PCB設計における半田ブリッジジャンパーのベストプラクティス

PCBバリアントは、古い設計から作られた新しいレイアウトだと単純に考えられがちです。しかしながら、配線とレイアウトに工夫を凝らせば、半田ブリッジジャンパーを使って1つのPCBレイアウトの一部を複数のバリアント用に構成することができます。その結果、トレースの再配線や回路図の変更を行わずにPCBのバリアントを素早く作成できます。PCBレイアウトでジャンパーを使用する場合は、他の設計上の問題が生じないようにいくつかの重要なガイドラインに従う必要があります。では半田ブリッジジャンパーを取り上げ、これらのジャンパーを使って設計のバリアントを素早く作成する方法について見ていきましょう。

半田ブリッジジャンパーとはどのようなものでしょうか。

半田ブリッジジャンパーとは、半田ボールで簡単にブリッジできる、PCB トレース上の1対のパッドに過ぎません。ゼロオーム抵抗を使ってブリッジを作る場合、はるかにきれいなレイアウトができます。ゼロオーム抵抗は非常に低コストで、表面実装コンポーネントとして利用できます。以下に示す例のように、半田ブリッジジャンパーは半田付け可能である必要はない場合があります。

以下の画像では、ブリッジしたジャンパーとブリッジしていないジャンパーをレイアウトの特定の箇所に配置しています。ブリッジしたジャンバーをブリッジしていないジャンパーに置き換える、またはその逆を行って、半田付けやゼロオーム抵抗の配置に悩むことなく、レイアウトを素早く変更して新しいバリアントを作成できます。バリアントを作成した後でも、アセンブリ後に任意のジャンパーをブリッジして引き続きデバイスを構成できます。

基板設計ソフトウェアのCADツールを使って、半田ブリッジジャンパーの回路図シンボルとPCB フットプリントを容易に作成できます。上の例では、2つのシンボルとPCBフットプリントを作成しています。一対はブリッジしたジャンパー用で、もう一対はブリッジしていないジャンパー用です。上のレイアウトで示した回路図シンボルは以下の画像で見ることができます。ブリッジしたジャンパーとブリッジしてないブリッジを交換するだけで、各種回路ブロックをアクティブ化または非アクティブ化した新しい基板を容易に作成できます。

半田ブリッジジャンパーを使用する理由

半田ブリッジジャンパーは、基板を構成可能にする優れた手段です。「構成可能」とはつまり、1つの基板設計は定義済みのレイアウトと配線で作成できるが、関連する信号経路をアセンブリ中に選択できるということを意味します。設計者は、各種ジャンパーの配置位置を注意深く選ぶことで、複数のバリアントに使用するPCBレイアウトを作成できます。

半田ブリッジジャンパーは特定の周辺機器に必要かどうかに応じて、さまざまな信号経路に配置して回路を開閉できます。ジャンパーを閉じる場合は、ブリッジする2つのパッド間に少量の半田を付けるだけです。これにより閉回路が作成され、電流がジャンパー経由で下流の部品に流れるようになります。これにはフロントエンドの配線にひと工夫必要になります。それでも、設計者は各バリアントのレイアウトを追加作成するのではなく、1つのレイアウトから複数のバリアントを作成できます。

特定の回路ブロックを簡単にオンにするために、半田ブリッジジャンパーを使用したい場合もあります。最近のプロジェクトでは、複数の半田ブリッジジャンパーを使って、同じレイアウトから試作品と既製バリアントを作成しました。ブリッジを開閉するだけで、コンポーネント、回路ブロック、または周辺機器への接続をアクティブ化したり非アクティブ化したりすることができます。

半田ブリッジジャンパーのいくつかのベストプラクティス

半田ブリッジジャンパーのレイアウト内での配置場所を選ぶ際に考慮すべき最も重要なことは、誰が基板を組み立てるのか、アセンブリ後に基板を構成する必要があるかどうか、あるいは、製造業者が同じ基板のバリアントをパネルに収容できるかどうかという点です。ゼロオーム抵抗を使用しているか、半田付けでジャンバーを閉じる予定の場合、各種コンポーネントを同じパネル内の複数の基板上に装着させない(DNP)ように製作者に依頼すると、製作者は途方に暮れたような様子になるかもしれません。(最近私が経験したように)製作者に長々と説明するのを避けたければ、上に示したような銅ブリッジしたジャンパーを使用した方がよいでしょう。

半田ブリッジジャンパーを使いやすくするには、回路図やPCBレイアウトでの配線に十分注意を払う必要があります。さらに、次の設計上のポイントにも注意してください。

伝送線路に注意する

伝送線路にゼロオーム抵抗や半田を配置する場合は、ドライバー端部のごく近くで使用することをお勧めします。ジャンパーをドライバーから離れた場所に配置して開状態にしておくと、開状態の伝送線路が出来上がり、特定の周波数に反応するアンテナとして機能することになります。ジャンパーをドライバーの近くに配置すれば、ジャンパーが開いたままでも残った銅が伝送線路として機能することはありません。

高圧線に半田ブリッジジャンパーを配置してはなりません

高圧線上で半田ブリッジジャンパーを開にすると、IPC 2221BまたはIPC-9592B規格に違反する可能性があります。ジャンパーの各端の間隔が狭すぎるとこのような違反が生じます。安全と信頼を確保するため、基板の電圧/電力に対応した耐久性のあるスイッチまたはリレーを使用する必要があります。

半田ブリッジジャンパーは再利用不可です

PCBレイアウトで半田ブリッジジャンパーを使用する場合、これらは再利用できないことを覚えておいてください。つまり、繰り返し半田付けしたり開いたりすることはできません。ゼロオーム抵抗を複数回配置したり外したりしても、PCB表面の隙間に半田を付けるわけではないので問題ないかもしれませんが、ゼロオーム抵抗も再利用してはなりません。

ジャンパーを繰り返し開閉する必要があることがわかっている場合は、SMDジャンパーピンを使用してください。使用後、必要に応じてジャンパーを引き抜くことができます。これは、最初の試作品を設計するとき、様々な動作モードや周辺機器で試す必要があるときには良い戦略となります。標準半田ブリッジジャンパーやジャンパーピンを引き続き同じレイアウトで使用することもできます。ピンヘッダーで基板に接続する周辺機器には、プラスチックジャンパーも役立ちます。配線とレイアウトによっては、半田ブリッジジャンパーを使用する必要はありません。

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