内層から別の内層までを接続する場合はburied vias（ビア番号2）と呼ばれるビアになります。各層を圧着して1枚の多層基板にした後、スルーホールビアの穴をあけます（ビア番号3）。

作成できる3種類のビア：ブラインド（1）、ベリード（2）、スルーホール。

多層基板の製造技術には、ビルドアップ技術と呼ばれる別の方法もあります。この方法では、多くの場合、両面基板または従来の多層基板を土台として、層を順番に追加していきます。この技術を使用すると、ビルドアップ工程で各層を追加するたびにレーザーでビアの穴あけを行えるため、接続可能な層の組み合わせが大幅に増えます。各ビアが接続する層の組み合わせは、ビアのStart LayerおよびEnd Layerの設定で定義します。

ブラインドビアやベリードビアを使用する前に、メーカーがどこまで対応しているかを確認することが重要です。ほとんどのメーカーは、ブラインドビアとベリードビアに対応しています。 ビアで接続できる層は、基板の製造技術によって異なります。 この技術では、薄い両面基板を複数作成して重ね合わせることで、多層基板を製造します。これにより、ブラインドビアやベリードビアで、これらの基板の表面間を接続できます。

製造技術の向上とレーザー穴あけの導入により、表面層からその直下の信号層までを接続する非常に小さな（<10 mil）ビアを作成できるようになりました。これらはµViaと呼ばれます。製造工程で層を積み上げる際にµViaを形成すること（逐次積層、または逐次ビルドアップと呼ばれます）で、µViaを積み重ね、層間でシームレスな信号接続を実現できるようになりました。

Altium Designerは、これらすべてのビアタイプに対応しています。

製造可能なさまざまなビアタイプは、レイヤースタックマネージャーの［ビアタイプ］タブで定義できます。

ビアタイプの定義

1. 新しいビアタイプを定義するには、レイヤースタックマネージャーのVia Typesタブに切り替えます。 ここでは、設計に必要な各ビアタイプについて、Z方向でどの層を接続するかを定義します。Via Typesタブを開くと、スルーホールのビアタイプが1つ含まれています。 2層基板の場合、デフォルトのビアはThru 1:2という名前になります。この名前は、ビアタイプと、ビアが接続する開始層および終了層を表しています。デフォルトのスルーホールの接続範囲は削除できません。
2. 現在選択されているビアタイプのプロパティは、Propertiesパネルのレイヤースタックマネージャーモードで編集します。パネルが表示されていない場合は、アプリケーションの右下にある ボタンをクリックして表示します。 
3. ボタンをクリックしてビアタイプを追加し、Propertiesパネルでこのビアタイプが接続する層を選択します。 新しい定義には<Type> <FirstLayer>:<LastLayer>（例：Thru 1:2）という名前が付けられます。ソフトウェアは、選択された層に基づいてタイプ（スルー、ブラインド、ベリードなど）を自動的に判別し、それに応じてビアタイプに名前を付けます。
4. First LayerおよびLast Layerの設定を行い、このビアタイプの接続範囲を定義します。
5. µViaが必要な場合は、µViaチェックボックスをオンにします。このオプションは、ビアが隣接層、または隣接層のさらに1層先までを接続する場合（スキップビアと呼ばれます）にのみ使用できます。
6. PropertiesパネルのBoard領域でStack Symmetryオプションが有効になっている場合、Mirrorオプションが使用可能になります。Mirrorを有効にすると、現在のビアに対して対称となるビアが、レイヤースタック内の対称位置にある層を接続するように自動作成されます。必要に応じて有効にしてください。 
7. スタックアップを保存して、変更をPCBエディターで使用できるようにします。

プロパティパネル

 Via TypesがLayer Stackドキュメントの タブがアクティブな場合、 Properties パネルで、設計に使用するビアのZ方向の許容レイヤースパン要件を定義できます。

Via Types tabは、設計に使用するビアのZ方向の許容レイヤースパン要件を定義するために使用します。

• Via Type
  • Name – ビアの名前。ソフトウェアは選択されたレイヤーに基づいてビアの種類を自動的に検出し、それに応じてビアに名前を付けます。
  • First layer – ビアが接続する最初のレイヤー。
  • Last layer – ビアが接続する最後のレイヤー。
  • µVia – マイクロビアが必要な場合に有効にします。
  • Mirror – 有効にすると、レイヤースタック内の対称位置にあるレイヤーを接続する、現在のビアのミラーが作成されます。このオプションは、Stack Symmetryオプションが有効な場合にのみ使用できます。
• Board
  • Stack Symmetry – 中央の誘電体層を中心に、対応するペアでレイヤーを追加する場合に有効にします。有効にすると、中央の誘電体層を基準としたレイヤースタックの対称性が直ちにチェックされます。基準となる中央の誘電体層から等距離にあるレイヤーのペアが同一でない場合、スタックが対称ではありませんダイアログが開きます。

• Library Compliance – 有効にすると、Material Libraryから選択された各レイヤーについて、現在のレイヤープロパティがライブラリ内の材料定義の値と照合されます。
• Substack – 現在選択されているサブスタックの情報（レイヤー、誘電体、厚さなど）です。別のサブスタックに切り替えると、現在選択されているサブスタックに応じて情報が更新されます。

• Stack Name – わかりやすいサブスタック名を入力します。このフィールドは、X/Yスタックアップ領域にレイヤーサブスタックを割り当てる際に役立ちます。
• Is Flex – サブスタックがフレックスの場合に有効にします。
• Layers – サブスタック内のレイヤーの総数。
• Dielectrics – サブスタック内の誘電体層の総数。
• Conductive Thickness – サブスタック内の導電層の厚さ。銅の信号層は導電層と呼ばれます。
• Dielectric Thickness – サブスタック内の誘電体層の厚さ。
• Total Thickness – サブスタックの総厚。

µVia（マイクロビア）

µViaは、高密度相互接続（HDI）設計において、先進的な部品パッケージや基板設計の高い入出力（I/O）密度に対応するため、レイヤー間の接続に使用されます。HDI基板の製造には、シーケンシャルビルドアップ（SBU）技術が使用されます。HDI層は通常、従来の方法で製造された両面コア基板または多層PCBの上に積み上げられます。従来型PCBの両面に各HDI層を積み上げる際、レーザー穴あけ、ビア形成、ビアの金属化、ビア充填によってµViaを形成できます。穴はレーザーで加工されるため、円錐形になります。

複数のレイヤーを通る接続が必要な場合、従来は一連のµViaを階段状にずらして配置していました。現在では、技術とプロセスの進歩により、µViaを互いに真上に積み重ねることができます。

埋め込みµViaは充填が必要ですが、外層のブラインドµViaは充填を必要としません。積み重ねたµViaは通常、複数のHDI層間の電気的接続を確保し、µViaの外側の層を構造的に支えるために、電解めっき銅で充填されます。

µViaの定義

µViaのサポート

• ソフトウェアは、次の2種類のµViaをサポートしています。

  • あるレイヤーから隣接するレイヤーへ接続するµVia。
  • Skip µVia。この種類のµViaは隣接するレイヤーを飛ばし、その次の銅層に接続します。

• 以下の画像に示すように、ビアの種類は定義されたレイヤースパンに基づいて自動的に検出されます。

• First layerとLast layerを選択する順序によって、µViaの穴あけ方向が決まります。これは画像内の円錐形µViaの向きで示されています。

• インタラクティブ配線中に複数のレイヤーを通る場合、使用可能なビアの種類を使用してµViaが自動的に積み重ねられます。 詳しくは、配線中のビアの種類の変更をご覧ください。

µViaの出力に関する注意事項

PCBのドリルテーブルとドリル関連の出力ファイルは、µViaに対応しています。

ドリルテーブル

PCBのドリルテーブルには、µViaのドリルペアが含まれます。

ドリルテーブルでは、各穴をサイズで識別します。同じサイズが複数のドリルペアレイヤーで使用されている場合は、混在として表示されます。

穴あけ製造ファイル

NC Drill - µViaのドリルペアごとに個別のファイルが作成されます。

Gerber X2 - µViaの各プロットに固有の設定項目。

ODB++ - µViaのドリルペアごとに個別の穴あけ製造ファイルが作成されます。

スルーホールビアのバックドリル

Main page: 深さ制御穴あけ、またはバックドリル

バックドリルは、深さ制御穴あけ（CDD）とも呼ばれ、プリント基板のスルーホール内にある銅バレルの未使用部分、つまりスタブを除去する技術です。高速信号が銅バレルを通ってPCBのレイヤー間を伝わると、信号に歪みが生じる場合があります。使用する信号層の組み合わせによってスタブが残り、そのスタブが長い場合、この歪みは大きくなる可能性があります。

これらのスタブは、製造完了後に少し大きめのドリルで穴を再加工することで除去できます。ビアが使用する最後のレイヤーに近接しつつも接触しないよう、深さを制御してバックドリルを行います。製造や材料のばらつきを考慮しても、優れた製造業者であれば、残るスタブを7 milに抑えるバックドリルが可能です。理想的には、残るスタブは10 mil未満にします。

  
大きめのドリルビットで指定の深さまで穴を再加工することで、ビアバレルの未使用部分が除去され、この信号経路の信号品質が向上します。

バックドリルはLayer Stack Manager's Toolsメニューで有効にし、その後Layer Stack ManagerのBack Drillsタブで設定します。