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PCBビア製造のための直接金属化プロセス PCBビア製造のための直接金属化プロセス 1 min Blog PCBにビアやスルーホールが製造される際、穴の壁に必要な銅を構築するために金属の堆積とめっき処理が必要となります。ビアの壁に金属膜を構築する作業は電鋳として知られるプロセスで行われますが、このプロセスを実施する前に、さらなる堆積のためのシード層を形成するための初期金属化処理が必要です。後続の電鋳銅プロセスをサポートするために使用できる初期金属化処理には、無電解銅と直接金属化があります。 無電解銅は、業界全体で使用されている標準的な長期にわたる初期金属化処理です。低密度設計では、無電解銅は広く使用されているプロセスであり、適切に制御されていれば、顕著な信頼性の問題は発生しません。高密度PCBでは、マイクロビアの小さな特徴サイズのため、無電解銅めっきの信頼性の問題がより明らかになる可能性があります。 デバイスの小型化が進むにつれて、直接金属化の容量が増加することが期待され、これは UHDIデザインのための信頼性の高い製造およびめっき容量のニーズに対応することになります。これは、IC基板の需要の予想される成長と、電子製造容量の国内回帰の現在のトレンドに一致しています。 初期金属化の概要 PCB製造における主要な金属化プロセスは、穴あけとデスミアの後に実行され、このプロセスは、めっきが必要な穴内にシード層を形成するために使用されます。シード層は、下記に示すように、穴壁に沿って形成され、このシード層が後続の電気めっきの基盤を形成します。 電気めっきを用いた主要な金属化およびビア形成。 最終的な穴壁厚さ（ほとんどの設計で1ミル）まで電気めっきにより銅層が堆積された後、外層のめっきとはんだマスクが適用され、これにより最終的なめっき層を アンテントされないビアに適用することができます。ビア壁がめっきされると、穴壁内の堆積された銅の厚さを評価し、穴軸に沿っためっきの均一性を確保するために、微細構造分析が行われることがあります。 大きな直径では、大きなアスペクト比を含む場合、結果として得られるめっきは一般に非常に高品質であり、非常に信頼性が高いとされています。小さなサイズにスケールダウンすると、無電解銅はいくつかの信頼性の課題を示し始め、より厳密なプロセス制御の使用、または直接金属化プロセスへの完全な移行を動機付けます。 無電解銅 無電解銅は、電鋳前に使用される伝統的な一次金属化プロセスです。このプロセスは、PCB絶縁材料上に直接、パラジウム触媒を用いて溶液から銅の薄層を堆積させます。薄い銅層が堆積されると、最終的な銅めっき厚さに達するまで上に電鋳銅が堆積されます。このプロセスは、パラジウム触媒の存在下でホルムアルデヒドを使用して銅イオンの還元反応を含みます。 2HCHO + 2OH − → 3H 2 (g) 記事を読む
PCBプロトタイプ 最初のPCBプロトタイプを地元で製造すべきですか？ 1 min Blog 電気技術者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 PCBプロトタイプを作成する際に、知的財産（IP）を保護する方法を発見しましょう。ローカルとグローバルのPCB製造の長所と短所を学び、設計成果を守るためのデータ伝達プロトコルに関する貴重なヒントを得ましょう。製品のIPを安全に保ちながら、コストを効果的に管理するための情報に基づいた決定を行いましょう。 記事を読む
医療機器製造における単一ソースリスクの克服 医療機器製造における単一ソースリスクの克服 1 min Blog 医療機器は、供給チェーンにおいて単一ソースのリスクに直面しています。調達マネージャーや電気技術者はこれらのリスクに対処することができますが、それには医療電子機器の供給チェーン全体を見渡す必要があります。 記事を読む
サプライチェーンにおけるデバイスの安全性と品質のナビゲート サプライチェーンにおけるデバイスの安全性と品質の管理 1 min Blog プリント基板（PCB）は、現代のデバイスが機能するための基盤として機能し、電子機器において重要な役割を果たしています。スマートフォンやラップトップから、命を救う医療機器や産業制御システムに至るまで、PCBは電子の流れを制御し、社会がますます依存する機能を可能にします。 しかし、パワーと機能性が増すにつれて、安全性と品質に関する考慮事項も増加し、特にこれらの複雑なコンポーネントは、基準を満たすために電子部品供給チェーン全体を通じたよく調整された努力を必要とします。電子デバイスを概念から消費者に届けるためにこれらの基準を維持する広範な企業ネットワークは、ミッションクリティカルであり、各ステークホルダーは最終製品の安全性と品質を保証する責任があります。 PCBはこのネットワークの中核であり、PCBメーカーは、これらの不可欠なコンポーネントを入念に作成する責任を担っています。 パフォーマンスにおけるステークホルダー 成功した成果は、よく調整されたステークホルダーのチームの協力にかかっています。ここに主要なプレイヤーがいます： オリジナル機器メーカー（OEM）：厳格な性能仕様を満たし、関連する安全規制に従う高品質の回路基板をPCBメーカーに提供することに依存しているこれらの企業は、最終的な電子製品を設計および製造するビジョナリーです。最終製品に関する規制は業界によって異なり、たとえば医療機器に対しては食品医薬品局（FDA）によって、自動車部品に対しては自動車エレクトロニクス評議会のAEC-Q100基準が定められています。OEMは、PCBの最終的な使用目的、予想される運用環境、性能の期待値、および必要な規制遵守に関する重要な情報をPCBメーカーに提供します。 契約電子メーカー（CEM）：熟練した組み立て業者であるCEMは、OEMのビジョンを実現します。OEMと同様に、彼らの成功は、PCBメーカーから信頼できるPCBを受け取ることに依存しています。頑丈な回路基板は、最終製品のシームレスな統合と完璧な機能性を可能にします。CEMは通常、PCBにコンポーネントをはんだ付けし、複雑な電子デバイスを組み立てる経験を豊富に持っており、最終製品がOEMの仕様を満たし、意図したとおりに機能することを確実にする重要な役割を果たします。 コンポーネントサプライヤー：最も重要なことに、これらのパートナーはPCBを構成する基本的な要素、つまり電子コンポーネントを提供します。これらのコンポーネントの品質は、最終デバイスの全体的な安全性と性能に直接影響します。信頼できるコンポーネントサプライヤーの選択は、このプロセス全体の最も重要な要素の一つです。サプライヤーを探す際には、品質と業界基準への遵守の実績を確認することが重要です。場合によっては、OEMやCEMが必要なコンポーネントを指定し、PCBメーカーはこれらのコンポーネントを 認可されたディストリビューターから調達する必要があります。 エンドユーザー：最終的には、PCBの安全性と品質が、最終顧客の体験に影響を与えます。不良のPCBは、デバイスの機能不全や潜在的な安全上の危険を引き起こす可能性があり、市場に露出した場合、製造業者にとって評判の損失につながる可能性があります。最悪のシナリオでは、医療機器や自動車部品などの安全が重要なアプリケーションでの不良PCBは、重大な怪我や死に至る可能性があり、そのため、製造業者が最初から正しく行うことが最も重要です。PCBの安全性と品質は、業界のベストプラクティスだけでなく、倫理的な命題でもあります。 PCBメーカーにとっての考慮事項 製造プロセスにおけるステークホルダーを結びつける鍵となる要素の一つは精度です。安全で高品質なPCBの製造は、多くの作業で期待されることのない細部への注意を要求します。以下のリストは、卓越性を追求する過程でPCBメーカーが優先すべき重要な領域を示しています。 材料選択：性能と安全性の基盤 基板ラミネートから表面仕上げに至るまで、材料に関するすべての決定は重要な役割を果たします。PCB製造業者は、印刷回路の研究所（IPC）のような組織が定める厳格な業界基準を満たす材料を慎重に選択する必要があります。選択された材料は、意図された用途にも適していなければなりません。例えば、高周波アプリケーションでは、信号の整合性を保証し、過熱を防ぐために特定の誘電特性を持つ材料が必要です。他の場合、一部のアプリケーションでは、耐炎性や高熱伝導性を持つ特殊な材料が必要になることがあります。 コンポーネント品質：自信を持って構築 電子部品の品質は、PCB全体の安全性と機能性に直接影響します。PCBは、厳格な品質管理措置を遵守し、アンダーライターズ・ラボラトリーズ（UL）や国際電気標準会議（IEC）のような組織から関連する認証を受けた信頼できるサプライヤーから調達したコンポーネントのみを使用して組み立てるべきです。これらの認証は、コンポーネントが確立された安全性と性能基準を満たしていることを保証します。 製造プロセス PCBの製造と 組み立ての各段階は、欠陥の導入の可能性を提供します。このような事態を避けるために、PCBは各ステップで品質管理を優先する堅牢なプロセスを使用して製造される必要があります。これには、潜在的な問題を大きな問題になる前に検出するために、自動光学検査（AOI）やX線検査などの技術の使用が含まれる場合があります。また、シックスシグマなどの業界のベストプラクティスへの準拠も、欠陥を最小限に抑え、品質の一貫性を向上させるのに役立ちます。 追跡性と文書化：明確な監査証跡の維持 記事を読む
ATmega328Pの基本：Arduinoなしで始める方法 ATmega328Pの基本: Arduinoなしで始める方法 1 min Altium Designer Projects 電気技術者 電気技術者 電気技術者 Arduino Unoボードをかなりの期間使用してきましたが、多くの記事の例としても使用しています。古いUnoボードに使用されている元のチップであるATmega328Pを、完全に独立して動作させるにはどうすればよいか、いつも疑問に思っていました。Arduinoがそのブートローダー、使いやすいGUIソフトウェア、C++の抽象化を通じてアクセスしやすくしているので、なぜこの試みをしたいのか不思議に思うかもしれません。しかし、時には、他人が行ったことを評価するためには、自分でやってみることが重要です。このプロジェクトは、Arduinoの開発者がどれほど多くの作業を行い、そのフレンドリーな製品で世界を変えたかを本当に示してくれました。 この記事では、外部電源と Atmel-ICEプログラマのみを使用して、チップを完全に独立して起動する方法を説明します。オンボードのシリアルインターフェースを介してチップと通信する方法と、LEDを1つまたは2つ点滅させる方法をデモンストレーションします。 環境設定 ATmega328Pを設定する方法はいくつかあります。タイトルからもわかるように、意図的にカバーされていない方法の1つは、ATmega328PチップをArduino Unoに挿入してプログラミングし、その後ブレッドボードに移動させる方法です。フォーラムのフィードバックに基づき、一部の人々はArduinoのプロセスをスキップして、 MicrochipのAtmel-ICEなどのプログラマーを使用したより伝統的なアプローチを使用したいと考えています。Microchip（旧Atmel）マイクロプロセッサを始める最も簡単な方法は、 Microchip Studioをインストールすることです。この記事を書いている時点で、Microchip StudioスイートのフルバージョンはWindowsでのみサポートされています。CI（継続的インテグレーション）でビルド環境をすべて実行したいと考えているため、代替のアプローチを選択しました。 C言語に対する最も人気のあるコンパイラの1つにGNU Compiler Collection（GCC）があります。これは特定のプラットフォームとアーキテクチャをコンパイルしますが、AVR（ATmega）ファミリーのチップには対応していません。しかし、AVRおよび他のMicrochipファミリー用のコンパイラセットが 彼らのウェブサイトにホストされています。幸いなことに、親切な人々がこれらのコンパイラをDebianパッケージにまとめ、DebianやUbuntuで簡単にインストールできるようにしてくれました： $ apt-get install gcc-avr binutils-avr 記事を読む
DevOpsを組み込みシステムで使い始める方法：ATmega328Pを使用して DevOpsを組み込みシステムで使い始める方法：ATmega328Pを使用して 1 min Blog 電気技術者 電気技術者 電気技術者 DevOpsとアジャイル手法は、コラボレーション、自動化、および継続的な改善を重視することでソフトウェア開発を変革しました。DevOpsの原則を私の設計とプロジェクトに適用することは、効率と信頼性を高めるゲームチェンジャーとなりました。この記事では、 既存の組み込みシステムプロジェクトの継続的インテグレーション（CI）ワークフローを設定する方法を説明します。このプロジェクトは ATmega328Pマイクロコントローラを使用しています。この記事の終わりまでに、これらの実践が開発プロセスを合理化し、より高品質な製品を提供する方法を見ることができます。 組み込みシステムのためのDevOpsとアジャイルを理解する DevOpsは、ソフトウェア開発（Dev）とIT運用（Ops）を連続的な流れに統合する、ソフトウェア界で人気のある一連の実践です。ソフトウェア界では、ソフトウェアを開発し、「壁を越えて」運用担当者に顧客への展開を任せるのが一般的でした。DevOpsは、その壁を取り除くだけでなく、プロセス全体を自動化する方法を導入しました。ハードウェアの世界では、製品開発と生産の間に類似点があり、設計を製造エンジニアリングチームに「壁を越えて」投げ、生産の準備が整うように常に確認します。 組み込み製品設計では、ソフトウェアを生産を通じて進める必要がありますが、これまで以上に迅速に動き、可能な限り最高の品質で提供するという課題に直面しています。DevOpsの原則を用いることで、これらの課題のいくつかを解決することを目指しています。 ハードウェアの依存性: 組み込みシステムはハードウェアとそれらのPCBの特定のリビジョンに依存しています。これは、自動化され高度にスケーラブルになるように合理化されていない場合、テストと展開を複雑にする可能性があります。DevOpsの実践は、ハードウェアとソフトウェアの両方に同じセットアップを使用し、自動化された継続的インテグレーション（CI）システムを通じてこれらのプロセスを自動化することで助けます。 長いビルド時間: 組み込みソフトウェアのビルドは設定が難しく、ビルド時間が長くなることがあります。CIは、ビルドをクラウドにオフロードすることでこのプロセスを自動化し、加速します。これにより、通常開発者がアクセスできないより強力なインスタンスを利用できます。 手動テスト: 実際のハードウェアでのテストは不可欠ですが、しばしば手動で、退屈で、時間がかかります。ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）テストを通じた自動化は、効率と精度を向上させ、CIシステムで設定された自動テスト機器のセットアップにオフロードすることができます。 DevOpsの原則を適用することで、ビルド-テスト-デプロイのパラダイム内でアジャイル手法を使用して迅速に反復し、生産にリリースしたい追加機能ごとに進めることができます。 全体の仕組み 「ビルド、テスト、デプロイ」という言葉は、DevOpsを議論する際によく耳にする一般的な言葉のセットです。組み込みシステムでは、私たちも同じことを行います。なぜなら、私たちのデプロイメントも製造（そして最終的な顧客）に向けて行われるからです。 プロジェクトのリポジトリでは、組み込みDevOpsのエンドツーエンドのワークフローを推進するためにGitlab CIを使用しています。私たちは「パイプライン」と呼ばれるものを使用して、ソフトウェアのコンパイル、ターゲット上でのテストの実行、または公式パッケージとしてのリリースなど、特定のタスクを達成するジョブを作成します。Gitlabでは、パイプラインはこのような順序で実行されるジョブの集合です： 図1: GitlabのATmega328P DevOpsワークフローで使用されるパイプラインの例 記事を読む
エンベデッドシステムのアーキテクチャ：製品に複数のPCBがある場合 組み込みシステムのアーキテクチャ：製品に複数のPCBがある場合 1 min Altium Designer Projects 電気技術者 電気技術者 電気技術者 組み込みシステムは、今日の技術主導の世界で至る所に存在します。インターネットに接続されたシェーバーであれ、複雑な自動車であれ、私たちが今日使用しているほとんどの電子デバイスの中心には組み込みデバイスがあります。1つまたは複数のマイクロプロセッサで構成される組み込みシステムは、複雑さをソフトウェアによって処理させることで、電子機器を簡素化することができます。組み込みデバイスが大きく複雑になるにつれて、プリント回路基板（PCB）も同様に大きく複雑になります。しばしばこれらのデバイスは複数の基板に成長し、当初意図されたよりも大きなアセンブリになることがあります。 この記事では、複数のPCBで構成される組み込みシステムのアーキテクチャのトレードオフと考慮事項について見ていきます。複数のPCBシステムに関連する利点、設計上の考慮事項、および課題について説明します。 なぜ複数のPCBを使用するのか？ デバイスを単一のPCBに保つことが理想的な選択肢です（単純さとコストの両方のために）、しかし、設計目標を達成するためには、設計を2つ以上のPCBに分割する必要があることもあります。製品を複数の基板に分割したい理由のいくつかは以下の通りです： モジュラリティ: アセンブリを複数の基板に分けることで、必要に応じて製品の一部だけを交換できます。例えば、単一のPCBが故障した場合、システム全体に影響を与えることなく交換することができます。これは、正しく行われた場合、製造業者のコストと時間を削減することができます。 スペースの最適化: 複数の基板にコンポーネントを分割することで、デザイナーはよりコンパクトで効率的なレイアウトを実現できます。パッケージングのために高さが問題にならない場合の、非常に長く狭い単一の基板と比較して、いくつかの短く積み重ねられた基板を考えてみてください。 熱管理: 多くの熱を発生させるコンポーネントは、熱の放散を改善するために異なるPCBに分割することができます。アセンブリ全体にわたって熱を均等に分散することで、システムの信頼性を大幅に向上させることができます。 スケーラビリティ: 複数のPCBを使用して設計することで、単一の基板で交換可能なインクリメンタルな機能追加が可能になります。全体のコンピューティングシステムを交換することなく、アップグレードされたセンサーやカメラを考えてみてください。 これらの理由（およびその他）から、複数のPCBで構成されるアセンブリを設計することを考慮しますが、組み込みファームウェア側の課題も複雑さを持っています。 複数のPCBアセンブリのための組み込み設計の考慮事項 複数のPCBを使用する場合（該当する場合）のケースを確立した今、組み込みシステムをアーキテクチャする際の設計上の考慮事項を理解することが重要です。ハードウェアとソフトウェアの両方の観点から、単一の基板にすべてを載せるときにはあまり慎重に考慮しないニュアンスがあります。 最初に頭に浮かぶべき考慮事項は、ボード間通信です。各ボードはどのようにして互いに通信するのでしょうか？どのような処理能力（もしあれば）が各ボードに存在するのでしょうか？もしかすると、1枚のボードが脳の役割を果たし、他のボードがセンサーの役割を果たしているのかもしれませんね。I2C、SPI、UART、Ethernetなど、慎重に伝送プロトコルを選び出す際には、伝送線、信号の整合性、そして最も重要な、ボード間コネクタを通じた信号の伝送も考慮しなければなりません。設計者にとって最悪なこと（そして信じてください、私もそこにいました）は、システム全体を設計し、製造業者からPCBを受け取った後で、クロック信号を1つや2つ見落としていたことに気づくことです。また、ボード間コネクタのスペアピンを確保することを忘れがちで、ピン数を最大限に活用しようと試みます。これは最終的に私たちを苦しめることになります。 Altium Designerのマルチボードアセンブリ機能のように、多数の通信ラインをPCB間でルーティングする際には、マルチボードプロジェクトを念頭に置いて設計することが必須です。 また、特にマイクロプロセッサで電力バスを監視する場合、電力の分配方法についても考える必要があります。「脳」へのアクセスを容易にして、任意の壊滅的なイベントを監視できるようにしたいですが、スイッチング供給のノイズ、重負荷のための電力分配、そしてボード間コネクタのピンがその種の電力に耐えられるかどうかも考慮する必要があります。 最後に、組み込みシステムのソフトウェア自体とは直接関係ありませんが、機械設計も重要な役割を果たします。プッシュボタン、タッチスクリーン、およびその他のユーザーへの物理的インターフェースは、マイクロプロセッサに接続されており、考慮されなければなりません。配線はマイクロプロセッサが入力にアクセスできるようにルーティングできるでしょうか？ボード間を通過する際の高速デジタル出力の信号整合性を考慮しましたか？これらは、組み込みデバイスを設計する際に考えなければならないことです。 記事を読む