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DFM ガイドブック 製造のための設計ガイドブック 4 min Guide Books このガイドブックでは、製造に向けた設計について包括的に解説し、PCB設計が高い歩留まりで製造可能であることを確実にする方法について説明しています。詳細な例を100ページ以上にわたって掲載し、巨大な用語集やその他多くの情報も含まれています。 記事を読む
フレキシブルPCBとIoT: PCB設計をめぐる状況の急激な変化 フレキシブルPCBとIoT: PCB設計をめぐる状況の急激な変化 1 min Thought Leadership クラウドへの接続はIoTの重要な機能です。​ PCB設計者として私は、自分の仕事の分野が過去20年間に根本的に姿を変えたと感じています。1990年代半ばに社会人になった私の初期のプロジェクトは、コンピュータとコンピュータ周辺機器の2つの主要分野のどちらかに集中していました。もちろん奇妙なステレオや時計付きラジオもありましたが、90%の時間はデスクトップPCのマザーボードとそれに類するものの開発に取り組んでいました。つまり、日常の設計作業では、広大な基板面積を扱っていました。しかも、全て2層基板でした。今とはまったく異なっていました。幸いにも、それは長くは続きませんでした。 現代まで話を進めると、私はまだコンピューター分野のPCBを設計しています。ビッグベージュボックスはもはやゲームの名前ではなく、全て IoTに関するものです。これらの組み込みコンピューターを通じて、特にいわゆる「スマートホーム」で使われるガジェットやデバイスのまったく新しいカテゴリーが開拓されました。コーヒーメーカー、湯沸かし、冷蔵庫、照明、腕時計、さらには車まで、この21世紀の技術を取り入れています。クラウド制御、リモートアクセス、機械学習（仕事から戻ってきたときにエアコンがONになる）などの機能を統合することで、本当に未来のように感じることが実現しつつあります。もちろん、私たちPCB設計者や電気エンジニアにとって、それは、簡単なファジー論理制御トースターよりもはるかに驚くべきことです。 IoT: 予想するよりも複雑なもの 明らかに、IoTデバイスのPCBを開発することは真の難題です。例えば、空間が非常に重視されます。ほとんどのIoT製品は、きれいでコンパクトなものが好まれる 消費者市場向けの小型家電、制御機器、ウェアラブル製品です。さらに、これらのデバイスの多くは、ハードウェアを考慮して設計されていません。むしろ、美しさが全てです。これは、ハードウェアのためには不規則な形の小さな空間しか使えないことを意味します。次に、性能の問題があります。プログラムを「ロードする」必要がある冷蔵庫や、YouTubeを表示させるのに多大な労力を必要とする スマートウォッチに大感激する人はいないでしょう。おそらくPCBには複数のICと少なくとも1つ（でなければ2つ）のSoCが搭載され、複雑な機能を全て処理します。最後に、信頼性を考慮する必要があります。これらのガジェットを購入する消費者は、「単に機能する」ことを期待します。これは、どんな設計を選択しても確固たる基盤が必要であることを意味します。以前のように「エラー」などの余地はありません。これを聞くと、設計者は不安になりますが、優秀な設計者の対処法に学ぶこともできます。 高性能を小さなパッケージに詰め込む必要があります。 フレキシブルPCB: IoTプロジェクトの最良の友 個人的な経験談で恐縮ですが、私が思い出した単純な2層基板は、現在では通用しません。小さなフォームファクターでは、十分な性能を発揮できないからです。「高密度多層基板にすればよいのでは」とお考えかもしれません。確かにそれは技術的には正しいのですが、私の経験では、そのような基板は価値よりも問題の方が大きいものです。多くのIoT製品（特にウェアラブル）は持ち運びを前提としているため、これらの基板は簡単に破損します。それだけでなく、そのような基板は収めるのに平坦な空間を必要とします。もっとよい答えがここにあります。IoTデバイスの全ての設計者 もそう思っているようです。フレキシブルPCBがIoTの空間に欠かせないものになり、以前とは違って非常に重視されるようになりました。 ポリイミド層で作られたフレキシブルPCBは、リジッド回路基板と同じ仕様に対応できます。長期信頼性を犠牲にしなくとも幅広い用途に応用できるため、 IoTアプリケーションで成功を収めています。さらに重要なことは、本質的に柔軟性が高いため、多くのIoT製品の小さくて特殊な形状にも簡単に収められることです。少なくないプロジェクトで、湾曲したフェースプレートとベースの背後の空間を利用できたことがあります。かさばるコネクタとリボンケーブルも、それほど使う必要はありませんでした。1つの共通設計を、さまざまなフォームファクターの複数のIoT製品に収めることもできます（私の上司はそのような設計が好みでした）。フレキシブルPCBとIoTはきわめて相性のよい組み合わせです。 最近まで、フレキシブルPCBの役割は大きくありませんでした。 写真は一般的なアプリケーションであるハードディスクドライブのモーターからメインボードへの接続です。 大小の非常に多くの企業がIoT市場の獲得を目指しているため、近い将来、多くの設計者がIoTプロジェクトに取り組んでいることでしょう。もちろん、私のように懐疑的な設計者なら、フレキシブルPCBを設計するのは不安かもしれません。IoTプロジェクトに関連する既存の課題を考慮すると、物事を より複雑にする必要はないとお思いのことでしょう。しかし、まさに「鶏と卵の問題」のように、IoT市場の拡大がフレキシブルPCBの性能を向上させ、同時にフレキシブルPCBがIoT市場を拡大しました。約8年前、あるベンダーに会った際、フレキシブルPCBのプロトタイプを見たことを覚えています。明らかに非常にシンプルでした。今日では、SMT、マイクロビア、多層基板、BGA 記事を読む
最適なAltium PCB設計ソフトウェアはどれか 最適なAltium PCB設計ソフトウェアはどれか 1 min Blog 当社のCMOであるTed Pawelaは最近Adafruitで関係者とライブインタビューを行いました。インターネットを介した視聴者からの質問の1つは次のようなものでした。 Autodesk Eagle® が最近サブスクリプションのみのモデルに移行したことと、Altiumが切替割引プロモーションを行っていることは皆が知っていることです。EagleユーザーがAltium製品を確認するべきなのは何故でしょうか。 当社は、このAltiumで提供しているプロ仕様のPCB設計に対する我々のモチベーションが何であるかを明確に示すことについて、適切に行って来なかったのではと考えています。 まず、申し上げたいのはAutodeskのライセンスモデル変更は、当社のCircuitStudioの戦略に対して、現実的な影響を与えなかったと言うことです。しかし、その発表後、関心の高まりを目の当たりにし、人々が行動を起こすことを検討しやすくなっていると感じました。結局は、ビジネスセンスの良さだと思います。ネット上のコミュニティにおける全ての活動にも関わらず、実際には何も起きていません。ただし、この関心の高まりによって、CircuitStudioに対する当社の期待について一定の検証が行われたことは事実で、これからそれについて皆さんにご説明したいと思います。 オプションの欠如 CircuitStudioのリリースに先立って、PCB設計ツールを見渡すと、市場の入門レベルから上級レベルの間には非常に目立つ穴が見つかります。長い年月、AutodeskのEagleが市場の入門レベルで優位に立ってきました。さらに、ULP（スクリプト、効率性）による強化によって、Eagleは極めて有用性があり、料金も、最大1600ドルとなっているものの、把握している限り大抵は最大900ドル以内と、非常に手頃になりました。900ドルという価格について考えると、実際にはプロ仕様のワークフロー、広範囲への適用、およびユーザの知識プールがある、真にプロ仕様のPCB設計ツールは、Cadence、Mentor、Graphics、またはAltiumが提供している6000ドル以上のもの以外にはありませんでした。 では、たとえば出力業者や製品設計会社をEagleで始めたとすると、価値を考慮した場合に、どちらが良い選択となり、希望や夢を実現してくれるでしょうか。従業員を複数名追加して、有名ブランドのクライアントを引き受けて自社の製品を市場に適用させ、成長の次の段階に行こうとしています。これを効果的に行うには、新しい投資を行うことが必要ですが、ワークフローを完全に改革して、新しいユーザー環境について学び、すべてのライブラリ情報などを移植する必要があります。この飛躍は多くのユーザにとっては大きすぎ、Eagleを使用した従来の方法に留まりました。彼らには自分たちのULPコレクションがあり、欠点を理解して解決策を開発し、制約への対処方法を知っている従業員もいました。 CircuitMakerおよびCircuitStudioなどの製品を使用して、この隙間を埋める本当の機会が実現します。当社はCircuitMakerを使用して、無料の製品にアクセスする機会を提供します。そうです。クラウドストレージのみですが、施設はコラボレーションと共有を意識した、オープンなハードウェアマーケットに焦点を当てた、プロ仕様の設計ツールを提供します。 現在、CircuitMakerコミュニティでコラボレーションするユーザは13万人以上です。 この共有哲学の良い例の1つがライブラリシステムです。ライブラリコンポーネントを作成すると、そのコンポーネントは即時にコミュニティの一部となります。別の誰かが既にコンポーネントを作っているため、ほとんどのユーザはたくさんのコンポーネントを作る必要がないという状況にあります。もちろん、これは設計の仕事で生計を立てている設計者の助けとはなりません。これについて当社は、CircuitStudioを提供しています。 プロ仕様設計ツールの入り口 価格がわずか995ドルで（Autodeskの発表によると495ドルのプロモーション中）、有名なAltium Designerワークフローと統一された設計のパラダイムに基づく製品を使用して、プロ仕様のPCB設計の世界に入ることができます。CircuitStudioにより、標準的なリボン原理に基づく、より合理的なユーザーインターフェイスも提供されます。 申し上げたいことは、ULPスクリプトなどを使用して苦戦することなく、新しい物語で設計をすることができるということです。Altium Designerをマーケットで最も急成長を遂げたPCB設計ツールにした、すべての同じプロ仕様の対話式ルーティング、統一されたライブラリ、およびバッチのドキュメンテーション出力にアクセスすることにより、設計に集中することができます。ここに、新しいAltium Designerライセンスが毎時間、毎日アクティベートされている理由があります。 設計者は現在、真にプロ仕様のオプションを非常に手頃な価格で手にしています。 記事を読む
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