PCBコンポーネントの作成とはどのようなものか?

Zachariah Peterson
|  投稿日 September 7, 2021
PCBコンポーネントの作成

すべての電子機器は適切に作動するコンポーネントを必要とし、またコンポーネントのモデルは CADプログラムで使用するために作成される必要があります。すべてのPCBコンポーネントには特定の情報セットが含まれ、そのすべてが回路図のシンボル、PCBフットプリント、およびコンポーネントの3Dモデルに保存されています。すべてのコンポーネントにこのような情報が含まれることで、PCB設計ツールで表示、配置および配線ができるようになります。常に浮かぶ疑問は、PCBコンポーネントにおけるこれらの機能のそれぞれは正確には何なのか、またどのように作られるのか、です。

PCBコンポーネントの作成は簡単で、いくつかの標準のCADツールが必要なだけです。コンポーネントのデータは、CADアプリケーションの中に特定の情報を描くことで作成され、そのコンポーネントのデータは新規プロジェクトで再利用するためにライブラリにパッケージされます。この記事では、PCBコンポーネントの作成およびコンポーネントを作るためお客様の設計ソフトウェアで使用できるいくつかの CADツールについて詳しく紹介します。

必要とするコンポーネントを選択します

コンポーネントの選択はすべてフロントエンド・エンジニアリングのプロセスの一貫であり、適切な一連のコンポーネント用のサプライチェーンのデータおよび電気的仕様を利用できるかどうかに左右されます。お客様のボード用に選択されるすべてのコンポーネントは調達可能であることが推奨されます、すなわち在庫があり、正規のソースから調達できるということです。CADモデル、シミュレーション、必要に応じて筐体の設計を作成することができるようにコンポーネント用に技術データも必要となります。

残念なことに、お客様のボード用に理想的な部品が見つかったとしても、シンボルやフットプリントが取り付けられていない場合もあります。この場合、これらのCADデータは手作りする必要があります。PCB設計ソフトウェアは、PCBレイアウトに含めることができるように電子コンポーネントの基本要素を作成するユーティリティが付属します。

PCBコンポーネントにおける重要な情報

すべてのコンポーネントの2つの基本要素は、回路図のシンボルと PCBフットプリントです。回路図のシンボルは回路図で接続性を定義するフロントエンドのエンジニアリングで使われ、またこれにより目的のPCBレイアウトで照応するネットが定義されます。回路図のシンボルには設計の物理的情報は何も含まれません、含むのは PCB に反映される必要のある電気接続だけです。

PCBコンポーネントの回路図のシンボル
Schematic symbol for a component.

他方、PCBフットプリントには2D図面でコンポーネントを表示するのに必要な物理的データが含まれます。PCBフットプリントのこの情報は後ほど、PCBレイアウト用にガーバーや実装データを作成するために使われます。PCBフットプリントに含めるデータは、お客様のコンポーネントのデータシートにパッドやパッケージ情報を正確に反映させる必要があります。

PCBフットプリント
PCB component footprints. The footprint for this DIP component shows the component outline on the silkscreen layer and the holes used to mount the component.

下の表は、あるコンポーネントがお客様の回路図やPCBレイアウトに正確に反映できるように回路図のシンボルとPCBフットプリントに配置する必要のあるデータを要約したものです。

コンポーネントの情報

回路図のシンボル

PCBフットプリント

製造業者の部品番号

X

 

サプライヤーの情報

X

 

ランドパターン

 

X

パッケージのアウトライン

 

X

ピンの指定

X

X

ピン名

X

X

シルクスクリーンの情報

 

X

ソルダーマスクのデータ

 

X

ピンの I/O 定義

X

 

PCBコンポーネントに必要な最後に重要な情報は、3D モデルです。これはPCBを製造させるために必要ではないものの、最新の設計では多くの場合ある程度の機械的点検や3Dの視覚化が必要とされています。MCADツールは筐体の設計に使われ、機械的干渉を点検し、PCBレイアウト用のボードの形状を作成することができます。

PCBコンポーネントのフットプリント
A component includes these important elements: a schematic symbol, PCB footprint, and 3D model.

コンポーネントのライブラリの作成

コンポーネントがPCB 用に作成されれば、一般的にライブラリにコンパイルされます。ライブラリを使えば、設計者はPCBレイアウトに必要なすべてのコンポーネントのデータおよび一連の回路図シートを単一ファイルに含めることができます。次いでコンポーネントのデータは協力者、製造業者または必要に応じてお客様と共有できます。

ライブラリは回路図のシンボル、フットプリント、または完全なコンポーネント(シンボルとPCBフットプリントの両方) を含むことができます。複数のプロジェクトにわたって数千のコンポーネントを監視する必要がある多くの会社は常勤のPCBライブラリ管理者を雇用します。この管理者の仕事は、コンポーネントがお客様向けの新規プロジェクトに組み込まれるまでにすべてのコンポーネントのデータが正確かつ最新のものであると保証することです。コンポーネントのデータは新規の設計が必要時に十分な量で調達できるようにその正確さと製造廃止か否かを確認する必要があります。

コンポーネントが作成され、設計データが検証された後は、コンポーネントを回路図およびPCBレイアウトへ追加する段階になります。ライブラリはお客様が作成する必要のある各設計が正確で最新のコンポーネントのデータを備えることを確認するのに役立ちます。

回路図とPCBレイアウトにあるコンポーネントのデータ

お客様のコンポーネントとライブラリが作成されれば、新規プロジェクトはこれらのコンポーネントを使って開始できます。既存の有効な一連のコンポーネントを使って新規プロジェクトを開始するのは、設計時間を短縮する優れた方法です。コンポーネントを再利用する必要が生じるたびに、既存のライブラリからそれを引き出し、必要とされる回路図に配置するだけです。

設計のコンポーネントが添付の3Dモデルを持つとき(通常はSTEPファイルと共に)、その設計は、多くの場合お使いのPCB設計ソフトウェアで直接、3Dで確認することができます。PCBレイアウトが完成すれば、その設計のコンポーネントは、コンポーネント、ボードおよび筐体の間で不要な干渉や衝突がないことを確かめるために機械的制約を点検することが推奨されます。クリアランスと干渉は、お客様のPCBライブラリから直接2Dと3D設計データを引き出すことで最良のPCB設計ツールを使用して自動的に3Dで点検することができます。

3D PCBレイアウト
Altium Designer allows users to view their components in a 3D PCB layout.

Altium Designer®の完全な設計機能セットを使えば、 PCBコンポーネントの作成、調達、管理その他多くが簡単にできます。すべてのAltium Designerのユーザーは、プロジェクト、コンポーネントのデータ、製造上のデータおよびすべての他のプロジェクト関係ドキュメンテーションが保存され協力者と共有できる専用ワークスペース、Altium 365®にアクセスできます。Altium Designerは、一般的なMCADおよびシミュレーションのアプリケーションとも統合され、お客様が筐体とコンポーネントの機械的制約を考慮しながらシステム設計にアプローチできるようにします。

ここでは、Altium 365 と Altium Designerで何が可能か、その一部を紹介したに過ぎません。今すぐ、Altium Designerの無償評価版をお試しください。

筆者について

筆者について

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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