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筆者について

Zachariah Peterson

Zachariah Petersonは、学界と産業界に広範な技術的経歴を持っています。PCB業界で働く前は、ポートランド州立大学で教鞭をとっていました。化学吸着ガスセンサーの研究で物理学修士号、ランダムレーザー理論と安定性に関する研究で応用物理学博士号を取得しました。科学研究の経歴は、ナノ粒子レーザー、電子および光電子半導体デバイス、環境システム、財務分析など多岐に渡っています。彼の研究成果は、いくつかの論文審査のある専門誌や会議議事録に掲載されています。また、さまざまな企業を対象に、PCB設計に関する技術系ブログ記事を何百も書いています。Zachariahは、PCB業界の他の企業と協力し、設計、および研究サービスを提供しています。IEEE Photonics Society、およびアメリカ物理学会の会員でもあります。

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PCB設計ルール 最適なPCB設計ルールシステムで、基板をエラーのない状態に保つ 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 ECADソフトウェアは、設計およびレイアウトツール上でPCB設計ルールと制約を強制することで、設計者が適切な設計を行えるようにします。新しい設計に対して設計ルールを作成するのはPCB設計者の責任であり、最終的な目的は機能性と製造性を確保することにあります。長年にわたり、主要なECADソフトウェアベンダーは、PCB設計ルールを定義するために2つの形式を発展させてきました。1つはカテゴリベースの入力システム、もう1つは制約を定義するためのマトリクスベースのシステムです。 どちらの形式も有効であり、まったく同じ結果を生み出すことができます。カテゴリベースか制約ベースかという設計ルール定義の選択は、最終的には個人の好みによります。どちらの仕組みを使うにしても、PCB設計ルールの定義を完全にコントロールするために必要な柔軟性を備えたPCB設計ソフトウェアパッケージを選ぶことが重要です。 PCB設計ルールはどこから生まれるのか? PCB設計ルールを決定づける要因は何であり、なぜそれが重要なのでしょうか。PCB設計ルールは、いくつかの要件に基づいて定義されます。 製造性に関する制約 実装に関する制約 信号完全性の要件 EMI/EMC要件 RF設計を可能にするための要件として定義されるもの これは、設計ルールが生まれる領域の一部を抜き出したにすぎません。なお、PCB設計ルールは単純な電気的機能だけに基づくものではありません。むしろ、ほとんどのPCB設計ルールや制約は製造要件に基づいて定義されます。基板を製造できなければ設計する意味はないため、製造を考慮した設計(DFM)のルールは、業界の技術コンテンツにおいて最も基本的なPCB設計ルールの一部となっています。 PCB設計ルールと制約の違い PCB設計ソフトウェアによっては「rules」という用語を使い、別のソフトウェアでは「constraints」という用語を使います。実際には、設計ルールと設計制約の間にほとんど違いはありません。この違いは単に、各ソフトウェアベンダーが選んだ語彙の違いです。これら2つの用語は、ECADソフトウェアでPCB設計ルールを作成する際のユーザーインターフェースに関連して使われています。 これを踏まえると、 PCB design software ベンダーは、一般にルールと制約を次のように区別する傾向があります。 設計ルールは通常、カテゴリベースのシステム内で定義され、個々のルールは階層化されたカテゴリ(Routing、Manufacturing、Electrical、Placementなど)の下に整理されます。各ルールは、そのルールがどのオブジェクトまたはネットに適用されるかを決定するスコープ定義とともに設定され、値は専用の設定ダイアログを通じて入力されます。ルールには優先順位を設定できるため、より具体的なルールが一般的なデフォルト設定を上書きできます。 設計制約は通常、マトリクスベースまたは表形式のシステム内で定義され、ネットクラス、層、またはオブジェクトタイプの交点にあるセルへ値を直接入力します。このアプローチでは、すべての制約値が単一のスプレッドシートのような画面に表示されるため、複数のネットやクラスにまたがる値を同時に比較しやすくなります。 実際には、どちらのアプローチでも設計ルールチェック(DRC)の際に同じ幾何学的・電気的チェックが実行されます。違いは純粋にワークフロー上の好みです。カテゴリベースのルールは細かなスコープ設定と優先順位ロジックを提供し、マトリクスベースの制約は設計全体にわたる迅速な視覚比較と一括編集を可能にします。 記事を読む
UHDI PCBにおいて、銅箔重量はシグナルインテグリティにどのような影響を与えるのでしょうか? UHDI PCBにおいて、銅箔重量はシグナルインテグリティにどのような影響を与えるのでしょうか? 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 私はこれまで、より細い線幅やより狭いクリアランスでは、なぜ銅箔重量を小さくする必要があるのかについて、動画や記事で説明してきました。主な理由は、ベースとなる銅箔の厚みが銅配線幅に近くなると、メーカーは2 mil/50ミクロンのような非常に小さい配線幅や間隔まで銅をエッチングできなくなるためです。このため、HDI PCBで使用される最小クラスの線幅と間隔では、配線断面は幅広い台形というより、正方形に近いアスペクト比を示す傾向があります。これは特にストリップライン層で顕著です。 銅膜が薄くなるほど線幅も細くなると、線路インピーダンスには何が起こるのでしょうか。特に、銅厚のある変動に対して線路インピーダンスはどのように変化するのでしょうか。これらは重要な問いです。なぜなら、伝送線路、アンテナ、プリントRF回路、あるいは銅によるインピーダンス制御が必要なその他の回路のシミュレーションで、どれだけのマージンを許容できるかに影響するからです。この記事では、これらの点を検討するとともに、実際の銅膜厚ばらつきに対する線路インピーダンス変動のデータも示します。 UHDIにおける銅の形状 前述のとおり、UHDI設計における銅配線は、一般的な矩形断面や台形断面というより、正方形に近い断面形状を持ちます。台形断面が生じるのはサブトラクティブエッチングによるもので、これはエッチャントが露出した銅箔表面を継続的に削っていくためです。銅箔重量が小さくなるとエッチング時間も短くなり、その結果、配線のエッチファクタが小さくなって、より正方形に近い形状になります。 HDIとUHDIを分ける一般的な境界は、加法プロセスを使う必要が出てくる点です。UHDI設計で用いられる50ミクロン未満の線幅を製造するには、 SAP or mSAPが必要です。加法プロセスではエッチングを行わないため、析出した銅はエッチングされた銅よりもはるかに正方形に近い形状になります。下の画像は、味の素ビルドアップフィルム(ABF)上にストリップラインとして加法形成された配線の例を示しています。配線はABF上に形成され、その後ボンディング層で覆われてストリップラインを構成します。 これらの配線のばらつきは非常に小さく、左側の画像に示された配線全体でわずか数ミクロン程度です。これを断面寸法と比べると、水平方向・垂直方向ともに約40ミクロンです。このばらつきを一般的なエッチング配線と比較すると、粗さだけでも数ミクロンに達することがあり、さらにエッジの均一性や箔の平坦性によっても同程度のばらつきが生じます。 信号整合性の観点では、ここで2つの重要な問いが生じます。 銅厚のばらつきはインピーダンスにどのような影響を与えるのか。 また、その影響は標準的な銅箔重量の場合と、UHDIにおける薄膜厚の場合とでどう比較されるのか。 大きい銅箔重量と小さい銅箔重量でのインピーダンスへの影響を調べる まず、一般的な標準PCB構成で何が起こるかを考えてみましょう。ベースの銅箔重量は通常0.5 oz/平方フィートで、スルーホールビアを形成するために外層は約1.0 oz/平方フィートの銅厚までめっきされます。 サブトラクティブエッチングで製造されるHDI設計では、より細い線幅と狭いクリアランスに対応するため、ベース銅箔重量は0.25 oz/平方フィートから始まる場合があります。その後、マイクロビア形成時に適切な重量へ影響を与えないよう穴部を選択的にめっきし、外層は0.5 記事を読む