スルーホールとは？PCBの種類、用途、設計ガイド

A スルーホール は、プリント基板（PCB）の片面から反対面まで完全に貫通する穴です。導電性の銅でめっきして電気的接続を作ることも、機械的用途のためにめっきを施さないこともできます。スルーホールは、部品リード、コネクタ、ビア、取り付け金具、位置決めピン、スロットなどによく使用されます。

この用語は、物理的な穴、めっきされた電気的な構造、またはスルーホール技術（THT）と呼ばれる部品実装方法を指すことがあり、混同されやすいものです。それぞれの違いを理解すると、設計者は正確なフットプリントを作成し、製造上の誤りを防ぎ、適切な実装方法を選べます。

PCB設計におけるスルーホールとは？

では PCB設計、スルーホールとは、基板の厚み全体を貫通する、ドリル加工またはルーター加工による開口部です。その構造と用途によって、信号を伝えるのか、部品ピンを挿入するのか、金具を支えるのか、単にクリアランスを確保するのかが決まります。

一般的なめっきスルーホールの構造には、次のものが含まれます。

• PCBの基材を貫通する仕上がり穴
• 穴の壁面に施された銅めっき。これは バレル
• 選択した層で穴の周囲に設けられる銅パッド（ランド）
• HDI PCBとは アニュラリング。穴の縁とパッドの縁の間に見える銅の幅です
• 穴を銅プレーンに接続せずに貫通させる必要がある箇所のクリアランス。多くの場合、アンチパッドと呼ばれます
• はんだ付けが必要な場合に、基板表面の片面または両面に設けるソルダーマスク開口部

電気的な穴と機械的な穴の違いは基本的な事項です。現在の KiCad PCBエディターのドキュメントでは 、スルーホールパッドは電気的に接続され、めっきされている一方、NPTHの機械用パッドには電気的接続がないと説明されています。

めっきスルーホールと非めっきスルーホールの違い

PCBのスルーホールには、主にPTHとNPTHの2種類があります。

特徴	めっきスルーホール（PTH）	非めっきスルーホール（NPTH）
穴壁面の仕上げ	導電性銅めっき	導電性めっきなし
電気的機能	部品リードまたは複数の銅層を接続できる	通常はなし
一般的な用途	部品リード、コネクタ、圧入ピン、スルービア	ねじ、治具ピン、位置決め用形状、機械的クリアランス
銅パッド	通常、必要な層に存在する	通常は存在せず、絶縁が必要な場合は銅箔禁止領域を設ける
製造データ	めっきありとして識別される	めっきなしとして識別される
主なリスク	バレルの欠陥、環状リング幅の不足、はんだ充填不良	意図しない銅箔の露出、または誤った製造区分

めっきスルーホールとは？

A めっきスルーホール は、内壁に銅が析出・めっきされています。この銅製のバレルにより、外層や内層、またはその両方にあるパッドや配線を接続できます。スルーホール部品に使用する場合は、リードを穴に挿入し、はんだでバレルとパッドに接合します。一部のPTHは、はんだを使わない圧入接点向けに設計されています。

PTHは、穴に電気的導通を持たせる必要がある場合や、電気的・機械的接合の一部として使用する場合に用いられます。一般的な例として、ピンヘッダー、端子台、変圧器、リレー、スイッチ、大型の電解コンデンサ、パワー半導体などがあります。

非めっきスルーホールとは？

A 非めっきスルーホール は、内壁に導電性材料を施さずに基板を貫通する穴です。設計者は、取り付けねじ、樹脂製ポスト、ガイドピン、製造用治具など、機械的な用途にNPTHを使用します。

すべての取り付け穴を非めっきにすべきだと決めつけないでください。シャーシ接地用の取り付けポイントには、意図的にめっきと銅パッドを設ける場合があります。一方、電気的に絶縁する必要があるねじ穴には、通常、適切な銅箔および部品とのクリアランスを確保したNPTHが必要です。適切な選択は、電気的、安全性、機械的な要件によって異なります。

スルーホール部品とスルーホール技術

スルーホール技術（THT）は、部品のリードをPCBの穴に通す実装方法です。その後、はんだ付け、圧入、またはその他の方法でリードを終端し、必要な接続を形成します。

一般的なスルーホール部品の種類

スルーホール部品のリード配列は、通常、次のいずれかです。

• アキシャルリード： 部品の両端からそれぞれ1本のリードが出ています。抵抗器や一部のダイオードが代表例です。
• ラジアルリード： 部品本体の同じ側から複数のリードが出ています。多くのコンデンサ、LED、インダクタなどが該当します。
• 多ピンパッケージ： DIP、ピンヘッダー、ソケット、リレー、一部のコネクタでは、リードが規則的な列または配列になっています。
• パワーパッケージ： 一部のTO型トランジスタやレギュレータなどのデバイスは、スルーホールリードとヒートシンクまたは機械式固定具を組み合わせて使用します。

スルーホール部品の実装方法

簡略化したTHT実装工程は次のとおりです。

1. 部品の仕様および工程で必要とされる場合は、リードを成形します。
2. リードを指定されためっき穴に挿入します。
3. 部品を指定の高さと向きに保持します。
4. 手はんだ、フローはんだ、セレクティブはんだ、または承認済みのピン・イン・ペースト工程で接合部をはんだ付けします。
5. 実装工程で必要な場合は、リードを切断します。
6. ぬれ、はんだ充填、ブリッジ、損傷、その他の合否判定基準について接合部を検査します。

具体的な工程は、部品の構造、生産量、熱容量、信頼性クラス、および基板でSMTとTHTの混載実装を行うかどうかによって異なります。

スルーホールはビアと同じですか？

厳密には異なります。 スルービア はめっき穴の一種ですが、通常はPCBの層間で電気的接続を配線するために設けられます。部品用スルーホールは、部品リード、コネクタピン、または端子を受け入れるように設計されています。

特徴	部品用スルーホール	スルービア
主な目的	リードまたはピンの取り付け・終端	層間を銅で接続する
部品が挿入される	通常	いいえ
一般的な相対サイズ	大きいことが多い	小さいことが多い
はんだ付けとの関係	一般に部品の接合部を形成する	テント処理、開放、栓埋め、または充填が可能
フットプリントとの関係	部品フットプリントの一部	通常は配線の一部

どちらのフィーチャーも、すべてのPCB層を貫通し、めっきされたバレルを使用できます。設計ルール、ドキュメント、および製造上の目的は異なるため、相互に置き換え可能なものとして扱うべきではありません。

スルービアは、基板全体を貫通せずに外層と1つ以上の内層を接続するブラインドビアや、内層同士のみを接続する埋め込みビアとも異なります。

めっきスルーホールはどのように製造されるか

PCBの正確な製造工程は異なりますが、基本的な手順は簡潔です。

1. 基板を積層する： 銅箔、コア材、プリプレグを必要な積層構成に接合します。
2. 穴を開ける： CNCドリルで丸穴を開けます。スロットや大きな形状にはルーティング加工を用いることがあります。
3. 穴の内壁を洗浄・処理する： 銅が確実に接着するよう、切りくずや樹脂の汚れを取り除きます。
4. 穴に導電性を持たせる： 非導電性の穴壁に薄い導電層を形成します。
5. 銅バレルを形成する： 電気めっきで銅の厚さを増し、必要な層のパッドを接続します。
6. 外層の加工を完了する： 製造業者は、自社の工程に従って外層回路の露光、めっき、エッチングを行います。
7. ソルダーマスクと表面仕上げを施す： 露出したパッドに指定の表面仕上げを施し、基板を検査して電気試験を行います。

この工程から、 完成穴径 が必ずしもドリル工具の直径と同じではないことがわかります。めっきによってPTHの開口径は小さくなるため、図面に示された完成穴径を得られるよう、製造業者は通常、それより大きな製造用ドリルを選びます。

スルーホール技術と表面実装技術の比較

SMTでは部品の端子をPCB表面のパッドに実装し、THTではリードを基板に挿入します。どちらか一方が必ず優れているわけではなく、多くの製品で両方が使用されています。

設計要素	スルーホール技術	表面実装技術
機械的な荷重経路	リードが基板を貫通する	端子を表面に接合する
部品密度	多くのレイアウトで低い	多くのレイアウトで高い
配線スペース	穴が複数の層に影響する	通常、影響する層が少ない
自動実装	可能だが、別工程が必要な場合がある	高速マウンターによる実装とリフローに適している
Prototyping and hand work	Often convenient for larger parts	Efficient with suitable tools and experience
代表的な用途	Connectors, transformers, large or stressed parts, selected power devices	ICs, small passives, dense digital and RF assemblies

Advantages of Through-Hole Technology

• Leads passing through the PCB can provide a useful mechanical load path.
• Larger component bodies and pitches can simplify manual prototyping and repair.
• THT supports many high-power, high-voltage, electromechanical, and legacy component packages.
• It remains practical for connectors and controls exposed to insertion, withdrawal, or handling forces.
• Press-fit through-hole connectors can provide solderless termination where the design and process support it.

Limitations of Through-Hole Technology

• Drilling and plating add fabrication steps and cost.
• Holes consume routing area on multiple layers.
• THT usually supports lower component density than SMT.
• Mixed-technology boards may need wave or selective soldering in addition to reflow.
• Long leads and barrels can add parasitic inductance and capacitance, which matter in high-speed or high-frequency circuits.
• Rework can damage pads or barrels if heat and mechanical force are not controlled.

How to Design a Through-Hole PCB Footprint

A reliable footprint begins with the component drawing and the PCB manufacturer’s capabilities. Avoid selecting a hole size from a generic chart without checking tolerances.

1. Start With the Maximum Lead Size

Use the component manufacturer’s maximum lead width or diameter, not only the nominal value. For rectangular or irregular leads, calculate the diagonal or use the supplier’s recommended PCB hole dimensions. Then add enough clearance for insertion, positional tolerance, plating variation, and the assembly process.

A hole that is too small may reject components after plating or force operators to damage the lead. A hole that is too large can reduce solder control and mechanical support. Ask the assembler whether automated insertion, hand placement, or pin-in-paste creates additional constraints.

2. Distinguish Finished Hole Size From Drill Size

State clearly whether a drawing dimension refers to the finished hole or the production tool. For PTH features, specifying the required finished diameter is usually the clearest approach because the PCB manufacturer controls plating compensation and drill selection.

3. Provide an Adequate Annular Ring

The annular ring must remain after drilling, plating, and layer-to-layer registration tolerances are considered. Too little copper can create breakout, weaken the land-to-barrel connection, or violate the applicable acceptance criteria.

IPC-2221 is a widely used design reference covering through-hole attachment, lands, annular rings, plated holes, hole spacing, and aspect ratio. Its public table of contents illustrates why these parameters must be considered together rather than as isolated dimensions. Apply the revision and performance requirements named in your contract, and confirm the fabricator’s capabilities.

4. Check the Hole Aspect Ratio

For a mechanically drilled through hole, aspect ratio is commonly expressed as:

Aspect ratio = PCB thickness ÷ finished hole diameter

A thicker board or smaller hole increases the aspect ratio and makes cleaning and uniform copper plating more difficult. There is no single maximum that applies to every supplier, material, reliability class, and plating process. Use the manufacturer’s published limit and leave margin for production variation.

5. Manage Plane Connections and Thermal Relief

A PTH connected directly to a large copper plane can draw heat away from the solder joint. Thermal-relief spokes may improve solderability, especially during hand or wave soldering. However, a solid connection may be preferred for high current, heat transfer, or mechanical reasons. The final choice should balance electrical performance, thermal behavior, and assembly capability.

6. Define Mechanical Holes and Slots Clearly

Identify every hole or slot as plated or non-plated. For hardware, include the finished size, tolerance, copper keepout, edge clearance, and any grounding requirement. Plated and unplated slots should also be separated in the fabrication notes or data.

7. Generate Unambiguous Manufacturing Data

Provide complete Gerber and NC drill data or an accepted intelligent format such as IPC-2581 or ODB++. Include a fabrication drawing or drill table that identifies PTH and NPTH features, finished sizes, tolerances, and special requirements.

EDA tools often separate plated and non-plated drill outputs. For example, KiCad’s drill-file guidance states that PTH and NPTH features are placed in different Excellon files by default and should be merged only when the manufacturer requests it.

Common Through-Hole PCB Problems

Incorrect Finished Hole Size

Confusing nominal lead size, finished hole size, and drill-tool size can cause poor fit or assembly failures. Check the component tolerance and communicate the required finished dimension.

Insufficient Annular Ring

A small pad, inaccurate drilling, or layer misregistration can leave too little copper around the hole. This may reduce connection reliability and create an acceptance defect.

Barrel Voids or Cracks

壁面の前処理やめっきが不十分だと、ボイドが発生することがあります。熱サイクルやZ軸方向の膨張によって、特に厚い基板やアスペクト比の高い穴では、穴壁に応力がかかる場合があります。用途に応じて、適切な材料、形状、めっき要件、認定試験を選定してください。

はんだ充填不足または濡れ不良

大きな銅プレーン、酸化した表面、不適切なフラックス、加熱不足、またはリードと穴の寸法の不適合により、はんだが正しく充填されず、接合部が濡れないことがあります。管理された工程開発を通じて、サーマルリリーフ、予熱、フラックス、温度プロファイル、保持時間を調整してください。

PTH／NPTHの誤変換

製造データでめっき穴と非めっき穴が明確に区別されていないと、取付穴にめっきが施されたり、部品穴が非めっきになったりすることがあります。ドリルデータを分け、明確なドリル表を用意すれば、このリスクを低減できます。

リワーク中の損傷

過度な熱や力が加わると、ランドの剥離、穴壁の損傷、内部接続の剥離が起こることがあります。温度制御された工具を使用し、熱容量の大きな接合部には十分な予熱を行い、認定済みの取り外し工程を使用してください。

スルーホールを使用すべき場合

設計上、次のいずれかが必要な場合は、スルーホール構造を選択してください。

• SMTパッケージでは入手できない、または適さないリード付き部品
• 繰り返し機械的な力が加わるコネクタ、スイッチ、または端子
• 大きなリードまたは相当な質量を持つトランス、リレー、インダクタ、コンデンサ、または電力デバイス
• 圧入コネクタまたはコンプライアントピン
• 取付、位置決め、治工具、またはクリアランス用の構造
• 簡素で組み立てやすい試作機または教育用アセンブリ

単に強度が高そうに見えるという理由だけでTHTを選ばないでください。コネクタには、保持タブ、ねじ、ステーキング、または筐体による支持が必要な場合もあります。同様に、フットプリント、材料、組立工程、動作環境が適切に設計されていれば、SMT部品も高い信頼性を実現できます。

スルーホールに関するよくある質問

すべてのPCBスルーホールにめっきが施されていますか？

いいえ。めっきスルーホールは電気的な機能を果たし、非めっきスルーホールは一般に機械的な用途に使われます。製造データで必要な種類を明示してください。

PTHとTHTの違いは何ですか？

PTHは、PCB内の めっきスルーホール 穴を指します。THTが表すのは スルーホール技術であり、基板を貫通して部品を実装または接続する方法です。THT部品には一般にPTHパッドが使われますが、これらの用語は同じ意味ではありません。

スルーホール部品は時代遅れですか？

いいえ。小型で大量生産される多くのアセンブリではSMTが主流ですが、コネクタ、電源部品、トランス、制御部品、圧入システム、機械的負荷の大きい用途では、今もTHTが重要です。

スルーホール部品はリフローはんだ付けできますか？

できるものもあります。ピン・イン・ペーストとも呼ばれるイントルーシブ・リフローでは、部品を挿入する前にスルーホールパッドへはんだペーストを塗布し、その後リフローします。部品、基板の表面仕上げ、ペースト量、開口部の設計、熱プロファイルのすべてが、この工程に適合している必要があります。

スルーホールのサイズはどのくらいにすべきですか？

適切な仕上がり寸法は、部品リードの最大寸法、挿入方法、めっき、許容差、はんだ付け工程、基板厚、製造業者の対応能力によって異なります。普遍的なクリアランス値に頼らず、部品図面を確認し、DFMレビューを依頼してください。

めっきスルーホールには大電流を流せますか？

電流を流すことはできますが、許容電流は仕上がり穴径、銅厚、バレルの品質、温度上昇、各層での接続、適用される信頼性要件によって異なります。大電流経路には、PTHの複数配置、穴径の拡大、銅箔の厚膜化、または解析と試験で検証された別の相互接続方法が必要になる場合があります。

まとめ

スルーホールは単なる穴ではありません。めっき、パッド、クリアランス、寸法、製造データによって、信頼性の高い電気的相互接続、部品接合部、または機械的構造として機能するかが決まります。

電気的導通または部品の接続が必要な場合はPTHを使用し、穴を機械的に使用して電気的に絶縁する場合はNPTHを使用してください。製造可能なスルーホール基板にするには、仕上がり寸法を明確に定義し、十分なランド幅を確保し、アスペクト比と熱特性を確認したうえで、重要な値をすべて部品メーカーと基板メーカーの両方に確認してください。