Mobile menu
PCB設計
ホーム PCB設計

PCB設計

業界をリードする専門家によるPCB設計の最新情報をご覧ください。

Learn How Altium Supports PCB Designers
Filter
見つかりました
Sort by
役割
ソフトウェア
コンテンツタイプ
適用
フィルターをクリア
2019年の製造のための設計に関するトップ5のヒント 2019年の製造のための設計に関するトップ5のヒント 1 min Blog 最近、ある大手の電子業界ブログを閲覧していたところ、「製造のための設計」に関するトップ10の間違いについての記事を見つけました。面白くて斬新な内容かもしれないと思い、その記事を読みましたが、驚いたことに、それは10年前に読んだ記事のコピー＆ペーストであり、その記事自体もほぼ10年前の記事の焼き直しでした。古い記事を再加工して「新しい」コンテンツとしてラベリングするのは好きではありません。なぜなら、それは誤った経験則や、さらに悪いことに、無効な「業界のベストプラクティス」を作り出し、永続させる主な方法だからです。電子業界は非常に急速に変化するため、10年以上前に書かれたほとんどのコンテンツは今や時代遅れです。これらの記事で言及されているトップの間違いのいくつかを見て、それらに光を当て、そして今日の業界基準に関連する実際のトップのヒントをいくつか考えてみましょう。 トップの間違いの中のトップの間違い 鋭角を避ける 2019年後半になりましたが、私たちは最も安価で些細なプロトタイプのPCBでさえ、エッチングプロセスに問題があったとしても、任意の電気的欠陥がある基板を排除するためにフライングプローブチェックを受ける時代にいます。以前読んだ古い記事が私たちに避けるよう警告した最大の間違いは、鋭角でした。なぜなら、それらは酸の罠を作り出す可能性があるからです。トナー転写と自宅でのエッチングを使用している場合、これは真実かもしれませんが、現代の製造方法では、これは問題になりません。 フォトアクティベートされたレジスト層を持つボードに使用される光活性エッチング溶液は、ボードファブで非常に一般的です。これらのエッチャントは、鮮明なシャープな特徴を与え、エッチャントが溜まっても、十分な光を得られないため活性化しません。家庭でも非常に簡単に光活性レジスト層を使用することができます。現代のエッチングプロセスは、過去に比べて酸の罠のリスクを大幅に減少させます。 ビア・イン・パッドを避ける 一般的には、ビア・イン・パッドを間違いだと考えています。しかし、その記事では、熱的な理由からビア・イン・パッドを使用すべきだった例を挙げていました。多くの高電流デバイスは、メーカーがフットプリントに対して推奨するほど、ビア・イン・パッドを必要とします。それが、パッケージから効率よく熱を取り除く唯一の方法です。 その記事では、ビア・イン・パッドを使用すると、すべてのはんだが吸い取られてドライジョイントが残ると主張していました。これは100％真実です。確かに毛細管作用によりはんだが引き抜かれますが、ビアの両側をテント処理することでこれを完全に防ぐことができます。特定のケースでは、パッドにはんだマスクを全くしたくない場合、パッドと反対側のビアだけをテント処理することができます。これは、0.4mmまでのビアに対してかなり信頼性がありますが、まだ不安な場合は、ビアの反対側にシルクスクリーンを追加することもできます。これにより、ビアが完全にキャップされることが保証されます。 偶然にも、パッド上のビアだけに注意すべきではありません。テント処理されていないビアをパッドの非常に近くに配置すると、そのビアがパッドからはんだを吸い取る可能性もあります。 複数の工具サイズの使用を避ける 製造業者が非常に厳しい公差で作業する場合、ボード上に似ているが完全に同一ではない穴のサイズを多用すると、ボードのコストが増加する可能性があるという記事の主張でした。しかし、今日のドリリング技術を見ると、これは真実からはほど遠いです。産業用PCBドリルのツールマガジンには、人類が知る限りのほぼすべてのマイクロドリルサイズが含まれており、ツールの交換は信じられないほど迅速です。たとえ13.5milと14milの穴がそれぞれの正確なサイズのドリルビットで穿たれたとしても、PCBシートごとに追加で数秒しかかからないかもしれません。一般的に、ボード製造業者は、これらの穴を公差要件内、または図面で指定した公差内である限り、すべての穴を一つのサイズに丸めます。 PCBのスロットについても同様です。非常に小さいスロット（30-40mil）を使用しても、または20milエンドミルでスロットの角を大きな工具で四角くするための別のフライス加工ルートを指定しても、ペナルティを課されたPCB製造業者にはまだ出会っていません。 パッド上のシルクスクリーンを避ける 密に配線されたボードでは、あるコンポーネントのシルクスクリーンが別のコンポーネントのパッドに乗るのを避けることは不可能かもしれません。この正確な理由から、私のAltiumライブラリでは、ピン1の指示器シルクスクリーンドットと、可能な限りコンポーネントの下にシルクスクリーン機能を使用して、向きを簡単に判断できるようにしています。まだ、パッドからシルクスクリーンを自動的にクリーニングしてくれる、または少なくともそれを希望するかどうか尋ねてくれる予算のある、または高価なボードハウスには出会っていません。 もしパッドにシルクスクリーンがあるボードを受け取った場合、そのパッドでのはんだの濡れ広がりに大きな問題を引き起こし、それが悪い接合を引き起こす可能性があります。しかし、今日の製造業者では、私が経験したことのない問題です。 パッド間にはんだマスクを追加しない この「間違い」を見ると、ただただ頭を振るしかありません。どうしてボード上のパッド間にマスクを追加するのを忘れることができるのでしょうか？Altiumやほぼすべての設計ツールがこれを自動で処理してくれます。多くの細ピッチコンポーネントは、パッド間にはんだマスクを許容しないクリアランスギャップを持っています。それにもかかわらず、Altiumがパッド間に1/1000ミル幅のマスクを生成するのを見たことがあります。Altiumのデフォルトの設計ルールでも、パッド間のはんだマスクを指定するのに完璧に機能します。 パッド間のマスクが小さすぎる場合、良心的な基板製造業者は進行する前に知らせてくれますし、あまり気にしない基板製造業者はその機能を削除してそのまま進めます。 サイズが間違ったフットプリント 数年間、私は実際に購入可能な部品をスキーマティックキャプチャレベルで設計に配置できる大規模なオープンソースのデータベースライブラリを公開してきました。完全で正確な3Dモデルと、Altiumの3Dボードビューおよび3Dボディの衝突チェックを使用すると、部品が衝突する設計を完成させることは非常に難しくなります。Concord 記事を読む
Altium Designer 統合プラットフォームの機能 Altium Designer 統合プラットフォームの機能 1 min Blog プリント基板CADのAltium Designer統合プラットフォームは、各ツール共通のユーザーインターフェイスとしての機能を、包括的に提供します。ユーザーが対話編集を行ったり自動機能を利用したりする為に必要なドキュメントウィンドウやコマンドメニューなどの画面要素に加え、ライセンスとエクステンションを管理する為の機能を備えています。 ライセンスの管理 [License Management] ページでAltium Designerのライセンスを管理できます。このページには購入したライセンスの種類やコンディションなどの明細がリストされます。ユーザーはこのリストから使用するライセンスを選んで認証します。 [License Management]ページ：ユーザーアイコンをクリックしてメニューから [Licences…]を選択すると、[License Management]ページが開きます。 Altium Designerをお使いの方は、すでにこの [License Management] ページでライセンスを認証されているはずですが、単にライセンスを有効にするだけでなく、ライセンスタイプの変更やローミングモードへの切替えなど、より便利に使用するために役立つ機能を備えています。また、無償の評価版やビューワのライセンスもここで管理できます。 Altium Designerでは、On-Demand(オンデマンド)、Private Server(プライベートサーバー) 、Standalone(スタンドアロン)の3タイプのライセンスが用意されており、On-DemandとStandaloneのライセンスをここで管理できます。このうちのOn-Demandにはローミングというモードが用意されており、このモードの切り替えもこの画面で行います。 記事を読む
RF PCBで位相同期ループICをレイアウトする方法 RF PCBで位相同期ループICをレイアウトする方法 1 min Thought Leadership 通信システム、無線システム、および周波数合成が必要なその他のRFデバイスの一部として、位相同期ループはPCB設計において重要な役割を果たします。高周波トランシーバーや高速デジタルデバイスには、安定した内部制御可能なクロック信号を提供する統合VCOレイアウトとともに、統合された位相同期ループが含まれています。しかし、一部のPLL ICは、パッケージ内に統合VCOレイアウトを含む、個別のICとして利用可能です。合計すると、PLLはRF PCB設計において、復調、位相ノイズの除去、周波数合成におけるクリーンな波形の提供など、いくつかの重要なタスクを可能にします。 PCB内の位相同期ループは、他のRF PCBと同様に、寄生効果の影響を受ける可能性があり、設計者は個別の位相同期ループを使用している場合、賢明なレイアウト選択を行うべきです。 位相同期ループの使用目的は何ですか？ 位相同期ループには、アナログ（RF）システムや、ボード全体で正確なクロックおよび信号同期が必要なシステムにおいて、いくつかの重要な機能があります。ここでは、位相同期ループの基本的な機能と、それらがRF PCBにおいて重要である理由をいくつか紹介します。 フェーズノイズの除去：フェーズロックループは、電圧制御発振器（VCO）によって提供される基準と同期することで、基準信号からフェーズノイズを除去するためにも使用できます。過去には、これらのタスクにいくつかの別々のコンポーネントを使用していましたが、現在のフェーズロックループはVCOのレイアウトをICに統合しています。 周波数合成：アナログまたはデジタルのフェーズロックループは、ある基準よりも高いまたは低い周波数での周波数合成にも使用できます。デジタル合成の観点からは、フェーズロックループを使用してデジタルパルスの繰り返し率を減少または増加させることができます。どちらの場合も、商用および実験用のフェーズロックループでGHzの10倍の振動/繰り返し率に達することができ、多くのRFアプリケーションをサポートできます。 FM信号の復調：フェーズロックループにFM信号が供給されると、VCOはその瞬時周波数を追跡します。ループフィルターステージ（下記参照）からの誤差電圧出力、つまりVCOを制御するものは、復調されたFM出力と等しくなります。 低速/低周波数では、特定のドライバーの位相ノイズは通常、それを補償するために位相同期ループを利用する必要がないほど低いです。主な原因は、PCBレイアウトレベルで修正できる他の問題によるものです。 位相同期ループの各コンポーネントの役割 位相同期ループは、アナログアプリケーションではVCOからの負のフィードバックを使用し、デジタルアプリケーションでは数値制御オシレータ（NCO）を使用します。アナログアプリケーションでは、VCOまたはNCOからの出力周波数は、それぞれ入力電圧またはデジタル入力に依存します。いずれの場合も、PLLからの出力は、参照入力信号との位相差に比例します。位相差（そして出力）が時間とともに変化しない場合、その二つの信号は同じ周波数でロックされます。 RFシステムでは、アナログVCOからの出力は入力電圧に依存するため、参照 クロック信号を変調するのに役立ちます。位相同期ループ内では、VCOはループフィルターを使用して特定の参照に効果的にロックします。アナログ位相同期ループでは、ループフィルターが所望の参照信号にロックするまでに時間がかかります（約100 nsに達します）。 ループフィルターからの出力は、位相同期ループ内でも特別な位置を占めます。VCOを使用して所望のキャリア信号にロックする場合、周波数または位相変調信号は通常、位相同期ループのロック時間よりもはるかに速い速度で変調されます。この場合、ループフィルターは、参照とVCO信号の瞬時位相差に比例するエラー信号を出力します。変調された参照信号がキャリアとして位相同期ループに入力されると、このエラー信号は実際に復調された信号です。 位相同期ループのブロック図 位相同期ループのためのPCBレイアウト 記事を読む
なぜ、そしてどのようにして次の設計でアルミニウムPCB基板を使用するか なぜ、そしてどのようにして次のスタックアップ設計にアルミニウムPCB基板を使用するか 1 min Thought Leadership アルミニウムは、ただのソーダ缶以上のものに使えます 30代になってからはあまりソーダを飲まなくなりましたが、コーラの缶を作る以外にもアルミニウムには多くの用途があることを知っています。その一つが、PCBのコアとしての熱管理のための材料としての使用です。アルミニウムは高い熱伝導率を持ち、他の受動的または能動的な冷却手段ではコンポーネントの温度を十分に低下させることができない場合に、PCB上のアクティブコンポーネントから熱を運び去るために使用することができます。 熱管理のためのアルミニウムPCBの使用 アクティブコンポーネントは大量の電力を消散させるため、CPUや大量のスイッチングトランジスタを持つ他のコンポーネントに冷却ファンを使用します。周囲温度が過度に高い場合、能動的な冷却手段は、基板の温度を周囲のレベルに近づけるためにのみ有効です。さらに、能動的な冷却で放散できる熱量には限界があります。これが、アクティブコンポーネントから熱を逃がすために追加の戦略が必要とされる場所です。 アルミニウムは、PCBのコアに使用できる代替材料の一つであり、一般に誤って「アルミニウムPCB」と呼ばれることがあります。PCBの金属コアとしてアルミニウムを使用することで、その高い熱伝導率のおかげで、アクティブコンポーネントから熱を容易に逃がすことができます。アルミニウムまたは他の金属をPCBのコアに使用することで、熱がボード全体により均一に分散されます。 これをFR4と比較すると、FR4はPCB基板用の 代替材料の中でも比較的熱伝導率が低い方です。PCB上のアクティブコンポーネントの近くにホットスポットが形成されることがあり、熱を逃がし、温度を安全なレベルに保つためにアクティブおよびパッシブの冷却手段が使用されます。アクティブコンポーネントから発生する熱は、熱ビアやランドを使用して、コンポーネント層から内部のグラウンドまたは電源プレーンに運ばれることもあります。 これを、PCB基板用の他の 代替材料と比較して、比較的熱伝導率が低いFR4と対比してください。 PCBのホットスポットはアクティブコンポーネントの近くに形成される可能性があるため、熱を放散して温度を安全なレベルに下げるために、アクティブおよびパッシブ冷却手段を使用します。 アクティブコンポーネントによって生成された熱は、熱ビアやランドを使用して、コンポーネント層から内部のグラウンドまたは電源プレーンに移動させることもできます。 アルミニウムPCBスタックアップ アルミニウムPCBを製造の観点から見ると奇妙な選択に思えるかもしれませんが、アルミニウムPCBで使用できるスタックアップは、FR4基板で使用できるスタックアップに似ています。以下の画像に示すスタックアップの例です： アルミニウムPCBの例示レイヤースタック アルミニウムPCBスタックアップは、以下の考慮事項で設計されるべきです： 表面層：これは標準の銅箔層です。一部のメーカーは、FR4で使用されるよりも重い銅（最大10オンス）の使用を推奨します。 誘電体層：内部の誘電体層は、プリプレグとして機能する任意の熱伝導性層です。これはポリマーや セラミック層であることができます。特に熱伝導率に対する電気伝導率の比率が高いセラミックを選択することで、熱管理を助けつつ十分な絶縁を提供します。誘電体層の典型的な厚さは0.05から0.2 mmです。 アルミニウム膜層：アルミニウム膜層は、望ましくないエッチングからアルミニウムコアを保護する保護的な役割を果たします。これは非常に薄い絶縁層であり、コアを通してドリルされた任意のビア（下記参照）にとって重要な役割を果たします。 記事を読む
PDNにおけるデカップリング、インダクタンス、および抵抗の役割 PDNにおけるデカップリング、インダクタ、および抵抗の役割 1 min Thought Leadership RFデカップリングキャパシタの役割とは何ですか？私のPCBにデカップリング回路が必要ですか？一部の設計者は、電力分配ネットワークを設計する際に、デカップリング、インダクタンス、および抵抗の役割を見落とすことがあります。 記事を読む
デジタルICにはどのサイズのデカップリングコンデンサを使用すべきですか？ デカップリングコンデンサの計算：デジタルICにはどのサイズを使用すべきですか？ 1 min Blog これらのデカップリングコンデンサは適切なサイズですか？ PCB設計ガイドライン、特に高速デジタル設計の「専門家」が繰り返し指摘することの一つに、適切なデカップリングコンデンサのサイズを見つける必要性があります。これは、これらのコンデンサがPDNで何をすることが期待されているのか、また電源の整合性を保証する上での彼らの役割を完全に理解せずに対処されることがあります。また、デジタル集積回路の電源ピンとグラウンドピンをブリッジするために、3つのコンデンサ（通常は1 nF、10 nF、100 nFなど）を配置するという数十年前のガイドラインをデフォルトとするアプリケーションノートも多く見かけます。過去には、これで十分だったかもしれません。高速デジタルコンポーネントで生じる電源の整合性の問題は、コア電圧に干渉するほど悪くなかったので、3つのコンデンサが行う仕事は十分でした。 今日の高速集積回路は、複数の出力を持ち、コア電圧が低い（1.0Vまで低い）ため、昔の遅いコンポーネントよりもはるかに厳しいノイズ制約を持っています。厳しいノイズ制約とは、より正確なデカップリングが必要であることを意味します。このため、今日の比較的強力なMCUやその他多くのデジタルコンポーネントを扱う設計者は、デカップリングキャップを適切にサイズする方法を知っておく必要があります。では、最良の方法は何でしょうか？一般的に、これを行う方法は2つあります。それぞれを見て、デカップリングキャパシタの値を計算する方法と、なぜ古い「3つのデカップリングキャパシタの神話」が現代の高速デジタル設計では関係ないのかを見てみましょう。 等価キャパシタモデルの理解 デジタル設計に必要なデカップリングキャパシタのサイズを決定する前に、キャパシタの基本的な回路モデルを理解する必要があります。キャパシタが理論通りに振る舞うと思いたいところですが、実際にはそうではありません。すべてのキャパシタには、そのインピーダンススペクトルを定義するリード上にある程度のインダクタンスがあり、これは実験的に直列RLCネットワークとしてモデル化されます： キャパシタをモデル化するための等価RLC回路 このモデルでは、ESRとESLはそれぞれ等価直列抵抗と等価直列インダクタンスです。Cの値は、コンポーネントのデータシートに記載されているキャパシタンスとして取ることができます。最後に、Rの値はキャパシタを形成する誘電体の導電率を考慮しています。これは、キャパシタが充電されて回路から取り外された後に発生する一時的な漏れ電流を考慮しています。この値は通常、無視できるほど大きいです。 このモデルでRを無視すると、値（ESR/(2*ESL)）は、回路の端に接続された負荷が0オームであると仮定した場合の等価回路の減衰定数です。これは、回路がフル充電/放電下で入力電圧の変化に対応するために必要な最小時間です。キャパシタのデータシートには減衰定数は記載されていませんが、代わりに下記のようなインピーダンススペクトルグラフを示しています。必要であれば、データシートのESLとESRの値を使用して減衰定数を計算することができます。 最後に、 すべての実際のキャパシタには自己共振周波数があり、任意の直列RLC回路の値と等しく、この場合は次のとおりです： 自己共振周波数は、インピーダンススペクトルグラフで確認できます。以下に、実際のAVXキャパシタの例を示します。 デカップリングキャパシタは実際に何をするのか？ これは、デジタル集積回路の電力整合性を保証するためにデカップリングキャパシタが必要な理由を理解するのに非常に役立つ素晴らしい質問です。全てのキャパシタは、直流電源に接続されたときに平衡状態で電荷を蓄えます。キャパシタ内の板は充電され、総電荷量はQ = CVに等しくなります。もしVが変動したり少し落ちたりすると、その電荷Qの一部が放出され、小さな電池のように負荷に供給されます。 デジタル回路に接続された実際のコンデンサーで生じる問題は、電圧降下が単一の周波数で発生しないことです。ソース電圧の時間依存の変動や回路への突然の電流バーストは、オシロスコープ上で鋭いエッジレートを持つスパイクのように見えることがよくあります。これは、その信号に関連するパワースペクトラムが一連の周波数にわたって広がり、自己共振と重なることを意味します。結果として、コンデンサーは応答して放電し、 電源バス上に一過性の振動を引き起こします。この電力が電源バス上のデジタルコンデンサICによってPDNに引き込まれる場合、電源バス上の一過性は電源ピンでのリンギングとして現れます。しかし、適切なデカップリングコンデンサのサイズと数が選択されれば、この変動は最小限に抑えることができます。これが、3つのコンデンサの持続的なガイドラインがある理由です。それは、安定した電力を確保しようとする際に、最も悪くない配置とサイズ付けです。 記事を読む
対称ストリップラインインピーダンス計算機と公式 対称ストリップラインのインダクタンスまたはインピーダンス計算機と公式 1 min Blog 以前の記事 では、表面および埋め込みマイクロストリップトレースの インピーダンスを計算する際に、異なる計算機を使用すると生じる不整合について見てきました。前の記事で述べた多くの問題は、ストリップラインインピーダンス計算機にも当てはまります。対称ストリップラインは、非対称ストリップラインよりも、数値的にも解析的にも対処しやすいです。ここでは、対称ストリップラインのさまざまなインピーダンス公式と計算機の短い比較を行います。 IPC公式とワデルの方法 マイクロストリップインピーダンス計算機の場合と同様に、ストリップラインインピーダンス計算機は、IPC-2141公式またはワデルの方程式に依存する傾向があります。計算機がこれらの方程式を適切な近似の下で実装しているかどうかは常に慎重に確認するべきです。始めるために、この記事の方程式で使用される記号は、以下に示される幾何学に対応しています： 対称ストリップラインの幾何学 多くの計算機は、上記の図の幾何学的パラメータに対するさまざまな限界について、方程式を一連の近似に分割します。これらの方程式は、ワデルの方法を使用して見つけることができます。特定の（相互に排他的ではない）近似の下で、以下の方程式はストリップラインのインピーダンスを定義します： 狭いストリップのためのストリップラインインピーダンス方程式 広いストリップラインの場合、上記の方程式はフリンジ容量係数の観点から次の方程式に簡略化されます： 広いストリップのストリップラインインピーダンス方程式 上記の解は、IPC-2141規格で明確に定義されています。一般に、これらの方程式は実験結果と比較して約1%の誤差を生じますが、これはマイクロストリップ伝送線のIPC標準方程式よりもはるかに高い精度です。IPC-2141標準が正しい定義を使用している一例です。 良い計算機は、関連する限界を自動的に区別し、ユーザーの入力に基づいて正しい方程式を適用します。他の計算機は、ユーザーが狭いストリップラインまたは広いストリップラインを指していると仮定しますが、計算機の適用可能性を明示的には述べません。ストリップラインのインピーダンスを計算する際に、計算機が上記の二つの限界のいずれかを定義しているかどうかを必ず確認してください。 一部の計算機は直接互いを模倣しているため、同じタイプの誤りを含むことがあります。特定の近似の下でのみ有効なストリップラインインピーダンス計算機のために定義された他の方程式もあり、それらは実際には上記の方程式の簡略化です。著者の意見としては、これらの他の方程式は避けるべきだと考えられます。 限界 T = 0 での代替解は、第一種楕円積分の形で書くことができます。自分のストリップライン計算機を作成することに興味がある開発者は、この積分を評価するための標準的な数値アルゴリズムを簡単に実装できます。興味のある読者は、この方程式についての コーンのオリジナル論文を参照してください。 伝送線との関係 記事を読む