HDI PCB ボードのスタック ビアとオフセット ビアについてご存知ですか?

PCBにおいて、マイクロビアはスペース利用率を向上させるだけでなく、PCBの密度と性能を向上させる重要なプロセスの一つとして機能します。高周波・高密度回路基板の製造には欠かせない選択肢となっています。この記事では、PCBにおけるスタックドマイクロビア（スタックドビア）とオフセットマイクロビア（オフセットビア）技術について詳しく解説します。深センSprintPCBの実践経験に基づき、高精度・高性能回路基板におけるこれらの技術の応用と利点をより深く理解していただくために役立つでしょう。

スタックビア

スタックビアとは、同じ場所に複数の穴層を積み重ねることで、PCB 設計において異なる層間の電気的接続を実現するプロセスを指します。

スタックドビアの主な利点

省スペース：スタック型マイクロビア設計により、複数の電気接続を単一領域に集中させることができるため、基板上のビア数を削減し、省スペース化を実現します。これは特に高密度・小型回路基板において重要であり、PCB配線密度を効果的に向上させ、現代の電子製品の厳しいスペース要件を満たすことができます。

多層基板の生産密度の向上：スタックドマイクロビアは、複数のスルーホールを1箇所に集中させることで、同一面積内により多くの信号トレースを配置できるため、多層PCBの生産密度が向上します。多数の接続ポイントを必要とする複雑な回路基板の場合、スタックドマイクロビア設計は効果的なソリューションとなります。

高速信号伝送をサポート：スタック型マイクロビア設計により信号経路長が短縮され、信号伝送速度が向上します。これは特に高周波回路基板において重要であり、信号伝送における遅延や歪みを効果的に低減し、基板の信頼性と性能を確保します。

電気性能の最適化：スタック型マイクロビア設計により、複数層にわたる電気接続がよりコンパクトになり、信号トレース間のクロストークと相互干渉が低減されるため、電気性能が最適化されます。高周波・高速アプリケーションでは、スタック型マイクロビアはインピーダンス制御を向上させ、信号損失を低減します。

製造柔軟性の向上: スタックされたマイクロビアは異なる層間で柔軟に設計でき、さまざまなスタックの組み合わせを通じてさまざまな電気接続を実現できるため、設計者に柔軟性を提供し、さまざまな顧客のニーズをより適切に満たすことができます。

オフセットビア

オフセット ビア (スタッガード マイクロビアまたはステップ マイクロビアとも呼ばれる) とは、隣接する層間のマイクロビアが同じ軸上に垂直に完全に積み重ねられるのではなく、階段状にずらされて「階段状」または「ステップ スタック」構造を形成する多層 PCB を指します。

オフセットビアの主な利点

プロセスリスクの低減：複数の高精度な積層アライメントとめっきを必要とするスタック型マイクロビアと比較して、スタッガード型マイクロビアは層ごとに段階的に接続することで、高層積層に伴う穴ずれやめっき不良のリスクを回避します。これにより、より制御性の高い製造プロセスが可能になります。

歩留まりの向上：スタッガードマイクロビアは製造工程において、個々のビアセグメントが短くなるため、各セグメントのめっきと充填が容易になり、全体的な歩留まりが向上します。これは特に大量生産において重要であり、コストを効果的に抑制し、バッチの一貫性を確保します。

比較的低コスト：高レベルスタック型マイクロビアと比較して、スタッガード型マイクロビアはより成熟した加工技術を備え、設備精度に対する要件が緩いため、シングルボードの製造コストを削減できます。高密度配線を必要とするコスト重視の製品に適しています。

高い適用性：スタッガードマイクロビア設計は柔軟性が高く、回路要件やレイアウトに応じて段差を最適に配置できるため、様々なHDI設計に適しています。特に、スマートフォン、ウェアラブル機器、車載エレクトロニクスなどの薄型・軽量製品に広く使用されています。

比較: スタックビアとオフセットビア

スタック型マイクロビアは、垂直方向の直接接続を実現します。複数のマイクロビアを積層・整列させることで、垂直方向のスペース内にコンパクトな配線チャネルを形成します。このアプローチは、極めてコンパクトなスペースと最短の信号経路を必要とするハイエンド設計に適しています。

オフセットマイクロビアは、段状のオフセットパターンにより深い接続を実現し、接続ポイントを異なるレベルでずらします。配線密度と製造性のバランスに優れ、スタッキングに伴う製造の複雑さを軽減します。

信頼性と製造可能性

スタックビアは、高精度なアライメントと、複数の電気めっきおよび充填工程を必要とします。層間のアライメントや充填が不十分だと、ビア内部のショートや層間のはんだ接合不良につながる可能性があります。そのため、製造プロセスと検査の要件は極めて高くなります。

オフセットビアの各接続段階は比較的シンプルです。部分的な圧入後、次の穴をドリルで加工して接続します。次の穴はオフセット位置に配置します。これにより、層間アライメントの許容範囲が広がり、プロセス安定性と歩留まりが向上します。

コスト比較

スタックビアは、複数の穴あけ、めっき、充填、アライメント工程を必要とするため、処理サイクルが長くなり、製造コストが比較的高くなります。オフセットマイクロホールプロセスは比較的成熟しており、レーザードリル装置への依存度がやや低く、全体的なコストも管理しやすいため、大量生産やコスト重視のプロジェクトに適しています。

適用可能なシナリオ

深センSprintPCBの製造の強み

生産能力の面では、深センSprintPCBは複数の高精度ドリルマシン、LDI露光装置、自動積層生産ラインを導入し、マイクロビアのドリル加工、穴埋め、電気めっき、積層工程における高い安定性と信頼性を確保しています。高周波、高密度、高品質のPCB受注に対応するため、深センSprintPCBは以下の安定した成果を達成しています。

• マイクロビアの直径は最小 0.15 mm、層間の位置合わせ精度は 1 ミル以内。

• 6 層、8 層、12 層以上の設計向けのハイブリッド スタック + オフセット ビア構造の量産。

• 高速信号伝送のための厳格なインピーダンス制御と低損失誘電体スタックアップ。

• 迅速な納期を含む、プロトタイプと小中量生産の両方に柔軟に対応します。

複雑な多層基板が必要な場合でも、厳格な信号整合性を備えた高速設計が必要な場合でも、SprintPCB を選択することは、精密な製造、信頼できる品質、競争力のある配信効率を選択することを意味します。