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PCB配線

モノのインターネットのハードウェアプラットフォームのフレキシブル化

Thought Leadership モノのインターネットのハードウェアプラットフォームのフレキシブル化子供の頃に熱中したり執着したりしたものを覚えていますか? 私が若かった頃、誰もがポケモンと、子供でも触れる電子機器に熱中していました。これら2つの熱狂はやがて、たまごっちという最終的な流行に結びつきました。これは大ヒットして、携帯電子機器の人気と、小さく非現実的な動物に対しての子供たちの愛情を生み出しました。最近では、PCBにおける2つの熱狂、すわなちフレキシブル電子回路とモノのインターネット（IoT）が結合しました。自作用開発基板のようなハードウェアプラットフォームはIoTの誕生に役立ち、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス（FHE）はそのIoTを成熟へ導くために役立っています。技術者は、Arduinoのような大きなブランドと互換性のあるフレキシブルな基板や周辺機器の設計を開始しています。IoT開発者が必要とするコンポーネントを搭載した、使いやすい基板を設計することで、この動向に加わることができます。フレキシブルなハードウェアプラットフォームの利点完全フレキシブルおよびリジッドフレキシブルPCBは長年にわたり、航空宇宙などハイテク産業に限って使用され、ローバーが他の惑星まで飛行するために役立っていました。しかし今日では、これらのPCBの利点は地球に戻って、開発基板やその周辺機器に利用されるようになっています。フレキシブルなハイブリッド電子機器では、従来型電子機器の低コストや性能と、フレキシブル回路の容積やフォームファクターの利点を組み合わせて活用しています。一部の組織は将来の完全にフレキシブルな電子回路を構想していますが、現在のところはハイブリッドで妥協する必要があります。フレキシブルハイブリッド電子回路は、フレキシブルな基板に従来型のコンポーネントを実装するものです。従来型の電子機器コンポーネントは長年にわたり、コスト、速度、消費電力の点で高度に最適化が行われてきました。フレキシブルなアナログも多少存在しますが、比較すると性能的には見劣りするものです。また、十分に使用され実績のあるチップを使い慣れていることから、デバイスで簡単に使用できます。しかし、リジッドPCBには多くの欠点があります。主な問題点は曲がらずに折れる傾向があること、サイズ、および動的な圧力を処理できないことです。フレキシブル基板にコンポーネントを取り付けることで、これらすべての問題を解決できます。言うまでもなくFHEは曲がるように作られており、一部のFHEは 200,000回もの曲げ耐性があります。信頼性に加えて、折り曲げ可能な基板はフォームファクターも小さく、通常のPCBでは収まらないような領域にも折りたたんで収納可能です。

リジッドフレキシブル基板設計の構造整合性と課題

リジッドフレキシブル基板設計の構造整合性と課題リジッドフレキシブルの出現とともに、これまでよりも小さいフォームファクターに、より多くの部品を配置できるようになりました。さらに、リジッドフレキシブル設計は、重量や信頼性においてもリジッド設計より有利です。リジッドフレキシブルの利点に限定してブログを書くこともできますが、それは別の機会に回します。リジッドフレキシブルは非常に優れていますが、取り扱いの際に知っておくべき事項がいくつかあります。この記事で重点を置きたいのは、リジッドフレキシブル設計の際の配線に関する課題です。その他の課題についてのご確認を希望される場合は、そのトピックに関する Altiumのホワイトペーパーをご覧ください。フレキシブル領域の配線 PCB設計でフレキシブル領域の配線を行う場合、留意すべき事項がいくつかあります。言うまでもなく、フレキシブル設計とリジッド設計の主な違いは、フレキシブルな部分が動くということです。例えば、フレキシブル基板向けのIPC 2223C設計基準による定義では、フレキシブル回路には曲げに関する要件があり、主に3つのカテゴリーに分類されます。それぞれのカテゴリーに独自の要件と制限があります。 - 導入するフレキシブル - ダイナミックフレキシブル - 1回のみの折り曲げ各カテゴリーには最低限のフレキシブルおよびフレキシブルリジッドの曲げの仕様があり、該当箇所の銅箔変形因子、完成したフレキシブルの厚みの倍数、レイヤー数に応じて算出されます。つまり、電気的な考慮事項だけでなく、物理的な考慮事項も理解しておく必要があります。銅箔の変形は、割れや裂けの問題に関連し、設計の可能/不可能についての制約が増えるので、配慮が必要です。例えば、ビアを使用できるとしても、導体に圧力がかかるため、曲げ領域にビアを配置することは好まれません。また、同じ理由から、ビアにティアドロップを適用する必要が生じます。幅を変える場合、急に異なる幅にするのではなく、徐々に変える必要があります。トラックがパッドに接続するところでは、特にフレキシブル回路の終端などで一直線に並んでいる場合（下図参照）、長い間に銅箔が疲労する弱い部分が形成されます。補強材を使用するか折り曲げを1回のみにしない限り、パッドからトレースを徐々に細くすることをお勧めします。耐久性を高めるため、トレースを徐々に細くするフレキシブル回路を扱う場合、曲げ領域への応力緩和を考慮する必要があります。圧力のかかる点の応力を緩和するには、トレースを均等に配置することをお勧めします。また、フレキシブル設計の外側部分周辺に幅の広い導体を追加することで、設計の強度を向上し、断裂を回避できます。隣接レイヤーの銅箔トレース（上）と交互に配置された隣接レイヤーのトレース（下）

PCB配線ワークフローの時間節約技術

PCB配線ワークフローの時間節約技術電気設計に慣れていなくても、30年以上の経験があっても、エンジニアは、PCB設計プロセスにおいてインタラクティブな配線が最も困難で面倒な作業であることに同意します。経験豊富な設計者は、多くの戦いや極限の戦争に勝てるほどの創造的なパズル解決の才能を使って、困難な作業を楽しんでいます。配線の経験がない設計者や設計の他の部分に集中したい設計者は、作業遂行に苦労することになります。しかしながら、どのような設計者も最終的には面倒な作業にうんざりしてしまいます。最も一般的な配線の問題には、配線位置の管理、ピン/ビアアレイからの引き出し順序、配線の効率化、高速化、製造上の懸案事項などがあります。基板の配線を数時間ではなく数分でできるとしたら、どれほど多くの基板を設計できるか、想像してみてください。貴重な時間とリソースを節約しながら、より効率的に基板全体を配線できるとしたらどうでしょうか? 高性能のガイド付きPCB配線技術 Altium Designer^®のActiveRouteは、短時間で高品質の配線をしながら、ユーザー制御による高度な自動化を適用できる、インタラクティブな配線方法です。ActiveRouteの目的は、配線に関する課題を軽減して面倒な作業をなくし、生産性を大幅に向上させることです。ガイド付きのチャネル配線の画像インタラクティブな配線ツールというコンテキストにおいて、ActiveRoute独自の特徴は、複数レイヤーを同時配線ができるということです。この機能は、設計者のプランに従い、高速な処理性能を達成するための配線の効率化に重要です。デフォルトでは、ActiveRouteのパネルでレイヤーが選択されていない場合、アクティブなレイヤーでのみ配線が行われます。パネルで複数レイヤーが選択されていると、ActiveRouteは、それらのレイヤーに対して均等に配線します。複数レイヤーの同時配線レイヤー 1（緑）に48の配線およびレイヤー4（青）に44の配線 ActiveRouteは複数レイヤーに配線できるので、1つのレイヤーで特定の接続の配線に問題がある場合、ActiveRouteはただちに他のレイヤーの配線に移ることができます。この結果、その配線はより直線的になります。さらに、同じレイヤーで何度も配線しようとして時間を無駄にしたあげく、ミアンダが過剰にできてしまった、もしくは配線できなかったという状況を避けられます。これからのPCB配線従来、配線プロセスは、経験豊富な設計者でもかなりの時間と労力を要するものです。ActiveRouteは、複数レイヤーをすばやく配線して微調整のための時間を多く残しておくことでユーザーがワークフローを大幅に加速できるようにし、インタラクティブな配線のパラダイムを変えます。 ActiveRouteについてさらに詳しい情報をご希望の方は、今すぐ Altium DesignerのActiveRouteに関する無料のホワイトペーパーをダウンロードしてください。

コンポーネントの配置と配線により、PCBをESDから保護する方法

Thought Leadership コンポーネントの配置と配線により、PCBをESDから保護する方法私は、周りの人に言わせると、驚くべき神経質で特定の事物を整理するそうです。大学院で、机の私側の端と、隣の席の端から始まるサンプル容器と論文の山との間には境界線がありました。この傾向は、特にバスルームにはおよばなかったため、同級生やボーイフレンドを困惑させましたが、PCBのコンポーネント配置の最適化では私を名人に仕立て上げてくれました。この傾向は、物事を整頓された状態に保つだけでなく、基板全体の静電放電保護も向上します。よいコンポーネントの配置が明らかに意味するところは、基板上の配線に影響するということです。つまり、配線は、ESDの影響が、PCB全体や、影響を受けやすいコンポーネント、保護されていないコンポーネントにどのように広がるかを決定します。コンポーネントの配列を調整する場合、配線を改善し、PCBおよび影響を受けやすいICを最善の方法で保護するための基本的ガイドラインがあります。可能な限り最も安全な場所へのコンポーネントの配置ときとして、設計要件のため、静電気の影響を受けやすい全てのコンポーネントに対して保護回路を使用できないことがあります。その場合、それらのICの状況を改善するために実行できるステップがあります。 TVS保護回路とコネクター入力の間のトレースから、あるいはESDが予期されるその他の場所から、保護されていない回路を離します。この方法で、ESDパルスから生じる電磁場の急速な変化よって誘導される電流にコンポーネントをさらすリスクを最小限にできます。コンポーネントの配置は、ICを保護配線に配置できない場合でも、ESDからICを保護できます。保護配線上にあるデバイスでも、配置に関する事前の考慮から恩恵を受けることができます。影響を受けやすいコンポーネントは、保護配線上にある場合、基板の中央付近に配置する必要があります。これにより、保護回路の最高のパフォーマンスを得られるよう、寄生インダクタンスのバランスを調整することができます。配線長の最短化トレースやワイヤが長いと、ちょっとしたアンテナの役割を果たします。意図しない放電を伝達したり受けたりする可能性があります。ESDパルスがある場合、それらは火花から「出力」を受け取り、配線長全体に伝達します。配線長を最小にする最も簡単な最初のステップの1つは、全てのコンポーネントを、距離が近い相互接続を多用して配置することです。これにより、配線長を最小にし、うまくすれば相互接続する線の数も最小にできます。整理名人は、類似の要素をまとめる必要があることを知っています。

基板をESDから保護するための正しいPCB配線とPCBレイアウト

Thought Leadership 基板をESDから保護するための正しいPCB配線とPCBレイアウト私がランニングを始めた頃、既に何回かウルトラマラソンを完走した友人と一緒に走っていました。彼女は家から何マイルも遠くまで走り、私と一緒に短いループを走ってから、私と離れてさらに走り続けました。私が速くなると、彼女は早く家に帰る代わりに、ループを長くしました。彼女はこれに関して巧妙でもありました。彼女は常に、私が早く引き返すと退屈なルート、または私が知らない新しいルートで、近道をできないように計画していました。彼女は都市計画家として、ランニングのルートも意図的に好きなルートを選択していました。私は技術者として、まったく異なるもの、通常は走りやすい場所を望んでいましたが、彼女の意図も理解していました。結局のところ、私がPCBを設計するときも同じことが成り立ちます。私はコストや性能に関して特定の目標を達成するような配線を希望します。配線は ESD保護においては特に重要で、ESDで引き起こされるEMIからコンポーネントを安全に保護するため役立ちます。回路のループの最小化私たちのランニングのルートは多くの場合に回り道のループでしたが、PCBにおいてはその逆を行うべきです。回路のループを最小限にすれば、ESDがPCB上で伝搬されることによる損傷を大幅に低減できます。これは、変動する磁束を囲むループには誘導電流が発生するためです。この磁束がESDによるものであれば、誘導される電流が予期せずコンポーネントへ流れ込むことにより、極めて破壊的な損傷が発生する恐れがあります。場合によっては他の選択肢がなく、レイアウトにどうしてもループが必要な場合もあります。このような場合、ループの面積を最小限にします。誘導電流の大きさは、ループのサイズに比例します。 GNDプレーンの使用多層基板を設計するときは、必ず GNDプレーンを使用すべきです。PCB上に形成される最も一般的なループは、電源からGNDへの配線です。これらのループは非常に遍在的なため、見逃されがちです。 GNDプレーンを実装できない設計者は、ビアのグリッドパターン（格子状パターン）を使用して電源とGNDとを接続します。これは基本的に配線のあるGNDプレーンをエミュレートするものです。これは格子と考えることができ、1つの線に沿ったいくつかのポイントで電源の接続が発生し、GNDの配線が直交した線に沿って接続されます。 Semtech は非常に適切な例を用意しており、同社は6cmごとに接続を行うことを推奨しています。同社は、電源とGNDとの配線を近くに保持することも推奨しています。ただし、これによって基板に、特にAC電源との間にエッチングが発生する可能性もあります。グリッドパターンを使用して、電源とGNDとを接続すると、GNDプレーンを使用できないときに回路ループを最小化するために役立ちます。配線経路の最適化ループを最小化する以外に、互いに並列している配線を除去するよう心がけてください。これは、相互接続されているデバイス間の並列配線について特に重要です。並列した配線は互いに簡単に結合します。

寄生インダクタンスがESD保護にどのように影響するか

Thought Leadership 寄生インダクタンスがESD保護にどのように影響するか私は、子供の頃、必ず生物学者になると考えていました。あらゆる種類のトカゲやオタマジャクシ、昆虫を収集し、さまざまな生き物が住むための水槽に小遣いのほとんどを使っていました。しかし、1つのことが私を思いとどまらせました。寄生虫が大嫌いなのです。カマキリやヘビは、体のどこを這っていても平気なのに、サナダムシは、見ただけで吐き気がしてきます。結局、私は、週末の餌やりが必要ない工学を選びました。寄生回路パラメーターは厄介者ですが、そのために仕事中に吐くようなことはありません。特に、寄生インダクタンス（L）は、静電放電（ESD）保護がどれほど効果的になるか、ということに大きく影響します。インターフェイスを管理すること、また、入力で過渡電圧サプレッサー（TVS）を使用することが、重要な第一歩です。ただし、寄生インダクタンスを最小化しないと、有効な対策が全て無駄になります。TVSを使用している場合、特にそうです。TVSダイオードが、大きな寄生インダクタンスの影響を受けると、ESDパルスが発生した場合、電圧が劇的にオーバーシュートし、コンポーネントをまったく保護しない可能性があります。私は、アノールトカゲなどの小さな生き物を多く飼っていましたが、寄生虫がひどく嫌いだったので、生物学のキャリアを諦めました。寄生インダクタンスは保護回路に何をするか? TVS保護回路のインダクタンスを調べ、回路の入門クラスを思い出すと、その答えが分ります。 ESDパルスの電圧（V ESD ）は以下のように考えることができます: V ESD = V BREAKDOWN(TVS) + R DYNAMIC(TVS)

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