多層PCBにおける埋め込みビア技術：小型化と信号完全性の推進

In the race to pack more functionality into smaller electronics—from 5G smartphones to medical implants—multilayer PCBs rely on innovative via technologies to maximize density without sacrificing performanceこれらのうち,技術による埋葬は重要な要素として挙げられます エンジニアが外側の表面に貴重な空間を消費せずに内層を接続できるようにします板全体に穴を突き刺すバイアスを排除することで埋もれたバイアスは,より高いコンポーネント密度,より短い信号経路,よりよい熱管理を鍵として現代高周波高信頼性のデバイスに利用できます.このガイドは,技術による埋葬の仕組みについて説明します.先進的なPCBにおける利点,製造の課題,そして一貫した品質を確保するためのソリューション.

埋もれた 経路 は 何 です か
埋め込みバイアスは,多層PCBの内層のみを接続する導電経路であり,ボードのコア内に完全に隠れている (外層には露出がない).透孔バイアス (すべての層を横切る) や盲目バイアス (外層と内層を接続する) と異なり埋もれたバイアスは,ラミネーション中に完全にカプセル化され,最終的なPCBに目に見えない.

主要な特徴:
1位置: 完全に内層内にあり,外部の銅表面と接触しない.
2サイズ: 通常は直径0.1~0.3mm (透孔バイアスより小さい) で,高密度のレイアウトが可能である.
3構造: 層化前には個々の内層に穴を開け,その後銅で覆い,構造の整合性を確保するためにエポキシまたは導電性ペストで満たされます.

埋められたバイアスが 多層PCB設計を 変える方法
現代のPCB設計における 2つの重要な痛みを解決します.空間制限と信号劣化です.

1板の密度を最大化する
内部層にバイアスを閉じ込めて,埋葬バイアスは活性成分 (BGA,QFPなど) とマイクロバイアスの外層を解放する.孔通路のみを使用する設計と比較して部品密度を30~50%増加させる.

例:埋め込みバイアスを使用した12層5GPCBは,穴抜き設計と同じフットプリントに20%以上のコンポーネントを搭載し,より小さなベースステーションモジュールを可能にします.

2信号の整合性を向上させる
透孔設計における長い曲線状の信号経路は,信号損失,交差音声,および高周波信号 (28GHz+) に対して欠かせない遅延問題を引き起こします.埋められたバイアスは,内部層を直接接続することによって信号経路を短縮します減少する:

a.伝播遅延:信号は内層間を20~30%速く移動する.
(b) 横断音声:高速道路を内層に閉じ込めて (地面平面によって隔離され) 干渉を40%減らす.
c.インペダンス不一致: 短い経路ストップは高速インターフェース (例えば,PCIe 6.0USB4で

3熱管理の改善
埋葬バイアスは,導電性エポキシスまたは銅で満たされたとき,熱を熱い内層 (例えば,電力管理IC) から外層または散熱器に散布する"熱バイアス"として機能する.密集したPCBのホットスポットは15~25°C減少します部品の寿命を延ばす

応用: 埋もれた 線路 が 輝く 場所
テクノロジーによって埋もれることは,小型化,速度,信頼性を要求する業界では不可欠です.
15Gと電信
5Gベースステーションとルーターは,最小限の損失で28~60GHz mmWave信号を処理するPCBを必要とします.埋葬経路:

a.高周波経路では,狭い痕跡間隔 (2−3ミリ) を有する10層以上の層設計を有効にする.
(b) コンパクトなキャビネットでRFコンポーネント (例えば,パワーアンプ,フィルター) の密集した配列をサポートする.
c. 5Gの覆蓋範囲を拡大するために重要なビーム形成回路の信号損失を減らす.

2消費者電子機器
スマートフォン,ウェアラブル,タブレットは,より多くの機能 (カメラ,5Gモデム,バッテリー) をスライムなデザインに詰め込むために,埋められたバイアスに依存しています:

a. 典型的なスマートフォンPCBは8~12層で何百もの埋め込みバイアスを使用し,厚さを0.3~0.5mm削減します.
(b) ウェアラブル (例えばスマートウォッチ) は,デバイスのサイズを増やすことなく,センサー配列を接続するために埋め込みバイアスを使用する.

3医療機器
ミニチュア化された医療機器 (例えば,内視鏡,ペースメーカー) は,小さく,信頼性があり,生物互換性のある PCB を要求します.

a.埋め込みバイアスは,内視鏡に16層以上のPCBを搭載し,画像センサーとデータトランスミッタを直径10mmのシャフトに固定します.
パースメーカーでは,埋められたバイアスが敏感なセンサー回路から高電圧電源の痕跡を隔離することで,EMIを減らす.

4自動車電子機器
ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) とEVの電源管理システムには堅牢でコンパクトなPCBが必要です

a. 埋め込みバイアスは,ADASレーダーモジュールに12~20層を接続し,機体の下の狭いスペースで77GHz操作をサポートする.
(b) EV バッテリー管理システム (BMS) では,埋め込みバイアスが熱伝導性を向上させ,高電流経路で過熱を防ぐ.

埋め られ た バイアスの 製造 の 課題
埋め込みバイアスは大きな利点をもたらすが,従来のバイアスよりも複雑な製造であり,精密性と高度なプロセスが必要です.
1レイヤアライナメント
埋められたバイアスは,開口またはショートカットを避けるために,隣接する内層のターゲットパッドと ±5μm以内に一致する必要があります. 10+層ボードのわずかな誤差 (10μm+) もバイアスを役に立たないものにする可能性があります.

解決策: 製造者は,ラミネーション中に自動光学アライナメント (AOI) システムを使用し,精度を確保するために各層に参照フィデュシアルを使用します.

2掘削精度
埋め込みバイアスは小直径 (0.1~0.3mm) と高面比 (深さ/直径=3:1以上) を必要とし,道具の磨きや漂流により機械式掘削は不可能な.

解決策:レーザードリリング (UVまたはCO2レーザー) は,位置精度 ±2μm と,高周波PCBの小さなバイアスにとって重要なクリーンな,ブールのない穴を達成する.

3塗装の均一性
埋め込みバイアスの内側の銅塗装は,導電性と構造強度を確保するために均一である必要があります.薄い塗装は開口を引き起こす可能性があります.厚い塗装はバイアスを遮断します.

解決策:電解性銅塗装の後に電解性銅塗装を行い,X線熒光 (XRF) によるリアルタイム厚度モニタリングを行う.

4費用と複雑さ
生産経由で埋葬されたものは,穴の設計と比較して製造時間とコストを20%~30%増加させるステップ (プレラミネーションの掘削,詰め込み,塗装) を追加します.

解決策:ハイブリッド設計 (内層の埋葬バイアスと外層の盲目バイアスを組み合わせ) は,中程度のアプリケーションの密度とコストをバランスします.

実施による埋葬のためのベストプラクティス
埋められた vias を効果的に利用するには,以下の設計と製造ガイドラインに従ってください.
1製造可能な設計 (DFM)
a.Via Size vs. Layer Count: 10層以上のPCBでは,密度と製造性をバランスするために0.15~0.2mmの埋め込みバイアスを使用します. 6~8層のボードではより大きなバイアス (0.2~0.3mm) が最適です.
b. 隔離: 信号の交差音とプラチングの問題を避けるために,埋もれたバイアスの間の直径を2×3×保持する.
c.スタックアップ計画: シグナル層に隣接する電源/地平面を埋葬経路で配置し,シールドと熱伝達を強化する.

2材料の選択
a.基質:高周波設計では高Tg FR-4 (Tg ≥170°C) または低損失ラミナート (例えば,ロジャース RO4830) を使用し,ラミネーション中の歪みに抵抗する.
填料:エポキシで満たされた埋葬バイアスはほとんどのアプリケーションで動作します.電源PCBの熱管理のために導電性ペストの填料がよりよいです.

3品質管理
a. 検査: プレート,アライナメント,詰め込み (空白がない) を確認するためにX線検査を使用します. プレートの一致性に関するマイクロセクション (横断解析) 検査.
b.試験: フライング探査機を使用して,開口またはショートパンツを捕獲するために,埋もれたバイアスの100%で連続性試験を行う.

ケーススタディ: 16層5GPCBに埋め込まれたバイアス
5G mmWave モジュールに 16 層の PCB を必要とする

a.28GHz信号経路で,1インチあたり<1dBの損失がある.
b.コンポーネント密度:平方インチあたり200以上のコンポーネント (ピッチ0.4mmのBGAを含む).
c.厚さ: <2.0mm

解決策:

a. 内部信号層 (層3−14) を接続するために0.2mmの埋め込みバイアスを使用し,信号経路長を40%短縮する.
b.BGAを接続するために,外層の0.15mmのブラインドバイアス (1°2,15°16) を組み合わせた.
c.電解のない銅塗装 (30μm厚さ) とエポキシ詰め付きのレーザードリールバイアス.

結果:

a. 28GHzで信号損失を0.8dB/インチに削減する.
b.板の厚さは1.8mmで目標より10%低くなっている.
c.第1回通過の出力は 65% (穴を通るバイアスを使用) から 92% に増加した.

埋葬 者 たち の 将来
PCB層数が増加する (20層以上) と部品ピッチが縮小する (<0.3mm) のように,技術による埋葬は新しい要求に応えるために進化します:

a.小径のバイアス:0.05~0.1mm直径のバイアス,高度なレーザードリリングによって可能.
b.3D統合: 3Dパッケージングのための埋葬バイアスと積み重なったマイクロバイアスを組み合わせ,IoTデバイスのフォームファクタを50%削減する.
c.AI駆動設計: マシン学習ツールにより配置を最適化し,横断音声と製造エラーを減らす.

よくある質問
Q: 埋められた管と盲目の管の違いは?
A: 埋められたバイアスは内層のみを接続し,完全に隠されていますが,盲目のバイアスは外層と内層を接続し,ボードの表面に部分的に見えます.

Q: 埋め込みバイアスは高性能PCBに適していますか?
A: はい,導電性パスタで満たされた場合,埋葬バイアスは熱伝導性を向上させ,中程度の電流 (最大5Aまで) を運ぶことができます.高電力 (10A+) の場合は,より大きな埋葬バイアスを使用してください (0.3mm+) 厚い銅塗装付き.

Q: 埋められたバイアスのコストプレミアムは何ですか?
A: 埋め込みバイアスは,追加の処理ステップのために PCB 費用に 20~30% を追加しますが,これはしばしば板のサイズが減少し性能が向上することで抵消されます.

Q: 埋め込みバイアスはFlex PCBで使用できますか?
答: はい.しかし,注意 を 取ら なけれ ば なり ませ ん.柔らかい PCB の 中 に 埋め られ て いる バイアス (ポリミド 基板 を 用いる) は,折りたたみ の 時 に 裂け ない よう,薄く 柔らかい エポキシ 詰め物 が 必要 です.

結論
5Gや医療機器や自動車用電子機器に必要な小型化と性能を可能にする モダンな多層PCB設計の礎石です製造業における課題は存在しているものの精密度,コストは,高度なプロセス (レーザー掘削,自動検査) と慎重な設計によって管理できます.

エンジニアにとって鍵は 密度と製造能力をバランス取ること 埋もれたバイアスを活用して 信号経路と空きスペースを短縮し 生産を過度に複雑化することではありません適切なパートナーとプロセスによって埋め込みバイアスはPCB設計を制限要因から競争優位に変える.

埋め込みバイアスは 単なる製造技術ではなく 革新の触媒であり エンジニアがより小さく より速くより信頼性の高い電子機器が 接続性が高まる世界です.