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製造

Altium 365 デモンストレーション

クラウドでのPCBプロトタイプ反復速度の向上適切な設計協力ユーティリティをPCB設計ソフトウェアに取り入れることで、生産性を維持しつつ、PCBプロトタイプの反復速度を高めましょう。

シルクからソルダーマスクまでのクリアランス：追加する必要があるPCB設計ルール

シルクからはんだマスクまでのクリアランス：追加する必要があるPCB設計ルール Altium 20を使い始めたとき、箱から出したそのままで、標準的なプリント基板（PCB）を作る方法に関してほぼ全てをカバーしているデフォルトの設計ルールチェック（DRC）に感銘を受けました。Altium Designerはデフォルトで「10ミル」ルールに設定されており、これは銅のトラックの標準的な間隔や幅が10ミルであることを意味します。さらに、他のほとんどの間隔もデフォルトで10ミルに設定されています。これにはトラック同士、パッドとトラック、スルーホールと他のパッドやビアとの間隔など、想像できるほぼ全てのものが含まれます。例外は、シルクとはんだマスクのクリアランスと、パッド周りのはんだマスクの拡張クリアランスで、どちらもデフォルトで4ミルに設定されています。新しい設計を始めるということは、回路基板にとって重要なPCB設計ルールを選択することを意味します。このルールセットはPCB製造会社によってサポートされ、エンジニアが機能的な回路基板を設計するのを助けます。デフォルトの10ミルルールには例外が存在し、特に密度や複雑さが増すと、全く異なる設計ルールのセットが存在することがあります。例えば、ボールグリッドアレイ（BGA）フットプリントを持つ集積回路（IC）の下の領域などがそうです。密度が増加するにつれて、または信号エッジレートが増加するにつれて、これらのルールが他の単位や複雑さのレベルでリストされることは珍しくありません。 PCB設計ルールは製造能力に合わせるべきです私はよく「6ミルルール」で設計することを好みます。なぜなら、オンライン注文手続きを使用してPCB製造業者を通じて素早く小さな設計を行うからです。新しいPCBの設定をする際には、使用したいPCB製造の範囲と PCB製造予算の見積もりを決定します。ルールセットと製造業者のタイプが決まったら、製造能力を調べてAltium Designerが理解できるルールやポリシーに翻訳する必要があります。しばしば、そのベンダーの能力をほぼ一行ごと、統計ごとに表す一般的な「xミルルール」ルールセットに加えて、ベンダー固有のルールセットを作成します。複雑さが増すにつれて、それに応じてルールセットを適応させ、それが表す製造上の妥協点を理解することが重要になります。製造プロセスを理解することは、これらの場合に役立ちます。例えば、ボードの中心部はドリルから銅への登録が最も良好で、ルールをより柔軟に適用できる場所かもしれません。別の見方をすると、ルールを曲げ、製造能力を押し上げる必要がある場合には、可能な限り成功の確率を統計的に高めることが最善です。デフォルトの設計ルールや IPC基準で定義されている典型的な導体間クリアランスに加えて、組み立て欠陥を生じさせることなく密度を高める必要がある場合に考慮すべき他のクリアランスがあります。これらのクリアランスには、多くの設計者がデフォルト値をそのまま使用することが多い、はんだマスク（または「はんだレジスト」）とシルクスクリーンが関係します。代わりに、Altium Designerが不必要なエラーを引き起こさないように、カスタム値を設定してください。はんだマスクスリバーもし非常に高密度の設計を行っていて、パッドのクリアランスが非常にタイトになり始めた場合、パッド間に残るはんだマスクのスリバーを単純に除去できるエリアを定義することが理にかなっています。コンポーネントのパッド周りにはんだ抵抗の拡張が定義されている場合、マスクの開口部が重なっていれば、パッド間に残るはんだマスクはすでに除去されます。これにより、信頼性のある製造が難しい小さすぎるはんだマスクのスリバーを自動的に除去できます。このルールは、特定のパッドクラス、特定のネット、さらには特定のフットプリント間のはんだストップマスクのスリバーを管理する簡単な方法を提供します。例として、上の画像では、1206フットプリントとすべてのパッド間の最小はんだマスクスリバーに制約を設定しました。異なる層間、異なるパッドクラス間で個別のルールを適用することができます。はんだマスクの拡張ルールを曲げる別の例は、高密度のピンやパッドの周りのはんだマスクの拡張を減らし、ピン/パッド間に十分なはんだマスクが残るようにすることです。これにより、はんだダムとして機能し、組み立て中のはんだブリッジを防ぐことができます。これは明らかにトレードオフであり、はんだ抵抗のミスレジストレーションの余地が少なくなり、はんだ付けの可能性やはんだブリッジの可能性に影響を与える可能性があります。

PCB組立（PCBA）およびサプライチェーン管理

プロトタイプPCBアセンブリ(PCBA)のリスクを取り除く Rev Aの設計を磨き上げ、初めてのPCBを基板製造業者に発注するときに感じる特別な感覚があります。デザイナーたちはおそらくその感覚と引き換えに何も望まないでしょうが、不安を少しでも和らげることができれば、それは歓迎される変化になるでしょう。ここには、仕事後のバーへの訪問よりも神経を落ち着かせるのに効果的であり、エラーを防ぐのに無限に効果的なレビューステップがあります。製造とPCB組立(PCBA)サービスを発注する準備ができたときに、ターンアラウンドタイムを短縮するためにできることがいくつかあります。サプライチェーンに入り、DFM/DFAを早期に確実にすることが重要であり、開発中にこれらの点を真剣に受け止めることで、設計レビュータイムと組立/製造時間を短縮できます。これらの点に注意を払うことで、PCBAの不必要な再設計もいくつか排除できます。部品がなければ、基板もなし。かつて時折イライラする忍耐と計画の教訓であったサプライチェーン管理は、プロトタイプレベルでも重要な設計パラメーターとなっています。数百万ドルの開発プロジェクトが、たった10個の微細なマイクロコントローラーが見つからずに1週間遅れることほど悪いことはありません。これらのマイクロコントローラーの価値は1つ2ドルに過ぎません。 PCBA用の一般的な受動部品、ダイオード/LED、または一般的なICは、交換が容易であり、おそらく大きなPCBレイアウトの変更を必要としないでしょう。利用できないマイクロコントローラー、FPGA、特殊SoC、その他の特殊コンポーネントのようなものは、PCBAのほぼ全面的な再設計を強いる可能性があります。製造のために注文を出す前に、早期にコンポーネントの入手可能性とリードタイムを常に確認するべきです。設計ツールの検索機能は、ここで大きな役割を果たし、PCBを製造する前に、調達データやコンポーネントのシンボル/フットプリントを見つけるのに役立ちます。これを軽減する最良の方法は、回路図が完成したらすぐにすべての部品のプロトタイプ数量を注文することです。確かに、誰もが不足時にスマウグが「一枚のコイン」でさえ手放すことを拒むように部品の山を欲しがる収集家になりたいとは思いませんが、私たちが話しているのはほんの一握りの部品です。ボードが組み立てられる時点で設計から外された部品の4分の1を無駄にする失望は、ファームウェアエンジニアがハードウェアがないときに時間を無駄にすることを知ることと比べものになりません。迅速なメモ：各部品の MSL（湿度感受性レベル）の評価を確認することも重要です。契約メーカーは、SMTリフローのためにボードに部品を配置する前に部品を焼く必要があるかもしれません。供給チェーンを早期に見ることで、PCB組立（PCBA）の生産時間を短縮します。デザインレビューは楽しい！ほとんどのエンジニアは、デザインレビューについて2つのことを認識しています：それらはRev Aリリースに必要であり、レビューを完了することは、同僚に大きなお願いをすることができます。しかし、レビュアーにとって余分な苦労を伴う必要はありません。何事も、お金と競争を加えることでより楽しいものにすることができます！例えば、デザイナーは見つかったミスに対してレビュアーに支払う必要があるかもしれません。ボードのリビジョンを引き起こす可能性がある重大なミスについては1つにつき20ドル、重大でないミスについては2ドルが妥当でしょう。デザイナーが残ったものを保持できるように、会社に200ドルの予算を出してもらい、デザインの卓越性を奨励し、健全な競争を促進することもできます。設計レビューチェックリストを完了させるには、サードパーティプログラムでガーバーファイルを確認することが欠かせません。これは、基板製造業者がファイルを検査するのと同等の作業です。99.99%のエラーは設計および/または構成のエラーですが、すべてのeCADパッケージが何らかのエラーを出したことがあるため、5分間のチェックは価値があります。例えば、 GerbVは無料のオープンソースツールで、設計者が各レイヤーを個別に、そして一緒に、設計エラーやCAM出力エラーから生じる可能性のある不審な点を確認することを可能にします。ペーパードール PCBA設計の究極の目標がコンピュータから離れて実世界で何かを構築することであることを思い出して、機械的な部分をダブルチェックする簡単で迅速な方法があります：ペーパードールです！Tara Dunnが

設計を正しく進めるためのBOM管理 Active BOMがあれば、憶測に頼らずにコンポーネントを選択して、最初から正しい設計を進めることができます。 Altium Designer すべての製造段階で作業をスムーズに進めるためのPCB設計ツールコンポーネントに対するフィードバックをもらわないと、作業を開始できないことにうんざりしていませんか？コンポーネントについての誤った情報や古いデータが原因で、予算に響く土壇場の変更が発生することに疲れていませんか？こうした問題に思い当たりがあるのなら、スケジュールに狂いが出ることに大きな不満を抱えていらっしゃることでしょう。回路図にコンポーネントを配置しながら、リアルタイムの部品情報をサプライヤーから直接入手できるとすればどうでしょう？回路図の作成中に、設計で使用するすべてのコンポーネントの詳細リストがあれば便利だと思いませんか？これらはすでに実現しています。PCB設計ツールからコンポーネントの詳細な最新情報を入手できるのは、Altium DesignerのActive BOMがもたらす利点の1つにすぎません。BOM管理では、入手できる必要な情報がソフトウェアでリアルタイムに更新されるため、購買管理、請求管理、製品（開発）管理、製品ライフサイクル管理がはるかに容易になります。 Active BOM: 設計データで機能するもうひとつのポータル Active BOMは、Altium Designerに含まれる最新ツールの1つです。回路図エディタやPCBレイアウトアプリケーションとともに、設計データでポータルとして機能するこのツールでは、コンポーネントの完全な詳細リストを表示して、含まれるデータを設計で直接使用できます。回路図とレイアウトの両方でコンポーネントを横断選択できるため、設計中だけでなく設計の見直しにも大いに役立ちます。 Active BOMでは部品サプライヤーとのクラウド接続を通じて、部品の最新の価格や在庫状況、技術データを入手できます。これらの機能のほかにも、部品表レポートを直接作成することが可能です。こうした部品管理が生産性の向上にいかに役立つかがわかったら、もうActive BOMを手放せなくなるでしょう。設計システム全体で活用できるActive

PCBテストクーポンの設計方法とテストできる内容

Thought Leadership PCBテストクーポンの設計方法とテストできる内容コンポーネントの動作速度が上がるにつれて、デジタル、アナログ、混合信号システムにおいて制御インピーダンスが一般的になってきています。インターコネクトの制御インピーダンス値が正しくない場合、インサーキットテスト中にこの問題を特定するのが非常に難しくなります。わずかな不一致がボードの故障を引き起こさない場合がありますが、テスト失敗の原因として不正確なインピーダンスを特定するのは難しい場合があります。特に、ベアボードインピーダンステストを容易にするために、正しいテストポイントやテスト構造がボードに配置されていない場合はそうです。インピーダンスは多くのパラメータ（トレースの形状、ラミネートの厚さ、ラミネートのDk値）に依存するため、現在のところ、大多数のPCBは制御インピーダンスのためにテストされています。ただし、テストは通常、PCBと同じパネル上で製造されたPCBテストクーポンで実施されます（通常は端に沿って）。ボードスピンを迅速に進め、将来の設計を支援したい場合は、テストクーポンを設計して手元に置いておくことを検討すると良いでしょう。さらに、提案するインターコネクトのジオメトリに関する十分なドキュメントを製造業者に提供することは、製造業者が正しいテストクーポンを作成することを確実にするのに大いに役立ちます。分離型または統合型PCBテストクーポン？テストクーポンの目標は、ボードの意図されたスタックアップを正確に捉え、正確なインターコネクトインピーダンステストを容易にすることです。これを行う方法はいくつかあります。制御インピーダンス用のテストクーポンでは、製造業者がパネルの端に少しスペースを残して、制御インピーダンステストのためのテスト構造を配置することがあります。テストクーポンは、ベンダーライブラリから選択されたり、業界標準（例えば、 IPC 2221B Appendix AのDクーポン）、またはいくつかのソフトウェアを使用して生成されたりすることもあります（例えば、 IPC 2221B Gerber Coupon Generator）。時には、テストクーポンが実際のPCBに統合され、同じパネル上で別のセクションとして作成されるのではなく、実際のPCBに統合されることがあります。この場合、テストクーポンは、生成されたものやベンダー提供のテストクーポンから期待される典型的な外観を持たないかもしれません。Kella Knackは、最近の記事で、製造業者であれば別のテストクーポンに、設計者であればプロトタイプボードに直接含めるべき一般的なテスト構造について説明しています。テスト構造を直接ボード上に配置することは、スペースの無駄のように思えるかもしれませんが、プロトタイピング中はもちろん、大規模生産中でも、インサーキットテストに大いに役立ちます。もし、一般的でないインターコネクトの幾何学構造を設計している場合、大量生産前にインピーダンスを評価する必要があります。インターコネクト設計を含む単一のボードを設計し、社内でテストすることは損ではありません。テストボードに前もって費用がかかりますが、生産前に必要な測定値を得られれば、後でボードを再設計する必要がなくなるかもしれません。インピーダンスを超えて相互接続インピーダンス、PDN容量、導体損失、伝搬遅延は、適切なテスト構造を用いればすべて測定できます。カスタム設計されたテストクーポンに配置された他のテスト構造は、基板ラミネートの誘電率を決定するのに役立ちます。マイクロ波/ミリ波領域に達すると、挿入損失や空洞放射などがテストされるべきで、制御インピーダンス線上のアナログ信号が重大な劣化を経験しないようにする必要があります。

PCBトレースとパッドのクリアランス：低電圧対高電圧

Thought Leadership PCBトレースとパッドのクリアランス：低電圧対高電圧高電圧/高電流設計は、設計者が満たす必要がある安全要件を伴います。同様に、高速設計では、信号の整合性を保証するためにクロストークを抑制する必要があります。両方の領域に関連する主要な設計要素は、PCBトレースクリアランスとパッドクリアランスの値です。これらの設計選択は、安全性、ノイズ抑制、および製造可能性のバランスをとるために重要です。 IPC 2221電圧および間隔基準は、導体間のESDを防ぐためのガイダンスを提供しますが、すべてのボードがこの基準を満たす必要はありません。PCBトレース間の距離の電圧と信号の頻度（またはデジタル信号のエッジレート）に応じて、PCBトレースクリアランスに異なる値が必要になる場合があります。製造可能性を確保しながら、PCBクリアランスレイアウトのこれら2つの側面をどのようにバランスさせるかについて説明します。低電圧 (15 V) IPC 2221電圧および間隔基準によると、一般用途デバイスの最小PCBクリアランスルール（実際には、任意の2つの導体間のクリアランス）は0.1 mmまたは4ミルです。電力変換デバイスの場合、この最小PCBトレース幅および間隔は0.13 mm、または5.1ミルです。これらのボードは「高電圧」とは考えられず、これらのボードの導体間隔はHDI領域に近づき始めます。これらの電圧では、デジタル信号、低周波アナログ信号、または単に中程度の電流でのDCを扱っている可能性があります。デジタル信号の場合、典型的なルールは「3W」ルールに従うことです。ここで、トレース間のクリアランスはトレースの幅の3倍です。典型的な50オーム制御インピーダンスのマイクロストリップの場合、トレース幅は約20ミルになるため、推奨されるPCBトレース間隔は60ミルです。 IPC 2221の要件内にまだ十分に収まっており、主な焦点は効率的なルーティングとDFMにあるべきです。HDI領域でも、BGAの細かいピッチパッド間をルーティングする必要がある場合でも、一般的に3.3Vまたは約1Vで作業しているため、これらの電圧要件を心配する必要はありません。高電圧（>15 V）高DC電圧では、PCBトレースのクリアランス値を選択する際の主な懸念事項は、露出した導体間でのESD（静電気放電）と樹枝状成長を防ぐことです。高AC電圧の場合、または高電流を出力するスイッチングレギュレータを使用する場合、ESDと樹枝状成長だけでなく、クロストークについても心配する必要があります。クロストーク抑制ガイドラインは、非常に高い電圧になるまで、導体間の必要なPCB電圧クリアランスまたは間隔を過剰に規定しています。 IPC 2221とクロストーク抑制のバランスをどのように見つける必要があるかを考えるために、次の仮定の状況を考えてみましょう。制御インピーダンスのマイクロストリップ（幅20ミル）が、高電圧ACラインの近く、または高電流DCレギュレータの出入りするトレースの近くにあるとします。"3W"ルールに従うと、平行なマイクロストリップ間および近くの高電圧ラインとの間隔は1.5 mm、または約60ミルであるべきです。これは、高電圧レベルが電力変換デバイスの場合は180V、その他の高電圧製品の場合は340Vに達するまで、IPC 2221に十分適合するものです。