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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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シルクからソルダーマスクまでのクリアランス：追加する必要があるPCB設計ルール シルクからはんだマスクまでのクリアランス：追加する必要があるPCB設計ルール 1 min Blog Altium 20を使い始めたとき、箱から出したそのままで、標準的なプリント基板（PCB）を作る方法に関してほぼ全てをカバーしているデフォルトの設計ルールチェック（DRC）に感銘を受けました。Altium Designerはデフォルトで「10ミル」ルールに設定されており、これは銅のトラックの標準的な間隔や幅が10ミルであることを意味します。さらに、他のほとんどの間隔もデフォルトで10ミルに設定されています。これにはトラック同士、パッドとトラック、スルーホールと他のパッドやビアとの間隔など、想像できるほぼ全てのものが含まれます。例外は、シルクとはんだマスクのクリアランスと、パッド周りのはんだマスクの拡張クリアランスで、どちらもデフォルトで4ミルに設定されています。 新しい設計を始めるということは、回路基板にとって重要なPCB設計ルールを選択することを意味します。このルールセットはPCB製造会社によってサポートされ、エンジニアが機能的な回路基板を設計するのを助けます。デフォルトの10ミルルールには例外が存在し、特に密度や複雑さが増すと、全く異なる設計ルールのセットが存在することがあります。例えば、ボールグリッドアレイ（BGA）フットプリントを持つ集積回路（IC）の下の領域などがそうです。 密度が増加するにつれて、または信号エッジレートが増加するにつれて、これらのルールが他の単位や複雑さのレベルでリストされることは珍しくありません。 PCB設計ルールは製造能力に合わせるべきです 私はよく「6ミルルール」で設計することを好みます。なぜなら、オンライン注文手続きを使用してPCB製造業者を通じて素早く小さな設計を行うからです。新しいPCBの設定をする際には、使用したいPCB製造の範囲と PCB製造予算の見積もりを決定します。 ルールセットと製造業者のタイプが決まったら、製造能力を調べてAltium Designerが理解できるルールやポリシーに翻訳する必要があります。しばしば、そのベンダーの能力をほぼ一行ごと、統計ごとに表す一般的な「xミルルール」ルールセットに加えて、ベンダー固有のルールセットを作成します。 複雑さが増すにつれて、それに応じてルールセットを適応させ、それが表す製造上の妥協点を理解することが重要になります。製造プロセスを理解することは、これらの場合に役立ちます。例えば、ボードの中心部はドリルから銅への登録が最も良好で、ルールをより柔軟に適用できる場所かもしれません。別の見方をすると、ルールを曲げ、製造能力を押し上げる必要がある場合には、可能な限り成功の確率を統計的に高めることが最善です。 デフォルトの設計ルールや IPC基準で定義されている典型的な導体間クリアランスに加えて、組み立て欠陥を生じさせることなく密度を高める必要がある場合に考慮すべき他のクリアランスがあります。これらのクリアランスには、多くの設計者がデフォルト値をそのまま使用することが多い、はんだマスク（または「はんだレジスト」）とシルクスクリーンが関係します。代わりに、Altium Designerが不必要なエラーを引き起こさないように、カスタム値を設定してください。 はんだマスクスリバー もし非常に高密度の設計を行っていて、パッドのクリアランスが非常にタイトになり始めた場合、パッド間に残るはんだマスクのスリバーを単純に除去できるエリアを定義することが理にかなっています。コンポーネントのパッド周りにはんだ抵抗の拡張が定義されている場合、マスクの開口部が重なっていれば、パッド間に残るはんだマスクはすでに除去されます。これにより、信頼性のある製造が難しい小さすぎるはんだマスクのスリバーを自動的に除去できます。 このルールは、特定のパッドクラス、特定のネット、さらには特定のフットプリント間のはんだストップマスクのスリバーを管理する簡単な方法を提供します。例として、上の画像では、1206フットプリントとすべてのパッド間の最小はんだマスクスリバーに制約を設定しました。異なる層間、異なるパッドクラス間で個別のルールを適用することができます。 はんだマスクの拡張 ルールを曲げる別の例は、高密度のピンやパッドの周りのはんだマスクの拡張を減らし、ピン/パッド間に十分なはんだマスクが残るようにすることです。これにより、 はんだダムとして機能し、組み立て中のはんだブリッジを防ぐことができます。これは明らかにトレードオフであり、はんだ抵抗のミスレジストレーションの余地が少なくなり、はんだ付けの可能性やはんだブリッジの可能性に影響を与える可能性があります。 記事を読む
PCB組立（PCBA）およびサプライチェーン管理 プロトタイプPCBアセンブリ(PCBA)のリスクを取り除く 1 min Blog 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 記事を読む
PCBトレースとパッドのクリアランス：低電圧対高電圧 PCBトレースとパッドのクリアランス：低電圧対高電圧 1 min Thought Leadership 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。 記事を読む
ステルス機と量子レーダー NVIDIA Jetson Nano：レーン検出と追跡 1 min Blog 自動運転車は徐々に自動車産業の重要な部分となりつつあります。多くの人々は、完全自動運転車が間もなく人間と並んで走るようになると信じており、技術企業は完全自動運転車を展開するための競争に参加しています。2018年12月、Googleの自動運転車プロジェクトから生まれた会社である Waymoは、フェニックス郊外で商用自動運転車サービスを正式に開始しました。May Mobility、Drive.ai、Uberなどの企業も同じ道を歩んでいます。 自動運転車は壮大なビジョンのように思えるかもしれませんが、半自動運転車はすでに私たちの間にあります。新しいTeslaの車には、Tesla Autopilot機能が搭載されており、車線認識と追跡、アダプティブクルーズコントロール、自動駐車が可能です。道路上の車線を識別し追跡する能力は、無人運転車にとって多くの前提条件の一つです。車線認識は難しい問題のように思えるかもしれませんが、NVIDIA Jetson Nanoハードウェアプラットフォームを使って、車線認識と追跡のアルゴリズムの開発を始めることができます。 Jetson Nano入門 Jetson Nano COMは、 Raspberry Pi 3よりもわずかに大きいですが、472 Gflopsのパワーで並列にニューラルネットワークを実行できます。これはRaspberry Pi 3よりも約22倍強力であり、わずか5Wという非常に低い電力で動作します。このボードは、トリムダウンされたLinuxカーネル上で動作する組み込みAIアプリケーションに最適です。高品質な画像およびビデオ処理アプリケーションに必要な処理能力とオンボードメモリを備えています。Jetson Nanoの主な特徴には次のようなものがあります： GPU 記事を読む
現代のPCB製造データ形式を持つ重要性 現代のPCB製造データ形式を持つことの重要性 1 min Blog 最近、Altiumのブログでニューハンプシャーにある最新のeSmart Factoryについて投稿しました。最先端の機械とプロセスを使用して、非常に細かいジオメトリを持つほぼ完璧な複雑な多層基板とHDI基板を数日で製造でき、人の手を借りたり触れたりすることなく、環境に害を与えるものを一切排出しない—ゼロ排出物です。 スマートファクトリーのためのデジタル化 この技術は、今後数年間にわたってプリント回路が製造される方法を形作るでしょう。‘オールデジタルスマートファクトリー’であることの利点は、同時に潜在的な弱点でもあります。特定のレシピの設計図を読んだり、機械を調整したりする作業員がいません！これは「オールデジタルスマートファクトリー」であり、すべてに デジタルレシピが必要です。ここで、IPC-2581デジタルデザイン通信プログラムが登場します。図1に示すように、IPC-2581プログラム委員会は、設計ツールがデジタルXMLファイルを出力し、「未来の工場」またはスマートファクトリーを駆動できるデジタルスレッドを作成しています。 図1: スマートファクトリーのための設計特性のデジタル化。（出典: 2017 IPC APEXプレゼンテーション） 人気のあるインテリジェントPCBデザイン出力フォーマット エレクトロニクス製造におけるスマート工場のデジタル化を実現するために、製造データのエクスポートを統合および標準化し、ファイルパッケージのサイズを削減するためのいくつかの取り組みが既に行われています。PCBデザイナーにとって最も 人気のある出力フォーマットは、次の2つです： Gerber X2 ODB++ Gerber X2はRS-274-Xに対するわずかな改善に過ぎませんが、ODB++は真にインテリジェントなデータフォーマットにかなり近いものです。それでも、約70-80%の PCB出力ファイルパッケージはRS-274-Xフォーマットであり、PCBを構築および組み立てるために必要な情報を完全に伝達するためには追加のファイルが必要です。 2020年には、UcamcoによってGerber 記事を読む
インピーダンスに影響を与える伝送線路の特性 - 隠された特徴 インピーダンスに影響を与える伝送線路の特性 - 隠された特徴 1 min Blog こちらと他のいくつかの記事では、 Altiumリソースセクションで、伝送線路インピーダンスについて様々な観点から取り上げています。私は以前、 シミュレーション技術とインピーダンスの進化という記事で伝送線路インピーダンスについて取り上げましたが、インピーダンスに関して提供できる情報は尽きたかのように思われるかもしれません。しかし、実際には、いくつかの特徴は触れられただけでした。この記事では、それらの特徴とその効果、および伝送線路インピーダンスを制御するために使用される基本方程式について詳しく説明します。 インピーダンスまたは不一致の原因 以前の記事で議論されたように、表面層上の伝送線路のインピーダンスを決定する4つの主要な変数には以下が含まれます： それが通過する平面上のトレースの高さ。 トレースの幅。 トレースの厚さ。 トレースを支えるために使用される絶縁材料。 上記の4つの変数が分かれば、PCB内のどの特徴がインピーダンスに関連する影響を持つかを判断することができます。これらの特徴には以下が含まれます： 同一層内でのトレース幅の変化。これは一般にトレースネッキングと呼ばれます。 トレースネッキングは、トレースがSMD（表面実装デバイス）やトレースの幅よりも小さい直径のスルーホールなど、狭いパッドに近づくとトレース幅が減少することを指します。 トレース厚さの変化。 平面上の高さの変化。 伝送線路に沿ったスタブ。 伝送線路に沿った負荷。 コネクタの遷移。 不適切な終端。 終端のない状態。 大きな電力平面の不連続。 記事を読む
Gerberファイルで見つけることができる、よくあるPCB設計の3つの間違い Gerberファイルで見つけることができる、よくあるPCB設計のミス3選 1 min Thought Leadership 一般的なPCB設計のミスを見つけることで、製造までのプロセスを早めることができます 私は大学院に入るまで優秀な学生ではありませんでした。その時点で、私は人生の他のどの分野よりも宿題に力を入れ始めました。確かに、私の社交生活はなくなりましたが、すぐに模範的な学生になり、振り返ることはありませんでした。 学校にいる間に宿題をする必要があるように、新しい設計を製造業者に送る前に宿題をするべきです。新しい設計ではいくつかの一般的なエラーが発生する可能性がありますが、製造に出す前にレイアウトとガーバーファイルを入念にチェックすることで、これらの問題を避けることができます。これらの点をチェックすることで、製造業者からの入札拒否の反応を避け、組み立て後の歩留まりを向上させることができます。 製造前の一般的なPCB設計ミス 請求書に値する製造業者は、製造と組み立ての実行を開始する前にいくつかの重要な点をチェックする時間を取ります： コンポーネントの入手可能性、コスト、および 廃止 回路図、レイアウト、ガーバーファイル、部品表、およびエクセロンファイル間の一致 製造プロセスへの適合 最初のポイントは、 サプライチェーンを調査して、予算内で部品を調達できることを確認することを要求します。廃止予定の部品をチェックすることで、製品が最も長く関連性を持つ寿命を持つことを保証します。この宿題を自分で行い、回路図とレイアウトを作成する前に行うことで、再設計のリスクを減らし、全体の生産時間を短縮します。 二番目のポイントは、設計文書間の直接比較に関わります。Gerberファイルとドリルファイルの両方にすべてのドリル穴が表示されていることを確認したいです。また、回路図/レイアウトのすべての部品が部品表に表示されていることも確認するべきです。一部のCADプログラムは、ボードの各レイヤーごとに個別のファイルを作成しますが、設計者はボードの製造に必要なすべてのファイルが準備され、正確であることを確認する責任があります。 第三のポイントは、実際には第二のポイントに関連しています。 ガーバーファイルとエクセロンファイルをメーカーが検査するのは、設計が彼らのプロセスでフルスケールで生産できるかを確認するためです。レイアウトやガーバーファイルで素晴らしく見える機能も、完成品では想像した通りに（そもそも見えない場合もあります）現れないかもしれません。設計者として、メーカーやメーカーの代表者に彼らの能力と要件について相談するべきです。 ガーバーファイルとレイアウトを慎重に検査することで見つけることができる一般的なPCB設計のミスはこちらです。 重なっているまたは配置が間違っているドリルヒット スロットを作成しようとして2つのドリル穴を重ねるのは災害のもとです。ドリル中にビットが折れる可能性が非常に高いです。代わりに、エクセロンドリルテーブルのコードを使用して、この特定の機能をスロットとして定義できます。同様に、ビア用の誤ったドリルスポットが表面または内層のトレースやパッドに当たると、銅の特徴を破壊します。 これらの両方の間違いは、DFMチェック中にPCBレイアウトのすべてのレイヤーをオンにすることで見つけることができます。比較的シンプルな設計の場合、製造業者は機能に影響を与えることがないため、ビアを簡単に移動させることができます。より複雑な設計では、製造業者は（またはそうあるべきですが）多くの複雑な変更が必要になる可能性があるため、ドリルホールやビアを移動させることをためらうでしょう。設計は変更のためにあなたに戻され、ボードが生産に送られる前に。 このPCBレイアウトでリターン電流の経路をどのように決定しますか？ パッド周りのはんだマスククリアランス 記事を読む