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湿気管理のためのPCB設計および製造のベストプラクティス 湿気管理のためのPCB設計および製造のベストプラクティス 1 min Thought Leadership 以前、私が持っていた屋外センサーシステムのカスタムPCBは、毎日夜明けに2時間、データの記録を停止したものでした。これは、基板がその日動作する前に「美容のための十分な睡眠」を必要としたためではありません。実際には、センサーボックスに朝露がたまり、基板を誤動作させていたのです。もちろん、現場に配置した際、私たちのPCBが湿気にさらされるとは思い付きませんでした。これはよい状況ではないように思われますが、回路がショートせず、一旦乾燥するとシステムが正常動作に戻ったのは幸運でした。 このように幸運なことはまれですが、このことで湿気が、PCBの誤動作の非常に一般的な原因であることが分かりました。結露が誤動作を引き起こす恐れがあることが分かれば、以下の複数の方法でPCBを保護できます。 基板を乾燥状態に保つ - プラスチックケースに入れます。 PCBを筐体に収納する 湿気管理のもっとも単純な解決策はPCBを箱の中に入れることです。筐体は、PCB設計に対する変化を最小限に抑え、しかも比較的安価です。試作用には、シリコーンで密封した食品保存用容器でもよいかもしれません（プロによるアドバイス: きれいな食品保存用密封容器のみ。ポテトチップスと電子部品は一緒にしないこと）。 ほとんどあらゆるサイズの、各種密封方式の既製の箱またはケースを購入できます。 さらに進んで、自分でケースを設計する場合、側壁に結露しても水滴がPCBから離れて流れるように丸みを帯びた側面を使うことを考慮します。部品に触れないで溝内に収まるように 十分な余裕をもって基板を設計する必要があります。 箱内の湿気を吸収するため乾燥剤（靴の箱や食品の袋に入っている「食べられません」と表示されたパックのことです）を入れることもできます。 電子回路は結局パッケージに入れる必要があるため、多くの場合、密封容器は簡単な解決策です。しかし、場合によってはそれだけでは不十分です。以下の場合、恐らく追加の保護策をお探しのはずです。 ● 環境条件に起因して厳格な保護が必要とされている。 ● 筐体を定期的に開閉する。 ● 配線やその他のI/Oを考慮して、筐体に穴が開いている。 浸水で損傷したPCB。注意しないとこうなる恐れがあります。 記事を読む
ベリードビアおよびブラインドビアを使用した効率的な高密度相互接続PCBの設計方法 ベリードビアおよびブラインドビアを使用した効率的な高密度相互接続PCBの設計方法 1 min Thought Leadership スペースとお金の節約 ムーアの法則は、集積回路（IC）のトランジスター数が2年ごとにおよそ2倍になると予測しています。1965年以降この法則のとおりにトランジスター数は増加してきましたが、トランジスターのサイズがより遅いペースで縮小するにつれて、増加のペースは減速する可能性があります。ムーアの法則は限界に近づいている可能性がある一方、より小型で高性能のPCBの需要は高まるばかりです。幸い、今日の設計者は、高密度相互接続（HDI）基板のスペースの制約に対処するために利用できる技術がいくつかあります。HDI基板のスペースおよびお金を節約できる方法の1つは、さまざまなビアを使用することです。 HDI PCBのスペースを節約できるビアには主に2つのタイプ、ブラインドビアとベリードビアがあります。メモリーをすばやくリフレッシュするため、ブラインドビアは、基板を完全に貫通せず端部が基板内にあるスルーホールビアに似ています。ベリードビアは外層とは接続せず、基板内の内層とのみ接続します。 基板面積を節約するには ブラインドビアおよびベリードビアを使用する主な理由は、PCBの基板面積を節約するためです。うまくすれば、ブラインドビアおよびベリードビアで8層基板を6層基板に減らすこともできます。表面実装技術（SMT）、特にボールグリッドアレイ（BGA）での表面スペースの節約では、これらのビアはとりわけ有効です。 ブラインドビアはスルーホールビアよりも50％多く外層スペースを節約できます。基板の片側のみがドリル加工されているので、ブラインドビアの閉鎖端部に直接SMTコンポーネントを配置できます。これで、最後のSMTコンポーネントのスペースが確保されます。残業続きで睡眠不足の場合は、ブラインドビアの開放端部にSMTコンポーネントを配置しないよう注意してください。ベリードビアも、 SMTのスペースを節約する同じ方法で使用することができます。 BGAのbreakout channelによってもっと余裕ができれば、と願ったことがありますか? もしあれば、おそらく100万ドルか新しい家を望んだことがあるはずです。いずれにしても、ブラインドビアおよびベリードビアによってこのマンネリな願いを実現させることができます。厄介なスルーホールは、SMTのスペースを占拠するだけでなく、BGAブレイクアウトチャネルも分断します。SMTと同様に、スルーホールビアの代わりにブラインドビアまたはベリードビアを使用して、 breakout channelを広げることができます。breakout channelの幅をどれだけ広げるかによって、PCB内の信号層をなくせることがあります。 EMIに関する考慮事項 これまでに、 EMIが問題であることは理解されていると思います。別途講義を受けずにこの問題を解決しようとお考えの場合、それは間違っています。 ブラインドビアおよびベリードビアは、実際のところPCBのEMI低減に役立ちます。もちろん、 EMIを助長するビアスタブについては別の記事で扱ったことをご記憶のことと思います。熱心な読者でない方もいらっしゃるかもしれませんので、ここで復習しておきましょう。スルーホールビアのスタブは制約のない転送ラインとして機能し、ビアを介して転送された信号を回路に反射します。この問題に対する簡潔な答えは、スタブを取り除くことです。ブラインドビアおよびベリードビアにはスタブがないので、どちらも反射は起こりません。 ベリードビアや、ブラインドビアの端部は見えないという理由だけでは、EMIの問題を引き起こす可能性がないとはいえません。ブラインドビアおよびベリードビアを配置する際は、Electrical 記事を読む
PCB熱パッドまたはペーストを熱管理設計で使用するタイミング PCB熱パッドまたはペーストを熱管理設計で使用するタイミング 1 min Thought Leadership PCBのサーマルパッドに最適な熱インターフェース材料を即座に知っている人は稀です。この記事では、サーマルパッドとサーマルペーストの利点と欠点を、役立つガイドラインと共に評価します。熱管理と熱設計についてもっと知りたい方は、読み進めてください！ 私は以前、夏の間は地獄と軽く呼んでいたアラバマに住んでいました。暑さも湿度も汗もたっぷり。しかし、高出力の回路基板内部の熱を経験しなくて済むことには感謝しています。私がプールに飛び込んで涼を取ることができたのに対し、あなたのPCBレイアウトは、高出力の集積回路（IC）が溶けないように ヒートシンクを使用しているでしょう。私がトランクスかスピードを選ぶことに悩む一方で、あなたはヒートシンク用にサーマルパッド/フィルムかサーマルペースト/グリースのどちらを使用するかで悩んでいるかもしれません。アラバマ出身者のファッションアドバイスを受けたくないかもしれませんが、完璧な熱インターフェース材料（TIM）、バッテリーパック、はんだマスクを選ぶための良いアドバイスがいくつかあります。 それはかっこいい見た目の基板です。 パッド対ペースト：利点と欠点 サーマルパッドとサーマルペーストには、さまざまな 長所と短所があります。そのリストは南国の夏のように長いので、読み進める間に冷たい飲み物を用意するといいでしょう。 サーマルリリーフパッド 長所: 取り扱いが簡単 特定の形状に切り出せる 汚れずに簡単に適用できる ポンプアウトしない 乾燥しない さまざまな仕様の材料がある 短所: 製造コストが高い 適用が手間 一見すると、サーマルリリーフパッドは即座に勝者のように思えます。私のスピードを超えるほどのフィット感と、適用が簡単です。また、材料の多様性も、特定の用途に合わせてパッドの電気的、熱的、化学的、物理的属性を選択できることを意味します。しかし、地中プールが地上の目障りなものよりも高価であるように、サーマルパッドの価格は汗をかかせるかもしれません。PCBの熱抵抗パッドは通常、製造中に手で適用されます。これは、大量のボードの製造コストを増加させます。 サーマルペースト 記事を読む
高速PCB設計の原則：トレースは短く直接的に 高速PCB設計の原則：トレースは短く直接的に 1 min Thought Leadership 信号は光の速さで移動し、そのEMIも同様です。 ご存知の通り、高速PCB設計ではしばしばEMIの問題が発生します。このEMIのリスクは、送信または受信アンテナとして機能する長いトレースから生じることがあります。長いトレースはより多くの距離をカバーするため、途中で敏感な回路が影響を受ける可能性が高まります。短いトレースを使用し、直接的な経路を取ることで、アンテナとトレースの近接性からのEMIリスクを減らすことができます。 「少ないほうが良い」という考えには、実際に自分で経験するまで本当に信じていませんでした。ある日、友人たちとのバーベキューで、私は「グリルマイスター」として、ステーキの調味と焼きを担当しました。シンプルに塩と胡椒で味付けすることにし、塩好きの私は塩加減に制限はないと思っていました。しかし、結果的にステーキはほとんどの友人にとって塩辛すぎて食べられないものになりました。塩辛いステーキは口に悪い味を残しますし、長いトレースが多い高速PCBも同様です。PCB上の長く曲がりくねったトレースはEMIを増加させ、不動産コストをかさませます。「少ないほうが良い」を実践し、トレースを短く直接的に保つことで、誰もがあなたの設計を不味いと感じることがないようにしましょう。 長いトレースはEMIリスクを増加させる ご存知の通り、高速PCB設計ではEMIに関する問題がしばしば発生します。このEMIリスクは、送信または受信アンテナとして機能する長いトレースから生じることがあります。長いトレースはより多くの距離をカバーするため、途中で敏感な回路が影響を受ける可能性が高まります。短いトレースを使用し、直接的な経路を取ることで、アンテナとトレースの近接性からのEMIリスクを減らすことができます。 誰も意図的にステーキに塩を過剰に振りかけることはないように、EMIのアンテナとなるようなトレースを意図的に配置することはありません。もしかすると、高周波が キャパシタのインピーダンスを変更したか、またはリターン電流がグラウンドプレーンで予期せぬ ループを作ったのかもしれません。理由は何であれ、アンテナ放射を軽減する最善の方法はトレースを短くすることです。アンテナは送信または受信が可能なので、「ノイズが多い」回路と「静かな」回路の両方のトレースを短くするべきです。小さなアンテナは常に大きなアンテナよりも放射または受信を少なくします。 トレース自体だけが高速PCB設計でEMIを放射する唯一の要素ではありません。グラウンドプレーンの隙間も、トレースが横切るときにアンテナとして機能します。トレースを短く直接的に保つことが重要ですが、グラウンドプレーンの隙間を横切るコストでそれを行うべきではありません。 大陸横断のトレースは間違いなく長すぎます。 長いトレースはコストがかかる トレースが長ければ長いほど、より多くのスペースを占めます。トレースが少なければ少ないほどお金がかかります。 プリント基板の設計者は常により小さなものを作るように押されていますので、トレースを短くすることで問題に追加しましょう。トレース自体がスペースを取るだけでなく、トレースの周りには クリアランスのためのスペースもより多く必要になります。あなたの会社の会計士は、若者が言うように、「塩辛い」かもしれません。過度に大きなPCBのために支払いをさせることで、彼らをさらに塩辛くしないでください。 直接トレースし、ルーティングする前に考えてください。 トレースを短くする方法 高速トレースの長さを短くする最良の方法は、PCBを慎重にレイアウトすることです。高速システムを互いに近くに配置し、受信機をそれぞれの入力の近くに保ちます。 良いPCBレイアウトは、問題が発生する前にそれを解決するのに役立ちます。高速システムが互いに近いようにレイアウトを設定することで、短いトレース長で設計を開始できます。特に、信号入力から受信機へのパスをできるだけ短く保つことが重要です。このラインはシステムに最も「ノイズ」を注入する可能性があります。さらに、高速コンポーネントを近接させておくと、放射されたEMIの他の回路への影響が少なくなります。最初のトレースを引く前にギャップを閉じましょう。 これらの回路設計原則はほとんど常識かもしれませんが、それらを実装することは面倒な作業になることがあります。幸いなことに、あなたの PCB設計ソフトウェアが助けになります。高速システムを色分けして、コンポーネントとトレースを追跡しやすくすることを試みてください。良いトレースルーティング機能を備えたソフトウェアは、トレースを最短の可能なパスにルーティング、または再ルーティングすることを容易にします。 記事を読む
高速PCB設計でシグナルインテグリティを維持するための差動ペア配線 高速PCB設計でシグナルインテグリティを維持するための差動ペア配線 1 min Thought Leadership 配線の状態が良好でない高速信号 私は過去に、お見合いをしたことがあります。ところが、見知らぬ相手の女性は遅刻の常習犯でした。時間通りにレストランに到着した私は20分ほど待った後に、約束をすっぽかされたのだと考えました。もう待つのはやめようと思ったとき、デートの相手が現れました。彼女の到着があと5分遅ければ、私たちが出会うことはなかったでしょう。高速PCBの設計でも、これと同じようなことが起こり得ます。それは、差動ペアが正しく配線されていない場合です。片方の信号が然るべき場所に到着しても、もう片方の信号が現れなければ万事休すです。デートをすっぽかされた信号の気持ちが傷つくことはないとはいえ、シグナルインテグリティーが低下したり、回路がまったく機能しなくなったりする問題が発生します。高速信号のための信頼できる橋渡し役として、双方が予定通り出会えるように配線を行う必要があります。 差動配線に関するヒントとテクニック その後も私たちはデートを重ねましたが、私は相手が時間を守れるようにするためにいくつかのトリックを使いました。相手を騙すことは道徳的に議論の余地があるでしょう。ただし、このトリックの対象が差動ペア信号であれば、時間厳守を徹底させることでシグナルインテグリティーを確保できます。下記のヒントを参考にして、タイミングを踏まえた差動ペア配線を行いましょう。 等長配線: 等長配線は差動ペア配線の最優先事項でしょう。片方の信号を放置したまま、もう片方だけで作業を進めるのは厳禁です。差動ペアの配線長が一致しないと、タイミング差によって相殺的干渉が発生し、シグナルインテグリティーが低下してしまいます。デートの相手の身長に対する好みが人によって違うのと同じように、配線長の不一致に対する耐性はそれぞれの回路によって異なります。設計を開始する前に、差動ペアを比較して、配線長の不一致に対するそれぞれの耐性を確認してください。 並行配線: 差動ペア配線では並行配線が最善策です。並行配線はEMIを解消するだけでなく、等長配線にも役立ちます。 電気的なクリアランスと沿面: 人間で言えば、今の恋人と昔の恋人に相当するように、それぞれ差動ペアはできるだけ近接させないことが肝心です。近接して配線した複数の差動ペアは、必ずマイナスの影響を及ぼし合います。十分な距離を保ことで、優勢度に関する衝突とEMIを最小限にすることができます。 差動ペアは、EMIの影響を受けやすいコンポーネントにも近接させてはなりません。この距離はクリアランスと沿面の両方で測定されるものです。回路の クリアランスと沿面の要件は、さまざまな方法を使って満たすことができます。 差動ペアをこのように配線しないこと 鋭角は厳禁: 差動ペアは方向を一切変えることなく、まっすぐに配線することが最善です。とはいえ、PCBのレイアウトがそれを許さないこともあるでしょう。女性のなかにはなめらかな体型の男性を好む人もいますが、差動ペアは「必ず」なめらかなカーブを好みます。カーブが鋭角になると、はるかに多くのEMIが発生するため、方向を変える場合は45度以内にすることが望ましいでしょう。EMIはカーブの内側と外側で発生し得るため、これを両方で考慮に入れることが重要です。 ビア: 一度に複数の恋人がいるのは、褒められたものではないでしょう。それと同じように、たくさんのビアを使うのも得策ではありません。ビアの配置は、シグナルインテグリティーの低下がわずかな場合にしか保証されません。ビアを使い過ぎるとシグナルインテグリティーが大幅に低下し、差動ペアで破壊的な反射が発生する恐れがあります。 PCBでビアを使わざるを得ない場合は、必ずスタブ長を短くするか、スタブのバックドリルを行ってください。ビアスタブは開口部のある伝送線路として機能するため、 信号反射が増加します。スタブ長によっては、信号が180度の角度で差動ペアに反射され、有効な反射が無効になることもあります。スタブのマイナスの影響を抑制するための一番の方法は、ブラインドビアまたはベリードビアを使用するか、ビアスタッズにバックドリルを行って、スタブ長を最小限にすることです。ただし、これらの方法はすべて製造コストを引き上げるため、予算が厳しい場合は距離を離した基板層でビアを接続するとよいでしょう。8層の基板では、1～7の接続に1～2の接続よりも短い未使用のスタブを使用します。 また、ビアが原因で発生する信号遅延量も一致させることが重要です。これについては、差動ペアの各伝送線路で同じ数のビアを使用するか、ビアが足りないほうの伝送線路に相応の蛇行配線を追加することで対処できます。誰もデートの邪魔者にはなりたくありません。すべてを均等に調和させるようにしてください。 記事を読む
混合信号システムにおけるEMIを適切なPCBグラウンド設計を使用して減少させる方法 適切なPCBグラウンディング設計で混合信号EMIを低減します 1 min Blog これらのPCBグラウンディング設計の実践を使用して、混合信号PCBレイアウトでEMIを防止するのに役立ててください。 記事を読む
スルーホール技術を使用する理由 スルーホール技術を使用する理由 1 min Blog 技術に関しては、特に電子設計では、常に前に目を向け、振り返ることはありません。しかし、時には、古い技術が死なず、それを排除できない場合もあるようです。 ただし、必ず理由があります。より大きな利点がある新しいものを選択できるのに、なぜ品質の劣るものを使うのか ? その仮説に異議を唱えたいのです。 このブログでは、表面実装技術（ SMT）が最適だと思われるのに、プリント回路基板（PCB）でスルーホール実装（THM）を使用するのはなぜか? 、という問いに答えます。 はじめに、 PCB設計プロセスに関連するので、スルーホール実装技術と表面実装技術の概要を簡単に説明しましょう。 スルーホールコンポーネント スルーホールコンポーネントには、ラジアルとアキシャルの2タイプのリードがあります。アキシャルのスルーホールコンポーネントは、コンポーネントの対称軸に沿って延びており、ラジアルのコンポーネントは、基板上の同じ面から平行に突き出ています。 スルーホールコンポーネントの側面図 PCB上のスルーホールコンポーネント 表面実装技術のコンポーネント 最近のPCB設計では、次のようになっています。表面実装技術（SMT）は、今日最もよく使用されているパッケージ技術です。これらのタイプのコンポーネントのリードは、非常に小さいか、またはありません。というのも、設計プロセスの間にPCBの表面に直接ハンダ付けされるのが、その主な目的になっているからです。 表面実装デバイス スルーホール技術と表面実装技術の長所と短所 スルーホール技術の長所と短所 長所 短所 記事を読む