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製造性考慮設計(DFM)
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製造性考慮設計(DFM)

製造性考慮設計(Design for manufacturing: DFM)とは、設計者が製品の設計を見直し、可能な限り効率的な製造手段を用いて寸法、材料、公差、機能性を最適化するためのプロセスです。

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設計者または製造業者はPCB製造のあらゆる側面を指定するべきか? 設計者または製造業者はPCB製造のあらゆる側面を指定するべきか? 1 min Blog 長年計画していた中国への旅行が、ついに実現しました。フライトも半ばにさしかかった頃、突然、休暇の興奮は不安に変わりました。私は PCB設計者ですが、実装の間に重大な基板の誤りがあったかもしれない、と気付いたのです。そのリフロープロファイルを指定しなかったことを後悔していました。その反面、再度、それを指定することを後悔していたかもしれません。基板の誤りは全て、このフライトに搭乗する数日前に起こり、適切な計画があれば、この不安を避けることができたのです。PCBを設計、製造する際に使用される一般的なテクニックや原則は2つあります。1つは、基板の製造や実装の全ての側面を指定することによって、PCB設計の完全な所有権を得ることです。もう1つは、製造や実装のプロセスの一部を指定することを、契約製造業者に許可することです。どちらのオプションにも、適切な時と場所があります。異なる状況で、どちらの方が適切か考えましょう。 制御方法を選択するのは、いつか? 通常、基板の設計のあらゆる側面を指定する方が、より安全で優れたオプションです。設計パッケージ全体を制御すると、 PCBの製造場所やPCB実装の品質について、企業には最大の自由と柔軟性が与えられます。生産を拡大しつつある場合や、オフショアのコスト削減を目指している場合、基板の製造業者や実装業者の変更は、よくあることです。自身の材料やプロセスを選択する自由を契約製造業者（CM）に与えると、PCBアセンブリ（PCBA）の移転は、より困難になるでしょう。新しい実装業者でできた製品が、最初の実装業者とは異なる可能性が高いからです。これによって、休暇中に不安になることはないかもしれませんが、それに付随する認証の問題では、不安になります。多くの場合、基板が変わると、 その製品に関連した認証は、再度確認する必要があります 。これにはコストがかかり、製品の発売が遅れる場合があります。 そうすると、基板を製造し実装する方法を完全に指定するのが、常に最適な方法であると思われるでしょう。しかし、適切な基板材料の選択、適切なフラックスの決定、リフロープロファイルやはんだペーストマスクの調整、 PCBの面付けなどは、時間がかかり困難な場合があります。これらの要素のために、上で説明した利点が損なわれるシナリオが、いくつかあります。PCBAの完全な所有権を得るべきシナリオと、得るべきでないシナリオについて検討しましょう。 この景色を見に行くときに、PCBの仕様について考えたいと本当に思いますか? UL認証取得のための設計 UL認証 に応募するときは、コストのかかる遅延や予想外の経費を避けるため、 PCBAのあらゆる側面を完全に指定することが重要です。応募した経験がある人間は誰もが、UL認証の取得は、困難で時間のかかるプロセスだと言うでしょう。しばしば、ULに合格するには、製品に一連のテストを実施する必要があります。 製造業者が設計の材料を選択できるようにする と、合格に必要な仕様に従わずに、これらのテストで不合格になる場合があります。製品の安全レベルに応じて、認証は、完了するのに数か月かかる場合があります。ことによると、製品が最終的に合格する前に、何回かの繰り返しが必要になります。この場合、 PCB設計者の実際の唯一のオプションは、どの安全仕様を満たす必要があるかを学び、これを使って、PCB設計の（全てではないにしても）ほとんどの側面を決定することです。例えば、ULテストでよく問題となるのは可燃性（UL94）です。しばしば、PCB基材に適切な誘電体を指定することが、これらの用途に重要になります。PCB製造業者に、任意の繊維ガラス材料を選択する自由を与えると、ULテストサイクルが増えることになるでしょう。最初から設計仕様の概要をまとめ、認証の間の問題を避けるのが、賢明です。どれだけ指定するかを決めるのが難しい場合もあります。どちらとも言えない場合を見ましょう。 インピーダンスとユーザー入力の制御のための設計 IoT市場向けのPCBを設計 しているとき、概要を示す仕様の数について、判断が必要になります。ほとんどの 記事を読む
エレクトロニックルールチェックで回路図のミスを取り除く エレクトロニックルールチェックで回路図のミスを取り除く 1 min Blog 多くの設計者や企業は、PCBの適切なレイアウトを作成するのに大いに努力しており、最近では周辺の機械的条件をリアルタイムでチェックしています。しかし、既に回路図にエラーが含まれる場合は、どうでしょう? 通常、人による設計のレビューが行われますが、設計の複雑さが増し納期が短くなる中、ミスが入り込むことが、ますます普通になっています。回路図のエラーがワークフローを妨げないために、何かできるでしょう? エレクトロニックルールを使用して設計の問題を早期に見つけ修正 プロフェッショナルPCB設計ソフトウェアのエレクトロニックルールチェック（ERC）機能は,回路図のミスを見つけ取り除くのに役立ちます。いくつかの基本ルール、および設計の基となる「文法」をチェックします。自身の設計に固有のチェックを実行するようルールを設定することによって、ERCが問題を見つけ、設計の初期にそれらを修正できます。また、ERCチェックの設定と実行に、時間はほとんどかかりません…実際、手動で設計をチェックするのにかかる時間の数分の1です。このため、作業の再チェックではなく設計に、時間を費やすことができます。 このチェックの設定を2つの全般的な領域に分割するのが、ERCを使用する方法の1つです。下に示すように、回路設計の「文法」全般と、どの要素をどの方法で接続できるかを定義する接続マトリクスに分割します。 ERCは「文法」チェックと全ての接続の有効性チェックとに分かれます。 「文法」領域では、バス、コンポーネント、ドキュメント、ハーネス、ネット、パラメーターなどの使用に関する、さまざま設定をカバーします。 Altium Designerは、このような、設定可能な幅広いチェックルーチンとの連携をサポートします。チェックルーチンを使用して、作成後の回路図をチェックしたり、製造データを作成するときにオンラインERCやバッチチェックを行ったりできます。 Altium DesignerのERC機能を使って、回路図のミスを手動でチェックするのに使う時間を大幅に短縮する方法をお確かめください。詳細については、今すぐ無料のホワイトペーパー 回路図のエレクトロニックルールチェック）をダウンロードしてください。 記事を読む
Mike Brown: 貪欲であれ | 成長を続けよ | 関係を築け Mike Brown: 貪欲であれ | 成長を続けよ | 関係を築け 1 min OnTrack Warner: Mikeさん、昔を振り返って、いつかPCB設計者になる可能性を示すような兆候が子どもの頃からありましたか? Brown: エレクターセットが大好きでした。それに、バネ付きのカーテンレールから自動車のドアの取っ手まで、何でも修理するのも大好きでした。何でもどんなふうに動くのか知りたかったですね。4年生のときのタイトル付きの自分の写真があります。「大きくなったらなりたいもの」というタイトルで、後ろに製図台が写っています。それが、私のやりたかったこと、設計「スタッフ」になりたかったんです。 Warner: 私はよく、なろうと思ってPCB設計者になる人はいないと言っています。大抵の人は、「思いがけず」この仕事に就く傾向があります。Mikeさんの場合は、どのようにして設計者になったのですか? Brown: 高校生のとき、設計者になりたいと思いました。私は高校の技術科に通っていて、製図が得意でした。高校3年生のとき、体験学習のCO-OP（産学協同教育プログラム）に参加する機会がありました。CADが主流になる前で、製図台で鉛筆を使って機械の図面を引くのが最初の仕事でした。コンピューター周辺機器や板金筐体の技術図面を作成しました。ここで、のちにCommtexという小さな通信会社で上司になるMary Kerbeと出会いました。 Maryが最初の指導係でした。彼女は、P-CADというツールを使って単純な回路設計を学ぶ機会をくれました。私はまるでスポンジのようにさまざまなことを吸収しました。特殊な技術を習うことが楽しかったですし、学校の単位を取得しながらお金をもらえることもうれしかったです。初めて回路基板を設計した（実際は模写でしたが）とき、私は17歳で、高校を終えたばかりでした。 Maryと私は今でも連絡を取り合っており、私のキャリアを通じてすっと一緒に働いてきました。最終的には、言ってみれば生徒は先生になりました。Commtexが廃業した後、私は弟子のようにMaryの後を追って、Entek、GE、Lockheed-Martin、CTA Space Systemsなどの会社を転々としました。 私は、その数年で飛躍的に成長しました。それから、NASAやNaval Research Labs（海軍研究所）のようなお客様をサポートして、航空電子工学を応用した宇宙飛行のための製品開発に携わりました。よい影響力のある製品の開発にかかわることができて、驚くほどの達成感を味わいました。 その後、ニューヨーク州のロチェスターに移り、Kodakの衛星用基板の設計を請け負いました。Kodakが衛星にかかわっているなんて意外ですよね? ここで、2人目の指導者、EMA Design AutomationのManny 記事を読む
設計要件に対して最適なIoTプロトコルの選択 設計要件に対して最適なIoTプロトコルの選択 1 min Thought Leadership IoT製品設計は、新しいノートパソコンの購入と似ている部分があります。速度、コスト、機能、相互運用性など多くの要素を検討する必要があります。最終的には、これらの要素のうち1つまたは2つを特に重視し、他の要素を可能な限り最適化することになります。私の場合、何年にもわたってLinuxコンピューターだけを使用してきましたが、Microsoftファイルの共有が必要になったとき、相互運用性の制約は厳しいものでした。最終的に私は妥協し、コンピューターをWindowsとのデュアルブートに設定しました。 オープンソースでも独自のものでも、ほとんどのシステムにおいて相互運用性は重要です IoT製品の相互運用性についての質問は、使用する通信プロトコルに依存します。これは、ほとんどの製品は別のプロトコルを使用してシステムと通信できないためです。選択するプロトコルは、ハードウェアにも影響を及ぼします。例えば、伝送距離によってシステムで利用可能な IoTモジュール、電力要件、 ネットワーク構成が決まります。 プロトコルの選択方針 選択可能なプロトコルは膨大な数にのぼります。新しいバージョンが 毎年誕生し、グループは既存の オプションの統合を試みています。自分の製品に最適なプロトコルは、どのように決定すればいいのでしょうか? 国際的な標準を策定しようとすることは、それ自体が混乱を、絵文字についてさえも引き起こします。 検討の必要があるすべてのオプションにストレスを与える前に、いくつかの助言を行いたいと思います。これは正直なところ、私自身が最初のIoT設計を行う前に 読んでいればよかったと思うものです。「結局のところ、 それを使わないこと自体が間違いであると言えるほど浸透している、または重要である標準は存在しません」（テキストの強調は私が加えたものです）。 1. 優先度の特定 IoT Centralが開発者の動向について行った 2017年の調査によれば、IoTについて最も重要な懸念はセキュリティと相互運用性です。セキュリティは、 物理的なPCBから ユーザーデータの保存まで、製品設計のあらゆるレベルで対処が必要です。相互運用性はもう少しだけ簡単です。適切なプロトコルを選択することで、自分の製品が属するIoTエコシステムを最大化することが可能です。 記事を読む
低消費電力広域ネットワークによりIoTシステムで何が可能になるか 低消費電力広域ネットワークによりIoTシステムで何が可能になるか 1 min Thought Leadership 土木エンジニアが好きで、電気エンジニアが嫌いなものは何でしょうか? 答はコンクリートです。私たちの物理的な世界の基盤であるコンクリートは、多くの場合に私たちのデジタル世界の基盤である電気信号の混乱の原因となります。立体駐車場、ショッピングモール、地下構造物はすべて、信号適用範囲の低下という問題を抱えています。いずれかの種類の窓やリピーターを使用しなければ、これらの部分で良好な適用範囲が得られることは稀です。モノのインターネット（IoT）がこのような場所への展開を目指すときも、これらの点が問題になります。このような場合に役に立つのが低消費電力広域ネットワーク（LPWAN）です。LPWANを使用すると、IoTデバイスの適用範囲と電力の問題を解決できます。さらに、低消費電力の分散サービスのオプションが可能となり、IoTに革新的な変化をもたらす可能性もあります。 LPWANとは何か LPWANの概要は、その名前が示すとおりです。LPWANは低消費電力のデバイスを対象として、広い範囲を適用するためのネットワークです。明確にしておくと、LPWANは基準ではなく、単なる記述です。現在、または過去において、 LPWANを提供するさまざまな企業が各種の 異なるテクノロジーを使用してきました。これらのシステムに共通の必要条件は、「広い範囲」（ 通常は2km以上）をカバーし、低消費電力のデバイスに対応することです。市場への普及を目指すには、低価格であるという条件も加わります。 大きな複合施設やビルディングの施設監視など分散した配置を可能にするため、広い範囲をカバーする必要があります。LPWANシステムは本質的に集中化していないため、多くのセンサーやデバイスを購入する必要があります。これらのコストが加算されることから、LPWANが成功するには、製品が安価な必要があります。LPWANのほとんどのセンサーやデバイスは、バッテリーで何年も動作する必要があります（標準は10年のようです）。つまり、センサーが低消費電力で、LPWANも低消費電力のネットワークソリューションを使用する必要があります。低消費電力ネットワークの唯一の欠点は、データ転送速度が低下することです。その結果、ほとんどのLPWANは処理能力の低いアプリケーションに適してます。 LPWAN市場は驚異的な速度で成長しつつあり、 2025年には40億台のデバイスが接続されると予測されています。この成長機運から激しい競争が引き起こされ、電気通信業界まで波及しています。 LPWANではないもの セルネットワークは現在のところ、LPWANとはみなされていません。しかし、セル事業者が この市場へ参入を試みることにより、情勢は変化する可能性があります。テレコムには既に巨大なインフラストラクチャが存在し、それによってネットワークを簡単に稼動できます。セルのもう1つの利点は、企業のビジネスモデルの関係で、LPWANシステムを安価に販売できることです。これらの企業はハードウェアではなく契約で利益を上げます。このモデルは、これらの企業が可能な限り多くのシステムを低価格で販売するための動機付けとなります。既に述べたように、LPWANは低価格であることが重要です。これらの事業者が抱える唯一の問題は低消費電力の要件です。現在の携帯電話アンテナは消費電力が多すぎるため、多くのLPWANアプリケーションにおいて有用ではありません。しかし、テレコムが 低消費電力のソリューションの開発に投資を行っているため、この状況も変化しつつあります。 この状況は、ライセンス不要の周波数帯を運用しているLPWAN企業にとって、どのような影響を及ぼすでしょうか?まず、これらの企業は間もなく、ライセンスされている帯域で莫大な資金を持つ通信事業者と競合することになるでしょう。 5Gはセルプロバイダーの次のLPWANソリューションになると予測されます。 現在のLPWAN IoTアプリケーション それでは、LPWANはIoTとどのような関わりがあるのでしょうか? 個別のIoTデバイスは既に 記事を読む
EMIシールドとしての缶の使用について EMIシールドとしての缶の使用について 1 min Blog シールドしているコンポーネントから十分なクリアランスを確保してください。 PCB設計の正常な機能のためには、電磁干渉を防ぐことが重要です。良い設計実践に加えて、シールド缶も敏感なコンポーネントを隔離するために使用できます。 「オペレーション」というゲームをしたことがありますか？奇妙な見た目の体から小さなピースを、スロットの端に触れずに取り出さなければならないゲームです。端に触れると、恐ろしいブザーが鳴り、失敗がみんなに知らされました。 それ以来、私が務めたすべてのエンジニアリングおよびITの仕事で、私は「PCBオペレーション」（電気エンジニアのためのオペレーション）の指定「外科医」でした。しかし、このゲームにはブザーはありません。モジュール、基板、または狭いケーシングから間違って取り除かれた場合、コンポーネントが故障するだけです。 プロトタイプ製品の一つで、落下した部品を回収できる能力が特に重要でした。特にESD（静電気放電）に敏感な部品に偶然触れた際、現場での設置作業中に約3分の1の基板を失っていました。小さな指なら、プリント基板を端だけ持ってケーシングに滑り込ませることができますが、通常サイズの手では無理で、常に部品にぶつかってしまいました。次のバージョンではEMI（電磁干渉）を減らす作業を行っており、これらの部品の上にカンを設置しました。これは偶然にも基板を不注意な指から守ることにもなりました。 ESDシールドはPCBのEMIシールドとは異なるため、基板に保護シールドを追加した際に一石二鳥を得られたのは非常に幸運でした。プリント基板を保護するには、基板レベルのシールドと 認証テストを計画する際に、カン電子シールドがどのように機能するかを理解することが重要です。 カンとは何か？ EMIカンシールドやその他のEMIシールドは、部品を探す場所によってカン、ケージ、カバー、または蓋と呼ばれることもあります。これらは基本的に金属製の箱で、プリント回路基板に取り付けられ、表面の回路の一部を囲むように設計されています。 RFキャンシールドは、基板レベルのシールドを提供するための金属製の筐体です。 使用する金属は、アプリケーションと支払う価格によって異なります。製品に適した材料を確実に入手できるよう、メーカーに直接相談することをお勧めします。通常の選択肢は次のとおりです： 鋼：スズまたは亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼 アルミニウム：通常はスズメッキアルミニウム 真鍮 銅合金：特に銅ベリリウムが ニッケル 銀 スズメッキプラスチック キャンの金属製の筐体は、カバーされた領域への電磁干渉やEMI放射の侵入または放出を防ぎます。多くのキャンシールドには、熱管理に役立つ金属の穴のグリッドがありながらも、コンポーネント上に導電性のカバーを提供するシールド効果を維持しています。 理想的なシールドは、コンポーネントを完全に包み込むものです。残念ながら、それでは入出力や電源と接地のための選択肢が残されませんので、キャンにはいくらかの電磁リークが発生します。必要に応じて、EMIガスケット、メッシュ、フィルムなどの追加のシールドでキャンを補完することができます。 記事を読む
フレキシブルの今後: リジッドフレキシブル基板設計についての学習が要求される業界 フレキシブルの今後: リジッドフレキシブル基板設計についての学習が要求される業界 1 min Thought Leadership フレキシブルなLEDストリップライト 時の過ぎるのが少し速すぎると感じたことはありませんか? 私は、ダイヤルアップインターネットの使用方法を憶えるのに四苦八苦していたのが昨日のことのように感じます。それが今では、最新技術のブロードバンドルーターの設定に苦労しています。現在の技術をマスターできたら、すぐに、次の大きな課題に取りかかる時期であり、すべてをまた最初から始める必要があると思っています。PCB設計者である皆さんにとっても、PCB設計の次の大きな課題であるフレキシブルとリジッドフレキシブルについて学習する時期です。急速に進化しつつあるPCBの分野でも、最も進化のスピードが速いのがフレキシブル基板です。IoT（モノのインターネット）、ウェアラブルな電子機器、フレキシブルディスプレイのすべてが、業界をリジッドフレキシブル基板へと推し進める要因となっています。皆さんにとっても、ため息をついていないでリジッドフレキシブルに目を向け、次世代PCBの設計基準の学習を始める時期なのだと思います。 フレキシブル基板の分野は急速に成長 新しい設計手法の学習は大変ですが、PCB市場は世界的に成長しており、いくつかの調査では、市場規模が 2016年の635億ドルから2021年には738億ドルまで成長すると予想しています。この成長のうちの大きな部分を占めると期待されているのがフレキシブル基板です。いくつかの報告書ではフレキシブル基板の市場規模が 2020年までに152億ドル、 2022年までには270億ドルに成長すると予測しています。私には、次世代PCBは気にならなくても収益は気になります。フレキシブル基板は、すでにリジッド基板を追い抜いています。2014年には、リジッド基板の販売額がわずかに減少したのに対し、 フレキシブル基板の販売額は増加しています。「適応か死か」というのは自然の法則ですが、PCB設計の世界も同じです。リジッド設計しかなかった過去にとどまっていたのでは取り残されてしまいます。 フレキシブル基板の推進要因となっている業界 フレキシブル基板が成長していることを認識するのも重要ですが、もう一つ、このトレンドの要因となっている業界を知ることも重要です。現在フレキシブル基板の大きな成長要因となっているのは、IoTとウェアラブル電子機器です。私は、近い将来、フレキシブルディスプレイも 新たな成長要因になってくると考えています。 デジタルカメラには、すでに多くのフレキシブル基板が使用されています IoT（モノのインターネット） 爆発的な成長の先頭に立っている電子部品業界の一つがIoTです。成長が非常に速いため、間もなく皆さんも IoTデバイス用のPCBを設計することが大幅に増えてくるでしょう。このような新しいIoT用PCBの多くは、フレキシブル基板であることが要求されると思われます。 その一例が、あの「スマートな」LEDストリップライトです。LEDストリップライトは、ユーザーが必要とする形状に合わせて曲げられるよう、長さ方向に沿ってフレキシブルでなければなりません。最終的には、髪の毛が乾いたかどうか教えてくれる「スマートタオル」とか、くしゃみをしたら「お大事に! 」と注意してくれる「コネクテッドティッシュ」とかがあったら、ユーザーはやっぱり欲しくなるのです。この種のデバイスには、性質上、フレキシブル基板が必要です。 フレキシブル基板は、小さい3D形状に合わせる目的で使用される可能性もあります。3D印刷によるPCBはまだやっと形が見え始めた段階ですので、ぴったりこないスペースを埋めるには多少の創意工夫が必要です。リジッドフレキシブルを利用した設計であれば、基板を折り曲げ、長方形や立方体や八面体にしてスペースに入れることも可能です。これは、平らな基板では考えられなかったことです。リジッドフレキシブル設計を学習する際には折り紙も憶える必要があるかも知れませんね。 将来的には、ほとんどのPCBがこのウェアラブルデバイスのようになってしまうかも知れません。 記事を読む