ビア

Created: 8月 22, 2018 | Updated: 8月 22, 2018

トップ層（赤）からボトム層（青）まで貫通して接続し、さらに内部の電源プレーン（緑）1層にも接続するビア。

概要

ビアはプリミティブな設計オブジェクトです。PCBの2つ以上の電気層間に、垂直方向の電気的接続を形成するために使用します。ビアは3次元オブジェクトで、Z平面（垂直）方向に樽形の胴体を持ち、各（水平）銅層上には平坦なリングを備えます。ビアの樽形胴体は、製造時に基板へ穴あけを行い、スルーホールめっき（through-plated）することで形成されます。XおよびY平面では、ビアは丸形パッドと同様に円形です。ビアとパッドの主な違いは、（トップからボトムまで）基板の全層を貫通できるだけでなく、表層から内層へ、または内層同士の間をまたいで接続できる点です。

利用可能性

ビアは、PCBエディタおよびPCBライブラリエディタの両方で配置できます：

PCB Editor - メインメニューから Home | Place | をクリックします。
PCB Library Editor - メインメニューから Home | Place | » Via をクリックします。

配置

コマンドを起動すると、カーソルが十字に変わり、ビア配置モードに入ります：

カーソルを位置決めしてクリックするか、Enter を押してビアを配置します。
さらにビアを配置し続けるか、右クリックまたは Esc を押して配置モードを終了します。

ビアは、すでにネットに接続されているオブジェクト上に配置するとネット名を引き継ぎます。通常、ビアは手動で配置しません。インタラクティブルーティングの一部として自動的に配置されます。

ルーティング中のビア自動配置

ネットをインタラクティブにルーティングしているとき、テンキーの * キーを押すことで利用可能な信号層を順に切り替えられます。あるいは、Ctrl+Shift+Roll Mouse Wheel の組み合わせで信号層を移動します。これを行うと、ソフトウェアは適用される Routing Via Style デザインルールに従ってビアを自動配置します。なお、複数の Via Style デザインルールを定義でき、ネットごとに異なるビアサイズを割り当てられます。

デフォルト設定とデザインルール

空き領域にビアを配置する場合、配置中にルーティングスタイルのデザインルールをソフトウェアが適用することはできません。この状況では、デフォルトのビアが配置されます。

グラフィカル編集

ビアは、位置以外のプロパティをグラフィカルに変更できません。

ビアを移動し、接続されている配線も一緒に移動するには、ビアをクリックして押したまま移動します。移動中も接続されたルーティングはビアに追従して接続されたままになります。
接続されている配線を動かさずにビアだけを移動するには：
- PCBエディタでは、Tools | Arrange | Move » Move Object コマンドを選択し、ビアをクリックして押したまま移動します。
- PCBライブラリエディタでは、Home | Arrange | Move » Move Object コマンドを選択し、ビアをクリックして押したまま移動します。

ルーティングや部品のスペースを確保するために、配線と一緒にビアを移動する場合、配線を移動するよりも再ルーティングの方が効率的なことがあります。ソフトウェアには Loop Removal という機能があります。この機能を有効にすると、元のルーティングの途中から途中までを新しい経路でルーティングし、インタラクティブルーティングモードを右クリックで終了した時点で、古いルーティング（ループ）が削除され、冗長なビアも含めて取り除かれます。

Locked プロパティが有効になっているオブジェクトは、選択やグラフィカル編集ができません。ロックされたオブジェクトを直接ダブルクリックし、Locked プロパティを無効にしてからグラフィカル編集してください。

非グラフィカル編集

以下の非グラフィカル編集方法が利用できます：

インスペクタパネルによる編集

Panel pages: PCB Inspector、PCBLIB Inspector

Inspector パネルを使用すると、アクティブなドキュメント内の1つ以上の設計オブジェクトのプロパティを確認・編集できます。適切なフィルタリングと組み合わせることで、同種の複数オブジェクトに対する変更を、1か所から効率よく行えます。

ビアの取り扱い

ビアはルーティングの重要要素であるため、このセクションではビアを扱う上で有用な情報を提供します。

スルーホール、ブラインド、ベリードビア

デフォルトでは、ビアはトップ層からボトム層までを貫通します。これはスルーホールビア（thru-hole via）と呼ばれます。多層基板では、ビアは他の層間をまたぐこともできます。ビアがまたげる層の組み合わせは、基板の製造に用いられる製造技術に依存します。従来の多層基板の製造方法は、薄い両面基板の集合として作り、それらを熱と圧力でサンドイッチ状に積層して多層基板にするというものです。

下図は6層基板を示しており、画像左側の層名で確認できます。この基板はまず、（Top-Plane1、Mid1-Mid2、Plane2-Bottom）の3枚の両面基板として製作され、斜線で示されたコア層がそれに該当します。

これらの両面基板には必要に応じてビア位置の穴あけが可能で、表層から内層へまたぐビアは blind vias（ビア番号1）と呼ばれ、内層から別の内層へまたぐビアは buried vias（ビア番号2）と呼ばれます。層を1枚の多層基板としてプレスした後、スルーホールビア（ビア番号3）が穴あけされます。

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。

多層基板の別の製造技術として、ビルドアップ（Build-up）工法があります。これは、両面基板または従来型の多層基板の上に、層を1層ずつ追加していく方法です。この工法では、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穴を開けられるため、またげる層ペアの選択肢が大幅に増えます。各ビアで使用する層ペアは、ビアの Start Layer および End Layer 設定で定義します。

ブラインド／ベリード／ビルドアップタイプのビアを使用する場合、ビアがまたぐ各層ペアごとにドリルペアを設定する必要があります。

ブラインドまたはベリードビアを含む多層基板を設計する場合は、最適なレイヤースタックアップと層ペアリングを実現するため、基板製造業者に相談してください。

レイヤードリルペアの設定

ブラインド／ベリード／ビルドアップタイプのビアを使用する場合、ドリルペアを設定する必要があります。ドリルペアの存在によって、ソフトウェアはブラインドおよび／またはベリードビアが使用されていることを認識します。これにより、完成基板から製造出力ファイルを生成する際、ブラインド／ベリードビアを作成するために必要な各種ドリル作業に対応した適切なドリルファイルが用意されます。ドリルペアは、下図に示す Drill-Pair Manager ダイアログで設定します。ダイアログを開くには、まず Layer Stack Manager ダイアログを開き（Home | Board |

をクリック）、次に Drill Pairs ボタンをクリックして Drill-Pair Manager ダイアログを開きます。

銅層の構成は Layer Stack Manager で定義します。
そこから Drill-Pair Manager を開き、必要なドリルペアを定義できます。

ドリルペアを定義すると、ルーティング中に、ドリルペア設定および適用される Routing Via Style デザインルールに従って、適切なブラインド／ベリード／スルーホールビアが自動配置されます。

ソルダーマスク拡張

ソルダーマスクの開口はソフトウェアによって自動作成され、ビアと同じ形状になります。この開口は、マスク拡張（Mask Expansion）設定により、ビア自体より大きく（正の拡張値）または小さく（負の拡張値）できます。拡張量は銅の外周エッジから測定されます。ビア上のソルダーマスク開口は、ビアの銅箔領域よりわずかに大きくすることも、銅箔領域は覆うがドリル穴は覆わないように小さくすることも、完全に閉じることもでき、これは tented と呼ばれます。デフォルトでは、ビアは Solder Mask Expansion ルールの拡張値を使用します。必要に応じて、Via ダイアログで上書きし、ローカル値を直接定義できます。

テント（tenting）という用語は to close off を意味します。テントのオプションが有効な場合、適用される Solder Mask Expansion デザインルールの設定は上書きされ、このビアについては該当するソルダーマスク層に開口が作成されません。このオプションが有効な場合、Expansion value from rules および Specify expansion value オプションは無視されます。

ソルダーマスク層はネガ表示になっています。つまり、マスク層上にオブジェクトが見えている場合、それは実際にはその層の穴（開口部）を表しています。ソルダーマスクはポジ表示にすることもできます。詳しくは以下で説明します。

テストポイント設定

Testpoint Settings を使用して、このビアを Fabrication および／または Assembly のテストポイントとして定義します。テストポイントとは、テストプローブがPCBに接触して基板が正しく機能しているかを確認できる位置のことです。任意のパッドまたはビアをテストポイントとして指定できます。

ビア表示の設定

ビアの作業を支援するための表示機能がいくつか用意されています。

ビアの色

ビアの銅リングは現在の Multi-Layer 色で表示されます。ビアの穴は現在の Via Holes 色で表示されます。2Dで基板を表示しているときに L ショートカットを押すと、View Configuration ダイアログの Board Layers and Colors タブが開きます。ここで Via Holes に割り当てられている色（System Colors 領域）を変更したり、穴の表示を無効にしたりできます。

左はスルーホールビア。右のビアはブラインドビアで、穴は開始層と終了層の色で表示されています。

ビアとソルダーマスク

PCBエディタにおけるレイヤのデフォルト表示は、常に Multi-Layer を最上位レイヤとして表示することです。そのため、特にパッドやビアがネガのマスク拡張を使用している場合、ソルダーマスク層の内容がマルチレイヤのオブジェクトの下に隠れて消えてしまい、ソルダーマスク層の内容を正確に確認しにくくなります。

これを改善するために変更できるオプションが2つあります:

ソルダーマスクをポジ表示にし、不透明度を変更する - ソルダーマスクはポジ表示にでき、View Configurations ダイアログの View Options タブにある Solder Masks オプションを使って半透明にできます（下図参照）。

レイヤの描画順を変更する - Layer Drawing Order ダイアログで、Current Layer が最上位レイヤとして描画されるように設定します。このダイアログは Preferences ダイアログの PCB Editor — Display ページからアクセスします（File » System Preferences を選択して Preferences dialog を開きます）。ワークスペース下部の Top Solder タブをクリックして、それをカレントレイヤにします。

ソルダーマスクをポジ表示かつ半透明に設定し、さらにレイヤ描画順を「カレントレイヤを最上位」に変更すると、Top Solder をカレントレイヤにしたときに、マスク開口が下図のように正確に表示されます。緑の矢印は、左のビアのソルダーマスク開口サイズ、中央のマスク開口が縮小されているパッド、右の開口が拡大されているパッドを示しています。

ソルダーマスク開口を確認できるように表示設定を構成します。

その他のビア表示設定

ビアのネット名を表示するには、View Configurations ダイアログの View Options タブで Show Via Nets オプションを有効にします。

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