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PCBにおける銅のラップメッキ PCBにおける銅のラップめっき 1 min Blog 新しい電子機器を購入して、1週間後に故障してしまうことは誰も望んでいません。私は同じフラットスクリーンモニターを5年以上使っていますが、これまでに所有した電子機器の中で最も頑丈なものです。信頼性の高い設計が好きなら、デバイスの寿命を向上させることを目的とした業界標準に注目していることでしょう。 PCBのビアメッキは、衝撃や熱サイクルに耐えられるほど信頼性が高くなければなりません。ここでメッキプロセスが重要となり、新しいIPC 6012Eのメッキ要件は、ビア・イン・パッド構造の信頼性を向上させるために設計されたメッキ技術を指定しています。 銅ラップメッキ構造 ビア・イン・パッド構造には、ビア穴を銅メッキして、多層PCBの層間で信号をルーティングする必要があります。このメッキは、ビア・イン・パッド構造内の他のパッドや、小さな環状リングを使用してトレースに直接接続します。これらの構造は不可欠ですが、繰り返しの熱サイクル下での信頼性の問題があることが知られています。 IPC 6012E基準は最近、ビア・イン・パッド構造に銅ラップめっきの要件を追加しました。充填された銅めっきはビア穴の端を回り込み、ビアパッドを取り囲む環状リングにまで延びるべきです。この要件はビアめっきの信頼性を向上させ、クラックや表面特徴とめっきされたビア穴との分離による故障の可能性を減少させる可能性があります。 充填された銅ラップ構造は2つのバリエーションがあります。まず、ビアの内側に連続した銅膜が適用され、その後ビアの両端の上層と下層を覆い越えます。この銅ラップめっきはビアパッドとビアに繋がるトレースを形成し、連続した銅構造を作り出します。 または、ビアはビアの両端を囲む独自のパッドを持つことができます。この別のパッド層はトレースやグラウンドプレーンに接続します。ビアを充填する銅めっきはこの外部パッドの上を覆い越え、充填めっきとビアパッドの間にバットジョイントを形成します。充填めっきとビアパッドの間にはある程度の結合が発生しますが、二つは融合せず、単一の連続した構造を形成しません。 PCBでのビア穴のドリリング 熱サイクル下での信頼性 PCBが時間とともに熱サイクルを繰り返すと、体積膨張が銅のラップメッキ、ビア充填材、およびラミネート界面に圧縮または引張応力を生じさせます。応力の量は、基板と環境の間の温度勾配、関与する各材料の熱膨張係数、および基板の層数など、多くの要因に依存します。 基板材料の熱膨張係数が一致しないことは、銅のラップメッキに大きな応力を与える原因となります。これにより、ビアバレル内のメッキが割れてバットジョイントから分離する可能性があります。連続する銅のラップメッキも、ビアの端で直角に割れることがあります。 ビアの内部がバットジョイントから分離した場合、またはラップメッキの端でビアが割れた場合、ビアにオープン回路の故障が発生します。繰り返しの熱サイクル中に曲がると、さらに多くの故障が発生します。基板の最も外側の層に近い位置で終わるビアは、基板がこれらの層でより大きく曲がるため、熱サイクルによる破断の可能性がはるかに高くなります。 これらの構造物での故障の可能性にもかかわらず、銅のラップメッキを使用しないビアよりも、銅のラップメッキを使用した方が依然として信頼性が高いです。この追加の銅のラップ層は、ビア壁内のメッキの構造的完全性を高めるだけでなく、ビアメッキと環状リングとの接触面積を増加させます。 基板上の銅の可視性と安定性は価値があります。 構造的完全性は、ラップメッキの上にボタンメッキを追加することでさらに高めることができます。一部のメーカーは原則としてこれを行います。ボタンメッキも、ラップメッキと同様に、ビアの上部と下部の端を覆います。その後、メッキ抵抗が剥がされ、ビアはエポキシで満たされ、最終的に表面は平滑化され、滑らかな表面が残ります。これは、IPC 6012E基準を満たしながら信頼性を最大化する最良の方法と言えるでしょう。 IPC 6012Eに準拠しためっきは、埋め込みビアが別々のレイヤースタックに分割されている限り、埋め込みビアにも簡単に適用できます。内層スタックは、スルーホールビアの場合と同様に、銅でラップすることができます。これらの内層にあるビアは、スルーホールビアと同じようにめっきすることができます。各分割されたスタックがめっきされた後、最終的なスタックアップはプリプレグを使用して配置することができます。 記事を読む
CADソフトウェアの選択：システムよりも回路を優先する CADソフトウェアの選択：システムよりも回路を優先する 1 min Thought Leadership 競合他社のツールをご利用のユーザー 競合他社のツールをご利用のユーザー 競合他社のツールをご利用のユーザー 次に作成するPCBに最適なCADツールを選択することは、デバイスを構築するために必要な適応性を提供するソフトウェアパッケージを選ぶことについてです。異なる電子アプリケーションでは、異なるルーティング戦略や許容値、カスタマイズされた電子回路が必要になる場合があります。デバイスの要件を満たすための機能を提供するCADツールが必要です。CADツールは、運用要件を満たすことができるデバイスを構築する上で重要です。 特殊なPCBは独自の電子回路を必要とし、特定のレイアウト要件を持っているため、CADツールはあらゆるタイプのPCBに適応できる必要があります。高速、高周波、多層、またはマルチボードデバイスを扱っている場合でも、アプリケーションに関係なく、CADおよび設計ツールは同じように機能するべきです。 PCB設計におけるCADツール PCBを設計する際、CADツールは回路をレイアウトするのに役立つ主要なツールです。設計段階でボードレイアウトに定義する必要がある多くのパラメータがあり、CADツールはこれを容易にしながらも、トレースやコンポーネントの正確な配置を可能にする必要があります。 レイアウトの正確性は、特定のアプリケーションのPCB内で回路要素を接続する際に特に重要です。高速デバイス、高密度インターコネクトPCB、差動ペアルーティングは、信号が回路全体で同期され、信号の整合性が維持されるように、超高精度のトレースレイアウトを必要とします。PCB設計ソフトウェアには、どのようなアプリケーションにも適応できる超高精度のCADツールが常に含まれているべきです。 すべての電子回路がICとしてきれいにパッケージされているわけではなく、デバイスに重要な機能を与える高度にカスタマイズされた回路は、PCB上に直接レイアウトする必要があります。操作が煩雑なCADツールを備えたPCB設計ソフトウェアパッケージを選択すると、レイアウトプロセスに過度の時間がかかり、回路内のコンポーネント間のルーティングが不正確になることがあります。古い格言「少ないほど良い」は、PCB CADツールには当てはまりません。 2Dおよび3D CADビュー 問題の原因を理解する 異なるPCB設計ソフトウェアプログラムは、異なる機能を持つCADツールを提供します。すべてのCADツールがトレースのルーティングや回路内のコンポーネントの配置を可能にしますが、各プログラムはCADツールの使用方法に独自のプロセスを実装しています。異なる設計プログラムは同等に作られておらず、すべてのプログラムがあらゆるアプリケーションに必要な高度なレイアウトおよびルーティング機能を含んでいるわけではありません。 CADプログラムのすべてが他の設計ツールと簡単に同期するわけではありません。たとえば、回路図とレイアウトツールが異なる動作をすることは珍しくありません。回路図とレイアウトのCADツールは、同じタスクを実行するために異なるコマンドセットを必要とすることがあります。これにより、初めてプログラムを使用する際の学習曲線がより困難になり、インターフェース間で移動するときにコマンドを再学習する必要が生じます。 CADツールと他の設計ツール間の統合が不足していると、ワークフローの制約がさらに増えるだけです。ほとんどの設計パッケージは、異なるモジュールやプログラム内で異なるツールを提供しており、各プログラムは回路を構築する際に独自の設計ワークフローを持っています。他のPCB設計パッケージは、さまざまな設計機能を単一のインターフェースに統合しようと試みますが、それぞれのツールセットは依然として異なるコマンドセットを使用し、類似のタスクに対して複数のプロセスを学習する必要があります。 しかし、それだけではありません。一部のPCB設計プラットフォームは、これらの複雑なシステムに対して包括的なアプローチを取るのではなく、特定の設計側面にのみ焦点を当てます。設計ソフトウェアがコンポーネントとIC設計にのみ焦点を当てている場合、CADツールはPCBレイアウトに適応できず、その逆も同様です。特定のタスクを中心に設計ツールを構築することは、PCB設計ソフトウェアを作成する方法ではありません。 回路設計のためのCADツールの使用 特定のアプリケーション向けに設計された回路は、CADツールに異なる機能を要求します。高速設計では、正確な長さの許容誤差のマッチングとトレースの迂回が必要です。差動ペアルーティングでは、指定された間隔で平行にトレースを正確に配置する必要があります。マルチレイヤーボードの作業では、正確なビアの定義と配置、カスタマイズ可能なレイヤースタックアップが必要です。ほとんどの場合、これらの要素のインピーダンスマッチングが必要になり、その過程で正確な分析ツールを使用する必要があります。 CADツールは、各回路要素を高精度で配置できるようにするべきです。統合設計環境内で作業することで、レイアウトとルールチェック機能を単一のインターフェース内で統一し、一貫したワークフローを提供します。アプリケーションの重要な機能に必要な回路を設計することに集中でき、精度を犠牲にすることなく進めることができます。超高精度のレイアウトは、デバイスシミュレーションに容易に変換できるため、設計が操作中にどのように機能するかを確認できます。 適応可能なCADツールは、特定のタスクを中心に構築されていません。代わりに、これらのツールは、コンポーネント設計、回路設計、またはコンポーネントのレイアウトなど、あらゆる設計タスクで機能するように設計されるべきです。設計プロセス全体に適応可能な単一のインターフェースとコマンドセットが必要です。 Altium でのマルチレイヤーボードでのインタラクティブルーティング 記事を読む
CADライブラリのためのSTEPモデル：知っておくべきこと Cadライブラリのステップモデルについて知っておくべきこと 1 min Blog CADライブラリのSTEPモデルは、電子設計と機械設計を隔離し続けています。Altium Designerの統合環境がどのようにワークフローを合理化できるかを見てみましょう。 記事を読む
mmからmilへの単位の切り替え、およびその他PCB設計の測定設定 mmからmilへの単位の切り替え、およびその他PCB設計の測定設定 1 min Blog PCBレイアウトは、最終設計を正確に反映する必要があり、指定された単位尺度に従う必要があります。Altium Designer内では、回路が作成されている回路図だけでなく、PCBレイアウトで作業するときに単位を設定する簡単な方法があります。以下の簡略なガイドでは、回路図エディターとPCBエディターでmmからmilに切り替える方法を説明します。ユーザーはこれをライブで行うか (PCBレイアウトで作業しながら)、回路図とPCBの両方の環境設定ダイアログから行うことができます。 設計中に単位を切り替える最速方法 Altium Designerは、mmとmilの2つの単位から選択できます。これらは、ほとんどのコンポーネントデータシートと機械図面、およびPCB製造に使用される ガーバーファイルで使用される標準単位です。設計作業中にユニットを切り替えたい場合にこれを行う最速の方法は、PCBエディターと回路図エディターのどちらを使用しているかによって異なります。 回路図エディターの場合- [表示] --> [単位の切替]メニューオプションで単位を変更します。 PCBエディターの場合には、次の3つのオプションがあります。 キーボードの「Q」を押す キーボードで「V」を押した後に「U」を押す [表示] --> [単位の切替] メニューオプションを使用する PCBエディターの2つのホットキーオプションに加えて、Altium Designerは他の多くのホットキーを使用して膨大な数のタスクを自動化できます。 記事を読む
回路基板のデジタルライブラリ管理: 本棚以上の機能を備えた棚 回路基板のデジタルライブラリ管理: 本棚以上の機能を備えた棚 1 min Thought Leadership 競合他社のツールをご利用のユーザー 競合他社のツールをご利用のユーザー 競合他社のツールをご利用のユーザー 「コンポーネント」という言葉を聞いたとき、IC、LED、抵抗、およびPCBの組み立てに使用するその他の電子的なハードウェアを思い浮かべるのは当然です。しかし、プリント基板設計ソフトウェアの点からみると、コンポーネントを詳しく記述する多くの情報があります。各コンポーネントには、関連付けられた記号、フットプリント、ピン配列、および基板設計CADが使用するその他のプロパティがあります。 市販の多数のコンポーネントを入手でき、またエレクトロニクス企業が新しいコンポーネントを開発する状況では、コンポーネントライブラリの管理は基板設計者の重要な任務の1つになります。設計者は通常、自分の設計で使用するために、フットプリントやシミュレーションモデルも含め、カスタマイズされたコンポーネントを作成します。 基板を設計から製造に移行できるようこの情報を1つにまとめるには、市販の最も優れた設計ソフトウェアが必要です。統合設計環境で作業すると、設計ソフトウェアはコンポーネントライブラリをシームレスに統合し、コンポーネントライブラリへの更新を回路図に簡単に反映できます。 デジタルライブラリの管理 ライブラリ管理は、 コンポーネント、サプライヤー、ライフサイクル、設計で使用する回路図などの管理を指す広義語です。市場には莫大な数のコンポーネントが出回っており、自分のライブラリにそれらのライブラリの情報を集める時間は誰にもありません。ユーザーに代わってこの情報を集めるソフトウェアを専門に開発する企業が多数あり、それによって生産性を上げ、より多くの時間を設計に費やすことが可能になります。 コンポーネントライブラリに含まれる情報は、部品番号の膨大なリストだけではありません。優れたコンポーネントライブラリには、関連する回路図シンボル、レイアウトのフットプリント、シミュレーションで使用するSPICEモデル、電気的特性などの情報が含まれている必要があります。これらのライブラリには、3Dビューワーで使用する3Dモデルも含まれます。これらの全情報を単一インターフェースでまとめると、設計プロセスが格段に効率化されます。 コンポーネントライブラリには、価格、リードタイム、適切な配置といった関連するサプライヤー情報も格納される必要があります。これにより、ユーザーは、部品リストと製造業者用の部品表の生成に必要な情報を入手できます。部品表生成ツールは、製造に移行する前に、設計から直接情報を取り出す必要があります。設計者は、回路基板のために、可能な限り効率的にビア、銅箔、およびコンポーネントを管理すべきです。 デジタルライブラリ管理は、コンポーネントおよび回路図のリストを管理するだけでは不十分です。ライブラリは、コンポーネントサプライヤーの情報やライフサイクル管理ツールと同期する必要があります。ライフサイクル管理ツールを使用すると、廃番になったコンポーネントを適切な代替品で置き換えるための必要な情報を入手できます。これらのツールは全て、別のモジュールとして切り離されているよりも、単一環境に統合されてその機能を最も発揮します。 問題の発生源の把握 基板設計CADによっては、よく使用する特定のコンポーネントのリストを含む新しいライブラリを作成できます。コンポーネントが1000個にまで増えたライブラリでは、異なるコンポーネントモデルを使用して動作するソフトウェアを使用していると、コンポーネントはほとんどシームレスには更新されません。デジタルライブラリは、ユーザーおよびユーザーの目的を考慮して、またライブラリが必要とするリソースおよび情報にアクセスできるよう作成される必要があります。 コンポーネントライブラリを、更新されたバージョンのソフトウェアに変換すると、ライブラリが破損する可能性があります。更新によって、 コンポーネントライブラリのファイル構成が変更される可能性があり、手作業でコンポーネントを構成し、更新しなければならなくなります。ソフトウェアパッケージによっては、ライブラリ管理に役立つコンポーネント情報システムが用意されていますが、アドオンとして購入する必要があります。そのような重要なツールは基板設計CADソフトウェアに備えられていて当然です。 ライブラリ管理は、ただ単に回路図のフットプリントやシンボルを更新するのではありません。設計を確実に最新状態に保つために、サプライチェーンの可用性やライフサイクルの情報を活用する必要があります。6か月前に作成したPCBのデータを開き、製造業者に成果物を送ったにもかかわらず、部品の半分は入手できないか廃番になっていることが判明した場面を想像してみてください。ライフサイクルの状態により、設計内で廃番になった部品を見つけて置き換えることができます。 統合されたデジタルライブラリ管理 統合設計環境での作業は、必要な全てのツールが単一のソフトウェアで提供されるというだけではありません。統合設計環境におけるデータ管理では、新しいコンポーネントの定義時に再利用できる統一されたコンポーネントモデルが使用されます。それらのコンポーネントモデルは、新しいコンポーネントのテンプレートとして機能し、設計およびライブラリに新しい機能を追加するために必要な時間を節約できます。 また、設計ソフトウェアは、コンポーネントライブラリとサプライチェーン情報を更新することで、生産性を向上させる必要があります。設計者は、コンポーネントの更新やサプライチェーンの情報を求めてインターネットを探し回るために時間を割く必要はありません。また、それらの重要な更新について、信頼できないサードパーティーのサービスに頼る必要もありません。さらに、統合設計環境により、ユーザーは更新を自分の回路図にシームレスに転送することもできます。 統合コンポーネントのフットプリントを修正する必要がある場合、PCB設計ソフトウェアは、フットプリントの変更を並べて表示し、比較を目視できるようにする必要があります。シンボル、ピン配列、回路図の変更も同様に簡単に比較できる必要があります。同様の考え方はコンポーネントテンプレートにも適用されます。これにより、組織の全員が、ライブラリ内のコンポーネントの変更にアクセスできるようになります。 多くのコンポーネントは、静電容量、実装スタイル、定格電圧などの共通のプロパティを共有します。高度なコンポーネント管理ツールを使用して作業している場合、それらのプロパティを各コンポーネントに、単一インターフェースで簡単に割り当てることができます。プロパティを各コンポーネントに個別に追加できるほか、Parameter Managerのコマンドを使用して、複数コンポーネントにプロパティを追加することもできます。回路基板およびデジタルライブラリは、効果的なコンテンツを作成し格納できるよう管理できます。 記事を読む
リジッドおよびリジッドフレキシブルPCBのレイヤスタックアップ リジッドおよびリジッドフレキシブルPCBのレイヤスタックアップ 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 多層PCBの構築は、レゴで建物を作るのと似ています。部品は全て簡単に組み合わせられますが、設計としてまとめるには、従うべき指示があります。最近は、シングルレイヤや、トップレイヤとボトムレイヤの組み合せは、最も単純なPCBでのみ使用されます。マルチレイヤのPCBは、今や例外ではなく標準です。製造業者は最高30層のPCBを組み立てることができます。それらの基板におけるレイヤスタックアップの方法は、実際に適用するさまざまな場面で重要です。 PCB設計者は、回路基板の作成方法における変化に対応すべく設備を整える必要があります。PCB設計者の主な設備とは何でしょうか? 言うまでもなくCADツールです。どのようなプリント基板も、後方支援のため、強力にサポートしてくれるPCB設計ソフトウェアが必要になります。これは、デザインルールの把握がやや難しい、フレキシブルおよびリジッドフレキシブル回路ではなおさらです。レイヤスタックに振り回されず、今後もフレキシブル回路基板のプリントを円滑に行いましょう。 マルチレイヤのスタックアップ方法 理想の世界では、レイヤスタックアップの方法は、EMIおよびクロストークを完全にブロックするようにトレースとGNDプレーンを配置でき、フレキシブルおよびリジッドフレキシブル設計に適応できるはずです。例えばルームの温度を過度に熱することはないでしょう。明らかにそれは無理な注文です。あらゆる要件を完璧かつ同時に満たすことのできるスタックアップの方法はありません。 ピン密度が高い基板は一般に、より多くの信号層を必要とします。また、標準的なPCBに含めるべきレイヤの数に関する一般的なガイドラインがあります。レイアウト中の配線密度に応じて、いくつかの信号層は不要で削除可能であることに気付くかもしれません。適切なレイヤ数が決まったら、EMIとクロストークへの影響に注意しながらレイヤを配置する必要があります。 典型的なマルチレイヤスタックアップは、信号層とパワー/GNDプレーンが交互に配置されます。各レイヤは、絶縁体コアまたはプリプレグによって仕切られます。推奨されるスタックアップの配置は、基板のレイヤ数によって異なりますが、レイヤ間のEMIとクロストークを抑制するため、上記のガイドラインを必ず守ってください。熱問題に対応するには、マルチレイヤ基板にもかかわる可能性のある設計上の考慮が必要です。 アナログおよびデジタル要素を持つデバイスは、マルチレイヤスタックアップに別々のGNDレイヤを使用する必要があります。2つのGNDプレーンは1点でのみ接続してください。同じことが、アナログおよびデジタル信号層にも当てはまります。アナログおよびデジタル信号層を分けて1点でのみ接続することは、ノイズ結合を回避できるよい方法です。ほかに、GNDにシングルレイヤを使用してGNDプレーンをデジタル部分とアナログ部分に分割する方法があります。 フレキシブル回路基板では、配線はそれほど問題にする必要はありません アナログおよびデジタルの信号層をそれぞれのGNDプレーンで分けるのは、 EMIを回避するよい方法です。アナログおよびデジタル信号層の間にGNDプレーンを配置すると、2つのレイヤの間に効果的なシールドを作ることになります。アナログGNDプレーンはアナログ信号層に隣接して配置する必要があります。デジタル信号層も同様です。これにより、各信号層は、それぞれのGNDプレーンにリターン電流のみを誘導します。 リジッドフレキシブルスタックアップ リジッドフレキシブルPCB設計にいったん取り組んだら、リジッド基板と同様のスタックアップを使用してフレキシブルリボンを定義する必要があります。フレキシブルリボンは、それが接続する基板より薄く、リジッド基板の内側のレイヤと同じスタックアップ構造でなければなりません。フレキシブルリボンは通常、基板間の信号を伝達する必要があります。また、GNDリターン接続が必要です。 パワープレーンまたはGNDプレーンをフレキシブルリボンを越えて拡張するつもりであれば、クロスハッチ銅箔を使用します。クロスハッチにより、純銅箔フィルムや銅箔での柔軟性が向上します。クロスハッチ銅箔は、フレキシブルリボンの信号層に シールドが必要な場合も使用する必要があります。 フレキシブルリボンに直接コンポーネントを配置する予定がない場合は、そのリボンのカバーレイの下に信号層が直接配置されている必要がありません。カバーレイの下に信号層があれば、SMTコンポーネントをリボンに直接配置できます。これが一般的な設計方法になりつつあります。 半田ランドは、カバーレイの信号層に直接配置される必要があります。カバーレイは、SMTコンポーネントが信号層にアクセスできるようパンチで穴が開けられる必要があります。必ず、自分の設計に対応してもらえることを 製造業者に確認してください。これらの機能やコンポーネントを曲げ領域に配置することは常に避け、コンポーネントの長手方向が曲げと平行になるようコンポーネントを配置します。 SMTコンポーネントはフレキシブルリボンにより効率的に管理できます リボンにコンポーネントを配置する別の方法として、ボタンメッキがあります。信号層はスタックアップのカバーレイの下に配置される必要があります。カバーレイにパンチで開けられた穴は、信号層へのアクセスにも使用されます。スルーホールビアが実装パッドに配置され、ストラクチャは特定の厚さまでメッキされます。ビアの穴が開いたままの場合は、スルーホールコンポーネントをフレキシブルリボンに配置できます。 記事を読む