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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ソルダーマスクの拡張 使用すべきソルダーマスク拡張値 1 min Blog PCBの最上部に来るソルダーストップマスク層は、表面層の銅箔を覆う保護膜となります。コンポーネントを取り付けはんだ付けができる表面を確保するため、ソルダーマスクを表面層のランディングパッドから引き戻す必要があります。最上層のパッドからソルダーマスクを剥がすと、パッドの端がある程度拡張し、コンポーネントにNSMDまたはSMDパッドが作成されます。 アセンブリの欠陥を防ぎ、はんだ付けのための十分なスペースを確保できるよう、ソルダーストップマスクの拡張をどの程度引き戻す必要があるでしょうか？結局のところ、部品の小型化とレイアウトの高密度化が標準となっているため、ソルダーマスクの拡張によってソルダーマスクに小さなスライバが形成され、表面層に残ります。そのため、ある時点で、ソルダーマスクの最小許容スライバと必要なソルダーマスクの拡張により設計ルールの競合が起き、これら両方を同時に満たすことができなくなる場合があります。 ソルダーマスクの拡張とスライバの間でバランスをとる ペリメーター・パッド・サイズと位置ずれの許容差 これが、ポジティブなソルダーストップマスクの拡張を適用し、NSMD（Non-Solder Mask Defined）パッドを作成する主な理由です。これを正当化するのは、銅エッチングプロセスと関連しています。というのも、銅エッチングは湿式化学プロセスで、ソルダーマスクの塗布よりも精度が高いためです。そのため、パッドの全領域を常に露出させるために、パッドの周囲に十分な大きさのソルダーマスクの拡張を施しています。 ソルダーレジスト塗布プロセスの精度が低いと位置がずれる可能性があり、ソルダーストップマスクがPCBレイアウトで定義された位置と完全に一致しません。ただし、ソルダーマスクの拡張が十分に大きい場合は、位置ずれが補正され、ソルダーマスクを通してパッドが完全に見えるようになります。私が見てきた中で ソルダーマスク拡張の最小推奨値はパッド全方で3milというもので、これにより約2milの位置ずれが補正されます。 パッドがすでに十分に大きい場合は、ソルダーマスクの拡張値を小さくすることができます。より大きなパッドを使い、拡張値を小さくすると、多少の位置ずれがあっても、露出したパッド領域が十分に大きくなることが保証されます。いずれにせよ、近くのパッド/ビアの間にソルダーダムを置く必要性も検討する必要があります。 ソルバーダムの最小サイズ ソルダーレジストの最小スライバサイズにより、特定のリードピッチに適用できるソルダーストップマスクの拡張開口部が制限されます。リードピッチが十分に大きい場合は、ソルダーダムの限界に達することを心配することなく、いつでも大きなソルダーマスクの拡張を適用できます。リードピッチが狭かったり、コンポーネントが密集したりすると、ソルダーマスクの最小スライバサイズに影響する可能性があります。その場合、位置ずれを補正するか、ソルダーダムを常に確保するかを決定する必要があります。ピッチ配列が細かいコンポーネントでは、後者を選択するのがお勧めです。 ソルダーストップマスクウェブをPCB基板の表面に貼り付けるには少なくとも約3mil必要なので、パッドピッチが20mil以上の場合、パッド周りのソルダーマスクの膨張を最小限に抑えることができます。内部リード（BGAフットプリントの内部ボールなど）では、SMDパッドを使用し、パッドとビアの間に小さなダムを配置するのが適切です。 値の決定は製造会社に任せるべきか？ ブランケット設計ルールを設定し、0milまたは1milの拡張を適用して密度要件を達成できるようにした場合、製造業者は追加の拡張値を適用する可能性があります。この場合、製造業者は貴社にそれを伝えないかもしれません。ですから、表面層のパッドとソルダーストップマスクステンシルの間の位置ずれを補正するために製造業者が拡張値を適用することがあることを知っておくとよいでしょう。 私自身は、次の2つの理由から、ほとんどのプロジェクトでマスクを0milに設定しています。 非常に高密度のレイアウトでない限り、ほとんどのコンポーネントに使用しているフットプリントには十分な大きさのパッドがあり、一般的な程度の位置ずれでパッドのはんだ付け領域が大幅に減少することがないため。 私が契約している製造業者は数社しかなく、彼らがソルダーマスクの拡張値を増やす傾向にあることや、そのプロセスについて私自身がよく理解しており、彼らが DFMレポートを送ってくるときには、どのような修正したいのかを正確に確認する機会があるため。 2点目は、契約先の製造業者や実装業者の作業の傾向やプロセスを貴社が理解しておくべき理由を浮き彫りにしています。当社には、中小規模の顧客プロジェクトに限って使用する製造パートナーが数社あり、彼らが何を期待し、最初のDFM/DFAレビューの後に当社が受け取るかもしれないフィードバックを把握しています。 記事を読む
差動ペア、差動信号とは> 差動ペア、差動信号とは? 1 min Thought Leadership PCB設計者 電気技術者 シミュレーションエンジニア PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア 差動ペアと差動信号は、高速デジタル通信とデータ転送の中心的な要素です。 記事を読む
寄生容量 PCBレイアウトにおける寄生容量の低減方法 1 min Blog パラシティック容量を減らして、PCBレイアウト内の高周波ノイズの結合を防ぐ方法を学びましょう。 記事を読む
モード選択型伝送線路 モード選択型伝送線路を用いたmmWaveルーティングを活用する 1 min Thought Leadership 高周波数およびデータレートチャネルは、モード選択型伝送線路として配線することができます。この配線技術を検討すべき時について説明します。 記事を読む
米国政府が米国のPCB製造の活性化を呼びかけ 米国政府が米国のPCB生産と製造の活性化を呼びかけ 1 min Engineering News よほど浮世離れしている方でない限り、信頼できる半導体のサプライヤーを見つけることが非常に困難になってきていると多くの人が感じていると思います。企業は、必要に応じた調達戦略を実践することで膨大な消費者需要に対処する一方で、半導体業界は製造工程への新たな投資で対応しています。 ユナイテッド・マイクロエレクトロニクスは海外で数十億ドルの追加投資を行い、またインテルは オハイオ州に2つの新工場を建設するという200億ドルの投資を行い、話題の的となりました。 半導体業界は多くの新規投資を行っており、需要の高まりはずっと続くことが予想されていますが、PCBの最前線では何が起こるのでしょうか。外注体制が北米、特に米国国内のPCB製造業界を壊滅させている原因となっていることはよく知られています。国内のPCB製造業界の大部分は、軍用PCBの製造、機密性の高いIPを使用したアセンブリ、短納期の試作や、契約製造、またはロータッチ製造といった分野に追いやられてきました。 米国国土安全保障省（DHS）と米国商務省（DoC）が2月24日に発表した新しい報告書によると、ホワイトハウスは情報通信技術（ICT）のオンショア製造能力の戦略的重要性を認識しているそうです。これは、米国政府の電子機器サプライチェーン全体の見方と、ICT製品におけるPCBの役割が大きく変化したことを示しています。 DHS/DoCの報告書へはこちらからアクセスできます。 DHS/DoC報告書の内容 DHS/DoCの報告書は、ベアPCBなどの上流コンポーネントから、アセンブリやアプリケーション開発まで、ICTサプライチェーンのあらゆる側面に焦点を当てています。さらに、PCBサプライチェーンのリスクに関して、今後の業界の指針となりうる重要な結論を導き出しています。 米国は多くの製品分野でICTイノベーションをけん引していますが、PCBとPCBAの生産は中国への集中が進んでいます。OEMによる海外企業へのファームウェア開発の外注は引き続き行われています。 外注製造は、IPのセキュリティリスクを生み出します。データ処理とサイバーセキュリティに関する対応に透明性が欠けているため、技術データが外部に公開されることでリスクが発生します。 外注製造は、従業員のセキュリティリスクも生み出します。仕事の増加が予想されるにもかかわらず、業界では、製造およびソフトウェア開発において国内で人材を見つけるのに苦労していると言われています。 OEMは、製品の開発と製造において、限られた数の供給源に大きく依存しています。 ICT産業の基盤の現状により、米国は複数の「知的財産の盗難、経済的依存、脆弱な労働基準、気候への懸念に起因する外部から派生したリスク」に対して脆弱性を持つ事態となっています。 ここで指摘されたリスクは、米国の電子機器製造手法の欠陥を指摘した 先月のIPC報告書で見られた指摘と一致します。具体的に言えば、生産能力の外注と中国への製造能力の集中が、上記のリスクの根本的な原因となっています。中国でPCB製造が行えなくなってしまったら、経済が深刻な被害を受けることとなります。 米国のPCB業界が外注業務に支払ってきた代償が、ここ数年の間にサプライチェーンと地政学的な側面における不安定性に直面してようやく明るみに出てきたのです。国内生産能力の問題は比較的迅速に解決できますが、労働力の問題ははるかに深刻で、多額の投資が必要です。高度な電子機器の製造に不可欠な知識は、現在働く従業員の世代が引退するにつれて失われる可能性があります。 今後の展望 報告書内では、避けるべきサプライチェーンのリスクに対処するための行動方針が7つ示されており、国内製造、労働力開発、製造業者による持続的な研究開発などが挙げられています。現在、世界のPCB生産において米国のシェアは以前の30%越えからわずか4%にまで低下しており、電子機器製造サービス（EMS）企業上位20社のうち米国に拠点を置く企業は4社のみとなっています。新型コロナウイルス流行中に重大なサプライチェーンの問題を抱えた米国とヨーロッパの企業は、特にAPAC地域への外部委託に過度に依存しているところでした。 米国とAPAC地域の生産能力の差は2000年頃から見られるようになり、以下のIPCデータに見られるように、米国外での生産が着実に増加しています。 上記のデータは2014年までのものですが、現在もその傾向が続いており、現在販売されているPCBの50%以上が中国で生産されていることは有名です。海外での製造は悪いことではありませんが、リスクを管理することも重要であり、それは分散化によってのみ可能になります。 記事を読む
PCBルーティングにおける電磁ソルバーを用いた寄生抽出 PCBルーティングにおける電磁ソルバーを用いた寄生抽出 1 min Blog PCB設計者 シミュレーションエンジニア 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア 電気技術者 電気技術者 寄生抽出：集積回路設計コミュニティは、特にゲート特性が約350 nm以下に減少し、チップが高速で動作する場合、毎日この課題に取り組まなければなりません。PCBコミュニティも、電力供給ネットワークをより良く設計し、正確なインピーダンスを持つ相互接続を行い、クロストークや結合メカニズムを適切に定量化するために、この考えに取り組む必要があります。特定のジオメトリからレイアウトの寄生を抽出するために使用できる多くのサードパーティアプリケーションがありますが、これらのツールの結果は、ほとんどの設計ソフトウェアで使用するには実用的ではありません。 PCBで寄生について心配する理由は何であり、設計プロセスでこれらをどのように扱うことができるのでしょうか？意図的および非意図的な寄生は、PCB内の信号および電力の挙動を完全に担っています。インピーダンスを計算するとき、実際には2つの重要な寄生を計算しており、これらをルーティングエンジンの一部として使用しています。これらの値を、クロストークの予測、過渡現象やリンギングを伴う電力シミュレーション、または露出したトレースへのESDパルスの結合などのために使用することもできます。 トレースのための寄生抽出 作成するPCBスタックアップは、導体に影響を与える寄生成分を部分的に決定します。実際には、特定のトレースの周りのPCBレイアウトで生じる寄生成分を決定するために複雑なフィールドソルバーは必要ありません。PCBレイアウトに配置するトレースは、そのインピーダンスを決定する自然な寄生容量と寄生インダクタンスを持っています。しかし、トレースの近くに銅を持ってくると、追加の相互容量とインダクタンスが発生し、トレースのインピーダンスが変更されます。実際には、インピーダンス計算ツールや文献やフィールドソルバーユーティリティ（Ansys、COMSOLなど）のいくつかの分析式を使用して、これらの寄生値を決定することが可能です。 PCB上の単一トレース（幅に関係なく）については、寄生容量とインダクタンスを2つの方法で取得できます： 直接計算、フィールドソルバーや学術誌の論文に見られるいくつかの複雑な分析式が必要です 比較による計算、これは寄生成分のないインピーダンス計算とカップルトレースインピーダンス計算を比較することを含みます 最初の点、直接計算は非常に強力で、いくつかの高価なソフトウェアが必要です。また、文献で特定の構造に関する式を見つけることができますが、これらは潜在的に数十のパラメータを含む非常に複雑な式であることがよくあります。異なる構造の相互結合式も一般化が非常に少ないです。 第二のポイントである比較による決定は、公式が利用可能であれば実際には比較的簡単で、異なる計算機からのインピーダンス値を比較するだけの問題です。これは基本的に、私が以前の記事で銅のプールと50オームのインピーダンスを持つマイクロストリップ/ストリップライン間のクリアランスについて行ったことです。 特定の幅のインピーダンス値を比較することによって、パラシティクスがインピーダンスに顕著な効果を及ぼす時期を決定することができます。 次のセクションでは、同様のアプローチを取りますが、Altium Designerのフィールドソルバーを使用して結果を生成します。単一エンドトレースインピーダンス計算の結果を使用し、これらを他のトレースインピーダンス計算と比較することで、いくつかの単純な公式を使ってパラシティクスの値を迅速に抽出することができます。 方法 ここでの方法は単純で、孤立したトレースのインピーダンス計算とパラシティクスを持つトレースのインピーダンス計算を比較することに依存しています。この方法で、パラシティクスの値、つまり相互容量とインダクタンスを計算することができます。この例では、Altium Designerで返される値である損失のないインピーダンスを使用していることに注意してください。しかし、これはGHz周波数までのパラシティクスの非常に正確な推定を提供します。 注意: 他のブログで作成した計算機アプリケーション（例えば、私が作成した計算機）やAltium DesignerのLayer Stack 記事を読む