高速PCB設計における考慮事項：コンポーネント形状の考慮点

<p dir="ltr"><img alt="Closeup of two IC chips" data-entity-type="file" data-entity-uuid="55882b91-abf1-455c-b771-5571556831ae" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmJkOTQ4MWYuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9ZDNiYzdmOTk4ZWY5MmM1Y2FkMGRjNzFiMGQyODUxY2I%25253D" /></p>

<p dir="ltr">高速PCB設計を開始する際には、レイアウトに入る前に考慮すべきことがたくさんあります。<a href="https://resources.altium.com/p/high-speed-design-techniques-schematic-c…;、<a href="https://resources.altium.com/p/introduction-to-high-speed-pcb-designing…; &amp; <a href="https://resources.altium.com/p/board-layer-stackup-considerations-for-h…;、重要なコンポーネントの配置、そして高速信号の配線方法はすべて<a href="https://resources.altium.com/p/an-overview-of-the-high-speed-pcb-design…、計画が必要です。</p>

<p dir="ltr">しばしば、他のすべてと同じくらい考慮されない領域があり、それはコンポーネントのフットプリント形状です。高速設計で使用されるコンポーネントは、通常の設計で使用されるものと物理的に異なるわけではありません。しかし、パッドやコンポーネントのフットプリント形状に微妙な変更を加えることで、高速PCB設計の努力を助けることができます。</p>

<h2 dir="ltr"><a id="pad-shapes-for-high-speed-pcb-design">高速PCB設計のためのパッド形状</a></h2>

<p dir="ltr">高速設計で使用するフットプリント形状を評価する際に最初に考慮すべき項目は、フットプリントパッド形状のサイズです。ランディングパッドとも呼ばれるこれらの形状は、完成したPCB上でコンポーネントのピンがはんだ付けされる裸の金属パッドです。通常、1つまたは2つのパッド形状が複製されて、完全なコンポーネントフットプリント形状を作成します。</p>

<p dir="ltr">従来、PCBのパッドはピンよりも約30%大きいです。これらのサイズは、コンデンサや抵抗器のような表面実装部品が一方の側で立ち上がる「トゥームストーニング」といった問題を避けるために、最適な製造のために計算されています。これらの最適なサイズは、手持ちのはんだごてでの手作業による修正や、はんだ接合部の視覚的検査を可能にします。しかし、高速設計の場合、余分な金属は<a href="https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/high-speed…、重要なコンポーネント間の接続長を増加させることがあります。</p>

<p dir="ltr">回路の高速化ニーズに対応するためには、パッドサイズを小さくする必要があります。実際のピンサイズから30％パッドを大きくするのではなく、5％のような小さいパーセンテージの方が有益です。小さいパッドサイズは、可能な寄生容量を減少させるのに役立ちます。また、コンポーネント間の間隔を縮めることで接続長も短縮できます。この実践は、ボードスペースを少なく使用するため、魅力的でもあります。小さいパッドサイズを使用しても、コンポーネントのピンとPCBとの接触面積が同じであるため、その機械的強度が低下することはありません。しかし、そのトレードオフはボードの製造可能性にあります。小さいパッドサイズと狭い間隔は、ボードの製造コストを増加させます。設計チームは、PCBをレイアウトする前に、設計の高速化ニーズと製造のための設計ニーズとを交渉しなければなりません。</p>

<p dir="ltr">パッド形状の角を丸くすることも、高速設計に利益をもたらす別の改善策です。角を丸くすることで、パッドに近づけてトレースをルーティングできるようになり、接続長を短縮し、配置された回路のサイズをコンパクトにするのにも役立ちます。</p>

<p dir="ltr" style="text-align: center;"><small><img alt="Picture of dense motherboard layout" data-entity-type="file" data-entity-uuid="13c1802e-8bcd-4dd1-8500-ff742d473ed7" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmM3OWYyYTYuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9MGVkOTA5NzA0OGNhMzhjZjNkMDlmY2M0MzRjNTFmMjM%25253D" /><br />
パッドとビアの形状を改善することは、高密度設計のスペーシングに役立つかもしれません</small></p>

<h2 dir="ltr"><a id="via-shapes-need-consideration-as-well">ビアの形状も考慮が必要です</a></h2>

<p dir="ltr">Viaは通常、PCBコンポーネントの形状とは考えられていませんが、そのサイズが基板の不動産を影響するため、それもまた考慮する必要があります。また、高速回路の一部となる基板上の任意の金属も、その回路の一部として考慮される必要があります。トレースの長さ、viaのサイズ、およびviaの深さは、高速回路の計算にすべて考慮される必要があります。</p>

<p dir="ltr">最初に考慮すべきことは、viaの形状のサイズです。viaの形状のサイズは、穿孔された穴の直径によって決まるため、設計チームはレイアウト前に必要なviaのドリルサイズを検討する必要があります。小さいviaは高速信号の性能を向上させる一方で、製造コストを増加させます。しばしば、異なるサイズのviaが回路の要件やviaが電力またはグラウンドを伝導するかどうかに応じて使用されます。</p>

<p dir="ltr">viaのサイズが決定されたら、次に見るべきことは、コンポーネントパッドに対するそれらの配置です。従来、非高速設計では、製造目的で最適なパッドからviaまでの間隔を維持するために、viaはコンポーネントパッドから引き離されます。その後、パッドはトレースでviaに接続されます。しかし、これらの接続長は高速設計には長すぎるかもしれません。</p>

<p dir="ltr">接続長を短くするために、ビアをパッドに近づけたり、パッドの一部上に置いたり、あるいはパッドの完全に内側に配置することもできます。このようなビアの配置は、異なるCAD設定やDRC調整が必要になる場合があり、またはパッド形状内にビア形状を含めることもあります。また、デカップリングキャパシタのパッドとビアを繋ぐために、短くて幅の広いトレースを使用することは<a href="https://d2pgu9s4sfmw1s.cloudfront.net/UAM/Prod/Done/a062E00001d7fGQQAY/…;良い実践</a>です。</p>

<p dir="ltr" style="text-align: center;"><small><img alt="Picture of parts on a circuit board" data-entity-type="file" data-entity-uuid="e13b1f18-4a24-4d09-a94e-a9f9b3a5cd6c" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmQwYjg4ZjMuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9M2U1Mjk3YmY3Y2JkN2MzOGQwOTBmNTIzN2NmMDY3ODY%25253D" /><br />
高速設計コンポーネントは、回路に最適なパッケージを評価するべきです。</small></p>

<h2 dir="ltr"><a id="component-selection-and-placement">コンポーネントの選択と配置</a></h2>

<p dir="ltr">考慮すべきコンポーネントのフットプリントオプションもいくつかあります。ソケットにはインダクタンスが関連していることがあります。したがって、高速設計ではソケットの使用を排除または最小限に抑えることが良い実践です。正しいパッケージとそれに伴うコンポーネントフットプリントの選択も重要です。オペアンプのようなデバイスは、通常<a href="https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/high-speed…;。オペアンプの一つのバリエーションは、別のものよりも回路内のトレース長を短くすることができます。最後に、熱を考慮してコンポーネントフットプリントの形状を調整する必要があるかもしれません。熱を逃がす優れた方法は、内部プレーンに接続されたICフットプリント形状の直下にパワーパッドを配置することです。</p>

<p dir="ltr">PCBのフットプリントとパッドの形状は、高速PCB設計の作成に役立ちます。最小の変更でも、ルーティングを強化し、接続長を短縮したり、寄生インダクタンスや高速動作時の熱問題から生じる問題を減少させることができます。</p>

<p>PCB設計ソフトウェア<a href="https://resources.altium.com/p/pcb-design-software-eagle">についてもっと知りたいです…;？<a href="https://www.altium.com/contact-us">Altiumの専門家に相談してください。</a></p>