ビアがこのようにPCBに配置されるのはなぜですか？

私はプロのPCBデザイナーがどのようにレイアウトを行い、そのテクニックから学ぶかを見るために、特にグラフィックスカードの複雑な商用PCBをチェックしていました。

以下に示すカードを確認すると、ビアの配置に関して2つのことに気付きました。

（より高い解像度の画像をここに示します）。

1. PCBは、エッジ全体がステッチビアで囲まれています。これらすべての役割は何ですか？シールドとして機能するためにグランドに接続されていると思いますが、それが本当なら、この配置によってどのようにこのシールドを達成するのか技術的に理解できませんか？

2. 取り付け穴の近くを見ると、パッドの周りにビアが追加されていることに気付きました。なぜですか？

接地リング

PCBの周囲、およびPCB内の領域は、GNDに接続されたトレースのリングで囲まれています。そのリングはすべてのPCBレイヤー上に存在し、多数のビアで接続されています。

これが何をするのかを説明するために、接地リングを持っていないときに何が起こるかを説明する必要があります。レイヤー2にグランドプレーンがあるとしましょう。レイヤー1には、グラウンドプレーンの端までの信号トレースがあり、端に沿って数インチ走ります。この信号トレースは技術的には直接グランドプレーン上にありますが、エッジのすぐ近くにあります。この場合、トレースは他のトレースよりも多くのEMIを放射し、トレースインピーダンスも十分に制御されません。トレースを移動するだけで、グランドプレーンの端にならないため、問題は修正されます。より多くの「イン」を移動するほど良くなりますが、ほとんどのPCB設計者は少なくとも0.050インチ移動します。

電源プレーンがある場合、同様の問題があります。電源プレーンは、GNDプレーンの端から戻す必要があります。

トレースをプレーンの端から0.050インチ以内にできないこれらの規則を実施することは、ほとんどのPCBソフトウェアパッケージでは困難です。不可能ではありませんが、ほとんどのPCB設計者は怠け者であり、これらの複雑な規則を設定したくありません。さらに、これは、有用なトレースがまったくないPCBの領域があることを意味します。

これに対する解決策は、グラウンドリングを配置し、それをすべてビアで結び付けることです。これにより、他の信号がPCBのその領域に入るのを自動的に防ぎますが、単にトレースを戻すよりも優れたEMI防止も提供します。電源プレーンの場合、これは電源プレーンをエッジから強制的に戻します（そこにGNDトレースを配置するだけです）。

取付穴

ほとんどの場合、取り付け穴をGNDに接続します。これは、EMIおよびESDの理由によるものです。しかし、ネジはPCBにとって本当に悪いものです。グランドプレーンに接続された通常のめっきスルーホールがあるとしましょう。ネジ自体が穴内部のメッキを破壊する可能性があります。ネジ頭はPCBの表面のパッドを破壊する可能性があります。また、押しつぶす力により、ネジ付近のGNDプレーンが破壊される可能性があります。このような事態が発生する可能性はまれですが、多くのEEでこれを修正するには十分な問題があります。

（メッキやパッドを破壊すると、通常、金属の斑点が緩み、重要なものがショートすることに注意してください。）

修正方法は次のとおりです。取り付け穴の周囲にビアを追加して、パッドをGNDプレーンに接続します。複数のビアを使用すると、冗長性が得られ、全体のインダクタンス/インピーダンスが減少します。ビアはネジ頭の下にないため、押しつぶされる可能性は低くなります。その後、取り付け穴にメッキを施さずに、ゆるんだ金属フレークが何かをショートさせる可能性を減らします。

この手法は絶対確実ではありませんが、単純なメッキされた取り付け穴よりもうまく機能します。すべてのPCB設計者がこれを行うための異なる方法を持っているようですが、その背後にある基本的な考え方はほとんど同じです。

常にできるだけ多くのソリッドグランドプレーンが必要です。内層では、グランドアイランドを分離できるため、すべてのプレーン/アイランドに一緒に接続する必要があります。

ただし、2つの最も重要なことがあります。

1. グランドループを避け、
2. 地上アンテナを持たないでください。

そのため、できるだけ多くのビアを追加し、PCBを「縫う」こともできます。

取り付け穴のVIAは、ボードアセンブリの人件費を削減するためにあります。よく見ると、取り付け穴がメッキされておらず、穴とパッドの内側の間に小さな隙間があることがわかります。

スルーホールコンポーネントをはんだ付けするために、ボードはウェーブソルダーマシンを通過します。取り付け穴にメッキが施されている場合は、たとえばカプトンテープで底面をマスクする必要があります。これにより、はんだが取り付け穴を上るのを防ぎますが、アセンブリの人件費が増加します。

取り付け穴パッドのVIAを使用して、取り付け穴にメッキを施さずに、パッドをグランドプレーンに接続したままにします。底面では、取り付け穴パッドがはんだマスクで覆われています。これにより、ウェーブソルダーマシンを通過する前にマスクする必要がなくなります。PCBをエンクロージャーに取り付けると、ネジ頭が取り付け穴の上部パッドとエンクロージャーと電気的に接触します。