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製造性考慮設計(DFM)

DFM分析の完全ガイド DFM分析ガイドラインを使用して、設計が高品質で高い生産性を持って製造されるように確認してください。設計プロセスの複数の段階でDFM分析を実施することが望ましいです。

Altium Designer Projects Whitepapers 次のプロジェクトでサーミスタを使用する方法サーミスタは、電子プロジェクトで使用する可能性のあるすべての主要な温度センサーのタイプを見ていくシリーズの最終センサータイプです。このシリーズでは、プロジェクトでさまざまな温度センサーを実装する方法について見てきました。シリーズの最後には、実際の条件を使用してセンサーと実装を頭ごなしの競争に出します。この実世界でのテストを通じて、さまざまなセンサーがどのように振る舞い、変化する条件にどのように反応するか、また、感知した温度の出力がどれだけ線形で正確かについて、より良い理解を得ることができます。このプロジェクトの設計ファイルは、他のすべてのプロジェクトと同様に、オープンソースのMITライセンスの下で GitHubに公開されています。商用プロジェクトであっても、回路やプロジェクトを自由に使用することができます。温度センサーは多くの産業にとって不可欠であり、サーミスタはそれらの中でも特にそうです。サーミスタは非常に正確であり、感知温度の範囲が広いため、多くの産業用サーモスタット、プロセス制御、監視アプリケーションに理想的です。このシリーズでは、さまざまなセンサータイプとそれらを最適に使用する方法を見ていきます。次のような内容を見ていきます：負温度係数（NTC）サーミスタ正温度係数（PTC）サーミスタ抵抗温度検出器（RTD）アナログ温度センサIC デジタル温度センサIC 熱電対以前、この温度センサに関するシリーズの導入で、2つのプロジェクトテンプレートを構築しました。これらのプロジェクトテンプレートはそれぞれ同じインターフェースとコネクタの配置を持っており、私たちが見ているさまざまな温度センサーすべてに対して標準的なテストセットアップを持つことができます。これらのプロジェクトの1つはデジタル温度センサー用に、もう1つはアナログ温度センサー用に設計されています。この記事では、両方を使用し、デジタルプロジェクトテンプレートを高解像度ADC用に、アナログテンプレートを他のすべての実装用に使用します。このシリーズの結論として、これらのセンサーカード用に2つのホストボードを構築します。1つは検証目的で単一のカードをテストするために設計され、もう1つはカードのスタックにインターフェースするために設計されます。この2番目のホストボードは、複数のセンサーを搭載した後、すべてのセンサー実装のパフォーマンスを評価する際に使用されます。熱電対もし、これまで見てきたセンサーでは測定できない極端な温度を測定したい場合、サーモカップルを探しているかもしれません。サーモカップルは、これまで見てきた他のセンサーとは全く異なる方法で動作し、抵抗の変化を測定するのではなく、異なる合金の金属を溶接して生成される電位差（電圧）から測定します。これにより、適切なサーモカップルを使用すれば、絶対零度から鉄や鋼の融点を超える温度まで測定することができます。サーモカップルは構造も非常に頑丈で、このプロジェクトで見てきた他のセンサーほど簡単には壊れません。サーモカップルは抵抗温度検出器ほど正確ではありませんが、特に広範囲な温度範囲を考慮すると、ほとんどのアプリケーションに対して十分な精度を提供します。サーモカップルが温度から電気を生成するという事実は、電源として宇宙探査においても価値があります。放射性熱源の周りに数千のサーモカップルを直列に配置することで、放射性同位体熱電気発電機が作られ、これはボイジャー探査機、カッシーニ、ニューホライズンズ、そして火星のキュリオシティローバーなどの深宇宙ミッションに使用されました。私たちの目的において、正極にニッケルクロムを、負極にニッケルアルミニウムを使用したK型熱電対は、最も一般的で最も安価な熱電対のタイプであり、私たちが使用するものです。K型熱電対を使用すると、-270℃から約1372℃までの温度を測定でき、それぞれ-6.458mVから54.886mVを生成します。ご覧の通り、この広い温度範囲を通じて生成される電圧の量はかなり少ないため、この微小な電圧から温度を測定するためにはいくつかの回路が必要になります。最大温度まで耐えられるK型熱電対がすべてそうであるわけではないことに注意する価値があります。非常に低コストのK型熱電対の多くは、絶縁体が劣化する前に500〜700℃しか扱えないかもしれません。低コストの低温K型熱電対と高コストの高温K型熱電対の実装は、基本的に同じになることが多いですが、私たちが読み取っているのは熱接合部が提供する電圧ポテンシャルであるためです。それにもかかわらず、すべての金属が同じように作られているわけではなく、より安価な熱電対は純度の低い金属を使用していたり、他の近道をしていることがあり、より高価なオプションの方が良い選択となることがあります。

クラウドでのPCB製造品質管理クラウドツールを使用してPCB製造の品質管理を行うと、あなたと製造業者は品質問題を追跡し、設計レベルで修正することができます。

プロトタイプPCBアセンブリ(PCBA)のリスクを取り除く Rev Aの設計を磨き上げ、初めてのPCBを基板製造業者に発注するときに感じる特別な感覚があります。デザイナーたちはおそらくその感覚と引き換えに何も望まないでしょうが、不安を少しでも和らげることができれば、それは歓迎される変化になるでしょう。ここには、仕事後のバーへの訪問よりも神経を落ち着かせるのに効果的であり、エラーを防ぐのに無限に効果的なレビューステップがあります。製造とPCB組立(PCBA)サービスを発注する準備ができたときに、ターンアラウンドタイムを短縮するためにできることがいくつかあります。サプライチェーンに入り、DFM/DFAを早期に確実にすることが重要であり、開発中にこれらの点を真剣に受け止めることで、設計レビュータイムと組立/製造時間を短縮できます。これらの点に注意を払うことで、PCBAの不必要な再設計もいくつか排除できます。部品がなければ、基板もなし。かつて時折イライラする忍耐と計画の教訓であったサプライチェーン管理は、プロトタイプレベルでも重要な設計パラメーターとなっています。数百万ドルの開発プロジェクトが、たった10個の微細なマイクロコントローラーが見つからずに1週間遅れることほど悪いことはありません。これらのマイクロコントローラーの価値は1つ2ドルに過ぎません。 PCBA用の一般的な受動部品、ダイオード/LED、または一般的なICは、交換が容易であり、おそらく大きなPCBレイアウトの変更を必要としないでしょう。利用できないマイクロコントローラー、FPGA、特殊SoC、その他の特殊コンポーネントのようなものは、PCBAのほぼ全面的な再設計を強いる可能性があります。製造のために注文を出す前に、早期にコンポーネントの入手可能性とリードタイムを常に確認するべきです。設計ツールの検索機能は、ここで大きな役割を果たし、PCBを製造する前に、調達データやコンポーネントのシンボル/フットプリントを見つけるのに役立ちます。これを軽減する最良の方法は、回路図が完成したらすぐにすべての部品のプロトタイプ数量を注文することです。確かに、誰もが不足時にスマウグが「一枚のコイン」でさえ手放すことを拒むように部品の山を欲しがる収集家になりたいとは思いませんが、私たちが話しているのはほんの一握りの部品です。ボードが組み立てられる時点で設計から外された部品の4分の1を無駄にする失望は、ファームウェアエンジニアがハードウェアがないときに時間を無駄にすることを知ることと比べものになりません。迅速なメモ：各部品の MSL（湿度感受性レベル）の評価を確認することも重要です。契約メーカーは、SMTリフローのためにボードに部品を配置する前に部品を焼く必要があるかもしれません。供給チェーンを早期に見ることで、PCB組立（PCBA）の生産時間を短縮します。デザインレビューは楽しい！ほとんどのエンジニアは、デザインレビューについて2つのことを認識しています：それらはRev Aリリースに必要であり、レビューを完了することは、同僚に大きなお願いをすることができます。しかし、レビュアーにとって余分な苦労を伴う必要はありません。何事も、お金と競争を加えることでより楽しいものにすることができます！例えば、デザイナーは見つかったミスに対してレビュアーに支払う必要があるかもしれません。ボードのリビジョンを引き起こす可能性がある重大なミスについては1つにつき20ドル、重大でないミスについては2ドルが妥当でしょう。デザイナーが残ったものを保持できるように、会社に200ドルの予算を出してもらい、デザインの卓越性を奨励し、健全な競争を促進することもできます。設計レビューチェックリストを完了させるには、サードパーティプログラムでガーバーファイルを確認することが欠かせません。これは、基板製造業者がファイルを検査するのと同等の作業です。99.99%のエラーは設計および/または構成のエラーですが、すべてのeCADパッケージが何らかのエラーを出したことがあるため、5分間のチェックは価値があります。例えば、 GerbVは無料のオープンソースツールで、設計者が各レイヤーを個別に、そして一緒に、設計エラーやCAM出力エラーから生じる可能性のある不審な点を確認することを可能にします。ペーパードール PCBA設計の究極の目標がコンピュータから離れて実世界で何かを構築することであることを思い出して、機械的な部分をダブルチェックする簡単で迅速な方法があります：ペーパードールです！Tara Dunnが

Thought Leadership PCBトレースとパッドのクリアランス：低電圧対高電圧高電圧/高電流設計は、設計者が満たす必要がある安全要件を伴います。同様に、高速設計では、信号の整合性を保証するためにクロストークを抑制する必要があります。両方の領域に関連する主要な設計要素は、PCBトレースクリアランスとパッドクリアランスの値です。これらの設計選択は、安全性、ノイズ抑制、および製造可能性のバランスをとるために重要です。 IPC 2221電圧および間隔基準は、導体間のESDを防ぐためのガイダンスを提供しますが、すべてのボードがこの基準を満たす必要はありません。PCBトレース間の距離の電圧と信号の頻度（またはデジタル信号のエッジレート）に応じて、PCBトレースクリアランスに異なる値が必要になる場合があります。製造可能性を確保しながら、PCBクリアランスレイアウトのこれら2つの側面をどのようにバランスさせるかについて説明します。低電圧 (15 V) IPC 2221電圧および間隔基準によると、一般用途デバイスの最小PCBクリアランスルール（実際には、任意の2つの導体間のクリアランス）は0.1 mmまたは4ミルです。電力変換デバイスの場合、この最小PCBトレース幅および間隔は0.13 mm、または5.1ミルです。これらのボードは「高電圧」とは考えられず、これらのボードの導体間隔はHDI領域に近づき始めます。これらの電圧では、デジタル信号、低周波アナログ信号、または単に中程度の電流でのDCを扱っている可能性があります。デジタル信号の場合、典型的なルールは「3W」ルールに従うことです。ここで、トレース間のクリアランスはトレースの幅の3倍です。典型的な50オーム制御インピーダンスのマイクロストリップの場合、トレース幅は約20ミルになるため、推奨されるPCBトレース間隔は60ミルです。 IPC 2221の要件内にまだ十分に収まっており、主な焦点は効率的なルーティングとDFMにあるべきです。HDI領域でも、BGAの細かいピッチパッド間をルーティングする必要がある場合でも、一般的に3.3Vまたは約1Vで作業しているため、これらの電圧要件を心配する必要はありません。高電圧（>15 V）高DC電圧では、PCBトレースのクリアランス値を選択する際の主な懸念事項は、露出した導体間でのESD（静電気放電）と樹枝状成長を防ぐことです。高AC電圧の場合、または高電流を出力するスイッチングレギュレータを使用する場合、ESDと樹枝状成長だけでなく、クロストークについても心配する必要があります。クロストーク抑制ガイドラインは、非常に高い電圧になるまで、導体間の必要なPCB電圧クリアランスまたは間隔を過剰に規定しています。 IPC 2221とクロストーク抑制のバランスをどのように見つける必要があるかを考えるために、次の仮定の状況を考えてみましょう。制御インピーダンスのマイクロストリップ（幅20ミル）が、高電圧ACラインの近く、または高電流DCレギュレータの出入りするトレースの近くにあるとします。"3W"ルールに従うと、平行なマイクロストリップ間および近くの高電圧ラインとの間隔は1.5 mm、または約60ミルであるべきです。これは、高電圧レベルが電力変換デバイスの場合は180V、その他の高電圧製品の場合は340Vに達するまで、IPC 2221に十分適合するものです。