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Layer Stackup Design

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多層基板＆マルチレイヤースタックアップ

4層PCBスタックアップ

インピーダンス50Ωの2つの4層PCBスタックアップ基板の両面で高速コンポーネントをサポートできる4層PCBスタックアップが必要ですか？一般的な4層スタックアップに代わる次の代替案を検討してください。

マイクロストリップからのグラウンドクリアランス

Thought Leadership マイクロストリップPCBグラウンドクリアランスパート2：クリアランスが損失にどのように影響するか前回の記事では、インピーダンス制御されたトレースと近接する接地された銅プールとの間に必要なクリアランスについての議論といくつかのシミュレーション結果を提供しました。私たちが見つけたことは、プールとトレースの間の間隔が小さくなりすぎると、トレースはインピーダンス制御された共面導波管（接地ありまたはなし）になるということです。また、トレースと接地された銅プールの間の間隔に関する3Wルールが少し過度に保守的であることもわかりました。基本的に、目標インピーダンスを達成しようとしており、近くのプールがインピーダンスにどのように影響するかを心配している場合、3Wルールによって設定された制限よりも近づくことができます。ただし、適用できるクリアランスの正確な限界は、誘電体の厚さに依存します。厚い基板では、より小さいクリアランス対幅比が許容され、いくつかのシミュレーションで調査された実用的な積層板の厚さに対して3Wルールを快適に違反することがわかりました。前回の記事ではインピーダンスに焦点を当てましたが、損失に対する影響はどうでしょうか？この質問の理由が明らかでない場合、または伝送線設計の細かい点に最新でない場合は、近接する接地プールがインピーダンス制御された相互接続の損失にどのように影響するかを見るために読み続けてください。トレースの近くにグラウンドがあるとなぜ損失が発生するのか？これは妥当な質問であり、近くにある導体が静電荷や電流密度を帯びたトレースの周囲の電磁場分布をどのように変更するかに関連しています。グラウンドされた銅プールがマイクロストリップやストリップラインの近くに配置された場合に損失が発生する可能性がある理由を見るために、電場について見てみましょう。下の画像では、マイクロストリップの周囲の電場の概略図を描きました。トレースと同じ層に近くに接地された銅プールがある場合、いくつかの電場線は導体の端で終わります。グラウンドプールが電場線を地面領域に向かって引き込むため、電磁場はトレースと近くの銅プールの間の領域に強く集中します。これがどのようにしてより大きな損失につながるのか疑問に思うかもしれません。スキン効果と像電流さて、少し電磁気学のレッスンの時間です…信号がトレースを伝わっているとき、その関連する電流密度は信号を案内しているトレースの端の周りに集まります。しかし、私たちが電磁気学の授業で学ぶ典型的な図は、他のすべての媒体、他の近くの導体を含む、無限に長いワイヤーを考慮した場合にのみ適用されます。実際には、導体がトレースの近くに持ち込まれると、直交する電場が最も強いトレースの領域、つまりトレースの側面の端に沿って、電流が集まります。最近のいくつかの会議での私のプレゼンテーション、そして多くの他の研究者から見たプレゼンテーションでは、近くのグラウンドプレーンや銅の注ぎ込みにおける画像電流を無視しながら、スキン効果に関する解析計算が提示されています。これは主に、計算のための単純化と、プレゼンテーション中の簡潔さのためです。この特定の分布をすべてのトレース配置に対して計算することは、IEEEやJPIERのような学術雑誌の記事に値します。しかし、結合容量の役割と損失への影響を理解する上での主要な考慮事項です。導体における画像電流の生成とそれがスキン効果をどのように歪めるかについてもっと読むには、IEEEで公開されたこの記事をご覧ください： Moongilan, D. E. C. E. E. N. A. "PCBトレースからの放射放出に対する画像平面技術のスキン効果モデリング."

回路基板の熱解析の完全ガイド

PCB熱解析の完全ガイド回路基板が動作中にどのように熱くなるかは、主にPCB基板と銅伝導体の物理的特性で決まります。回路基板の熱解析方法は、動作中に基板がいつどこで熱くなるか、また基板がどれだけ熱くなるかを予測することを目的としています。この重要な解析の部分は、コンポーネントレベルと基板レベルの信頼性を確保することを目的としており、設計に関する多くの決定に影響することがあります。最適なプリント基板設計ソフトウェアを使用すれば、信頼性が高く、動作時に温度が低い基板を簡単に設計できます。Altium Designerには、信頼性を確保する材料ライブラリを備えた最高の回路基板設計ツールがあり、PCBレイアウトとスタックアップで熱管理のベストプラクティスを実施するために必要なものがすべて揃っています。ここでは、回路基板の熱解析について理解を深め、次に基盤を設計する際に高い信頼性を備えた基板にする方法を説明します。 Altium Designer 高度なレイアウト機能、包括的な基板材料ライブラリ、生産計画機能を統合する統合PCB設計パッケージ。回路基板とコンポーネントの材質によって、動作中に基板内で熱がどのように移動するかが決まります。残念ながら、PCB基板の材料は絶縁体であり、高温のコンポーネントからの熱の放散を妨げます。銅伝導体とプレーン層は役に立ちますが、動作中の基板の平衡温度に影響を与える設計上のシンプルな選択肢がいくつかあります。これらの設計面での決定は、次の3つの領域に焦点を当てています。回路基板のスタックアップ設計基板材料の選択コンポーネントの選択とレイアウト電動ファンやヒートシンクなどのほか、いくつかのシンプルな設計の選択肢によって、基板を低温で動作させ、早期故障を防ぐことができます。適切な設計ツールのセットを使用すると、熱管理のベストプラクティスを簡単に実装できます。熱解析を使用して回路基板を設計する回路基板設計の熱解析の目標は、温度を制限内に保つためにファン、ヒートシンク、追加の銅箔、またはサーマルビアなどの冷却手段が必要となるタイミングを判断することです。設計者は、基板内のコンポーネントの最大許容温度を選択し、コンポーネントが消費する電力に基づいてコンポーネントの温度がどのように変化するかを調べる必要があります。コンポーネントの温度が許容温度制限を超える場合は、ヒートシンクやファンなどの追加の冷却手段が必要になる場合があります。まず、集積回路のコンポーネントのデータシートに通常記載されているコンポーネントの熱インピーダンスを確認します。この値は、低電力アンプやICでは最高20℃/Wと低く、強力なマイクロプロセッサーでは最高200℃/Wと高くなることがあります。動作温度を求めるには、コンポーネントの消費電力に熱インピーダンスを掛けます。SOTパッケージ内のMOSFETの例では、これは次のように定義されます。熱インピーダンスで定義されるコンポーネントの温度。コンポーネントの温度が高すぎる場合、PCBレイアウト内のコンポーネントの熱インピーダンスを下げるため、コンポーネントから熱を放散するために実行できる手順がいくつかあります。接地されたポリゴンを使用してサーマルビアをコンポーネントの下に追加する熱伝導率の高いPCB基板材料を使用するコンポーネントに放熱板を追加するプレーン層など、コンポーネントの下にさらに多くの銅箔を含める

高速設計およびHDIボード用のPCB材料特性の比較

高速設計とHDIボードのためのPCB材料特性の比較 PCB材料の比較表をお探しですか？次の高速またはHDI PCBに向けて、PCB材料の特性を比較した当社の比較表をご覧ください。

高Dk PCB材料の利点

高Dk PCB材料の利点「高速設計」と「低Dk PCBラミネート」の用語は、しばしば同じ記事で、そしてしばしば同じ文で使用されます。低Dk PCB材料は、高速および高周波PCBにおいてその場を持っていますが、高Dk PCB材料は電力の整合性を提供します。低Dk PCBは、一般に損失正接が低い傾向にあるため選ばれます。したがって、高Dk PCB材料は、高速および高周波PCBに対して見過ごされがちです。高速/高周波ボードの電力の整合性を見るとき、単に信号損失を受け入れるか、高速ラミネートによって提供される値を受け入れるのではなく、安定した電力のための全体的な戦略の一部として誘電率定数を考慮すべきです。これには、PCBの電力の整合性に影響を与える誘電率定数の実部と虚部の両方が含まれます。これを念頭に置いて、電力の整合性を確保するために高Dk PCB材料が果たす役割を見てみましょう。高Dk PCB材料とPCB電力の整合性まず最初に、電力の整合性を見るとき、常にレギュレータ段階から出力される電圧が、PDN全体で電力が流れるにつれて一定であることを確保しようとしています。これには、PDN分析と電力の整合性の2つの側面が挙げられます： DC解析：ここでは、PDNを構成する導体間のIR降下のみに関心があります。誘電率定数はDC解析では役割を果たしません。 AC解析：AC解析とは、電力平面上の任意の時間変動電流の振る舞いを意味します。これは、PDNのインピーダンスが重要となる場面であり、下流コンポーネントで見られる電圧変動は、 PDNインピーダンスと時間変動電圧（オームの法則）の積です。電力面とグラウンド面の間の誘電体として使用される高Dk PCB材料は、重要な電力整合性の利点を提供します。特に、グラウンド面と電力面の間のPCB材料の高Dk値は、より大きな面間キャパシタンスを提供し、これはあなたの平面がより大きなデカップリングキャパシタのように機能し、PDNインピーダンスが低くなることを意味します。グラウンド面と電力面を近づけることも面間キャパシタンスを増加させます。 2006年のIEEE論文からのいくつかの例示的なシミュレーション結果が以下に示されています。誘電率定数のもう一つの重要な側面は、虚数部分またはDf値です。これは通常、損失正接を使用して要約されますが、これは高速/高周波ボードで特定の積層材の有用性を調べる際に使用する唯一の指標ではありません。

Altium Designer 21でマルチレイヤースタックアップを設計する

平面容量のない4層PCBスタックアップの設計一見すると、4層PCBの設計は簡単な作業のように思えるかもしれませんが、他のボードと同様に、適切なレイアウトとスタックアップが必要です。Kella Knackは、マルチレイヤースタックPCBを成功裏に設計する方法について専門家としてのアドバイスを提供しています。

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