3D-MID for Layout & Routing

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プリントエレクトロニクス設計とは何ですか？

プリントエレクトロニクス設計とは何ですか？ 1 min Blog 機械エンジニア

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電気技術者プリントエレクトロニクス設計とは何か？答えは簡単です。それは電子設計です。電子設計を行うために、回路理論、数学的計算、コンピュータベースのシミュレーションを利用します。プリントエレクトロニクス材料を使用して製品の電気的機能と性能を設計します。材料が重要なポイントであり、プリントエレクトロニクスに使用される材料は、従来のPCBで使用される材料とは異なる電気的性能特性を持っています。さらに、プリントエレクトロニクス材料を使用して異なる方法で電子機器が構築されます。PCBのトレースがどのように行われるかはよく知られています。最初に、電子エンジニアが設計し、電気的要件に基づいて寸法を定義し、設計が完成した後、製造ファイルがリリースされます。製造では、例えば、マスクされたUV感光性フォトレジストフィルムをUV光にさらすことによって、設計ファイルに従ってPCBの銅上に電気回路をコピーすることでPCBが製造されます。次に、UV光にさらされていない銅がエッチングで取り除かれます。結果として、設計通りのトレースが得られます。その寸法は正確であり、電気的要件を満たしています。プリントエレクトロニクスでは、新しい設計ルール、材料、製造方法を使用して同じ結果を達成する必要があります。プリントエレクトロニクスの設計の入力と出力は、基本的にPCB設計のそれと同じです。入力と出力の間のコツも同じです：エレクトロニクス設計です。材料情報と設計ルールを設計プロセスに取り入れ、出力は製造ファイルです。PCBとプリントエレクトロニクスのエレクトロニクス設計において同じ物理法則が有効であり、これらが何ができるかの境界を設定します。PCBで作られた回路とプリントエレクトロニクスで作られた回路は、全く同じ機能を持つことができますが、回路設計は見た目も実際にも異なります。これは、電気回路に使用される材料の物理的能力と限界のためです。両方の回路で、インピーダンスを介して電圧差を適用することで電流を流す必要があります。両方の回路で同じ電流を流すためには、インピーダンスを同じレベルに調整するか、回路固有の電圧レベルを設定する必要があります。これらのパラメータは、プリントエレクトロニクス設計で通常扱う必要があります。インピーダンスを微調整し、正しい電圧レベルを設定することで、最適な解決策を探しています。エレクトロニクス設計では、最終製品の材料特性を知ることが不可欠です。PCBからは、銅の厚さ、シート抵抗、その熱特性、PCB材料の誘電率などを知ることができます。印刷エレクトロニクスからも、まったく同じパラメータを知る必要があります。銀インク導体の最終厚さは何か、その平方抵抗はどのくらいか、基板材料の誘電率はどのくらいか？これらの新しい材料に対して、エレクトロニクス設計を実行します。オームの法則、キルヒホッフの回路理論の法則、マクスウェル方程式も印刷エレクトロニクスに適用されます。市場には数百種類の異なる導電性インクがあり、それぞれに独自の平方抵抗率があります。一部のインクは高い導電性を持っています（それでも通常、純銅よりはるかに高い）が、硬化後には全く伸びることができません。他のインクは硬化後に伸ばすことができますが、導電性はさらに悪いです。エレクトロニクス設計では、最終硬化後に使用されるインクの平方抵抗がどのくらいであるかを理解することが重要です。別の設計上の課題は、印刷エレクトロニクスに使用される材料パラメータが使用される生産方法に依存することです。導電性インクの印刷方法、これらの硬化方法、導体の下に印刷された他のインクがどのように影響するか、例として、最終的な平方抵抗に影響を与えます。生産を変更する場合は、レイアウト設計を変更する必要があるかもしれません。または、その生産は設計の電気回路要件に応じて設定されなければなりません。印刷エレクトロニクスの製造方法を知っていることが非常に重要です。これはPCBでは違いはありませんが、これらがどのように構築されているか、この特定の生産の制限は何かを知る必要がありますが、PCBでは、製造方法はより標準化されており、各製造は基本的にわずかな能力差を持って似ています。印刷エレクトロニクスでは、まだこのレベルにはありません。導電性インクは、いくつかの方法で印刷することができます。最も使用されている方法は、スクリーン印刷とインクジェット印刷であり、Googleで検索すると他にも多くの方法が見つかります。印刷プロセスに関連する重要なことは、製造能力とその制限を理解することです。トレース間に必要な最小クリアランスはどれくらいですか？何層の導電層を使用できますか？トレースの最小幅と最大幅はどれくらいですか？使用する予定の生産の設計ルールに慣れ、これらの設計ルールに対して設計をチェックしてください。PCB設計ツールで利用可能な多くの設計ルールは、正しいルール定義で印刷エレクトロニクス設計にそのまま使用できます。製造に電子設計ツールがサポートしていない設計ルールが含まれている場合、手動で設計ルールチェックを行う必要があります。たとえば、印刷された誘電体で隔てられた複数の導電層を使用できる場合、1層目と2層目の導電層トレース間には、同じ層上に印刷されたトレース間と全く同じ設計ルールが適用されることを意味します。そして、これは標準のPCB設計ツールではサポートされていません。また、印刷された電子機器には機能を得るためのコンポーネントが必要であり、印刷された電子回路上のコンポーネントの組み立ては標準的なはんだ付けプロセスではありません。印刷電子機器に使用される典型的な材料はプラスチックであり、これはPCBやFPCと比較して熱特性が異なることを意味します。これは、接着材料も異なることを意味します。低温はんだ、導電性接着剤、またはその他の接着材料は、印刷電子機器のSMAに典型的であり、これらはコンポーネントのための特別なフットプリントを必要とする場合があります。コンポーネントの下にトレースを配置できますか？特別なキープアウトエリアが必要ですか？印刷電子機器にどのようなコンポーネントを配置できますか？これらは、PCBのSMAと比較して異なる視点から考える必要がある質問です。さらに、表面実装組立のための製造ファイルは異なる場合があります。ペーストステンシルファイルを使用できますか、それとも代わりにディスペンシンググルーマップを提供する必要がありますか？SMAが何を要求するか事前に確認してください。プリントエレクトロニクスは比較的新しい技術領域であるため、材料特性や製造方法に関する情報は、PCBと同じ規模で利用可能ではありません。さらに、異なる電気特性を持つプリント導電性インクが大量に存在し、特性は製造装置や方法によって完成品でどのように表れるかが異なります。設計は、新しい材料や製造方法に対する電子工学の理論を実装することに依存しています。私にとって、電子設計とは、理論、物理学、数学を利用して電気的機能性と性能を保証することを意味します。これらの方法は、入力として材料の知識を必要とします。プリントエレクトロニクスでは材料情報が不足しており、時には計算の裏付けなしに決定が行われることがあると私は見てきました。それは設計ではなく、推測に過ぎません。そして、それは電子設計ではありません。次の PCB設計でAltiumがどのように役立つか知りたいですか？ Altiumの専門家に相談するか、Altium Designerのドキュメントで印刷電子機器について読むか、印刷電子材料や Tactotekでの印刷電子機器に関するポッドキャストを聞いて、基板に直接電子回路を印刷する方法について詳しく学んでください。

構造エレクトロニクスが電気工学を再形成している方法

構造エレクトロニクスが電気工学を再形成している方法 1 min Blog 電気技術者

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機械エンジニア構造エレクトロニクスが形状と機能をどのように融合させ、より軽く、より賢いデザインを可能にし、電気工学の未来を再定義するかを探求しましょう。

インモールドエレクトロニクス統合回路の未来

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電気技術者が機能性表面に直接回路を統合するためにインモールドエレクトロニクスをどのように使用しているか 1 min Blog システムエンジニア/アーキテクト

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PCB設計者電気技術者がどのようにしてIn-Mold Electronics (IME) を使用して、回路を3D表面に埋め込み、スリークで耐久性があり、スペースを節約するスマートインターフェースを実現しているかを発見してください。

PE: 柔軟でコスト効率の良い回路設計の未来

印刷エレクトロニクス：柔軟でコスト効率の良い回路設計の未来 1 min Blog プリントエレクトロニクスとは？プリントエレクトロニクスは、従来のPCB製造方法ではなく、印刷技術を使用して電子回路やコンポーネントを作成することを可能にする、急速に進化している分野です。従来のエレクトロニクスがエッチングされた銅のトレースと硬質の基板に依存しているのに対し、プリントエレクトロニクスは導電性インクとプラスチック、紙、テキスタイルなどの柔軟な材料を活用します。これにより、より薄く、軽く、適応性の高い電子デザインが可能となり、ウェアラブル、スマートパッケージング、医療機器、さらには自動車アプリケーションにおける革新の道を開きます。インクジェット、スクリーン、またはグラビア印刷技術を利用して、抵抗器、コンデンサ、アンテナ、センサーなどの電子コンポーネントを柔軟な基板に直接印刷することができます。このアプローチは製造を簡素化し、廃棄物を減らし、生産コストを下げるため、従来のPCBが実用的でなかったり、高すぎたりするアプリケーションにとって魅力的な代替手段となります。 IME技術を用いて設計・製造された自動車コンソールのプロトタイプ。出典: TactoTek プリントエレクトロニクスの成長を促進しているのは何か？プリントエレクトロニクスへの関心と採用の急増は、いくつかの重要な要因によって推進されています。まず、特に消費者向け電子機器、医療、およびモノのインターネット（IoT）分野において、軽量で柔軟性があり、コスト効率の高い電子ソリューションへの需要が増加しています。スマートラベルや医療用パッチなど、日常の物体に電子機器を統合する能力は、イノベーションの新たな機会を開きました。持続可能性も、この成長を促進する別の重要な要因です。従来のPCB製造は、複雑な減算エッチングプロセス、化学廃棄物、および高価な材料を伴います。対照的に、プリントエレクトロニクスは材料の廃棄を最小限に抑え、エネルギー効率の良い加算プロセスを使用するため、より環境に優しいです。IDTechExによると、プリントおよびフレキシブルエレクトロニクスは、使い捨てアプリケーションにおいて電子廃棄物を最大80％削減する可能性があります。さらに、導電性インク、印刷可能な半導体、および新しい基板材料の進歩は、プリントエレクトロニクスの機能と信頼性を継続的に向上させています。例えば、銀ナノワイヤーに基づく導電性インクは、10⁶ S/mを超える導電性レベルに達し、柔軟な形状でも高性能回路に適用可能となっています。プリントエレクトロニクスの主な利点プリントエレクトロニクスの最も重要な利点の一つは、そのコスト効率の良さです。回路がエッチングされて組み立てられるのではなく印刷されるため、複雑さや生産量に応じて、製造コストを 30～70％削減できます。このプロセスは、FR4のような高価な基板の必要性をなくし、材料の無駄を最小限に抑えます。これにより、プリントエレクトロニクスはRFIDタグ、フレキシブルセンサー、使い捨て医療機器など、大量生産で低コストのアプリケーションに理想的です。柔軟性ももう一つの大きな利点です。従来のPCBは硬直しているため、ウェアラブルや曲面デザインへの適用が限られます。一方、プリントエレクトロニクスは、フレキシブルでさえ伸縮可能な基板に統合でき、スマート衣類、折りたたみディスプレイ、フレキシブルなソーラーパネルなどの製品に新しい形状を可能にします。一部のシステムは、 5 mm未満の半径まで曲げたり、 30％まで伸ばしても故障しないことがあります。生産効率もプリントエレクトロニクスを際立たせます。加算製造技術を使用することで、複数の電子層を一つのプロセスで印刷でき、組み立てステップと生産時間を削減できます。例えば、シンプルなRFIDタグの完全な印刷は、 10秒未満で達成でき、これは従来のエッチングと組み立てに比べて顕著な進歩です。 Altium

3D-MIDに焦点を当てて

3D-MIDに焦点を当てて：原理、プロセス、および実用的な使用 1 min Blog 電子部品の小型化と製造・組立プロセスの改善により、設計のトレンドはますます小型で高性能なデバイスへと移行しています。例えば、スマートウォッチやスマートグラスは、強力なプロセッサ、ディスプレイ、カメラ、マイク、スピーカー、Bluetooth、Wi Fi、内蔵アンテナなどの機能を統合しています。この進化は、設計者に電子部品が占めるスペースを継続的に削減することを求めています。一つの解決策は3D-MID技術で、これにより機械部品と電子部品の統合が可能になります。設計ツールのリーダーであるAltiumは、市場でユニークな三次元回路設計のソリューションを提供しています。 3D-MIDとは何か？ 3D-MIDという略語は 3次元メカトロニクス統合デバイスを意味します。これは、部品自体の材料を基板として使用し、電子部品を機械部品に直接統合する技術を指します。このアプローチにより、プラスチック上に導電性のトレースを形成し、コンポーネントパッドを直接追加することができます。以下の例の図に示されているように：つまり、基板がABSやポリカーボネートなどの機械部品と同じ材料であるPCBを作成し、別のPCBとその組み立てを必要としないためにスペースを節約します。この方法はスペースを節約するだけでなく、設計者が曲線や角度のある複雑な形状に回路を適応させることを可能にし、従来の方法の限界を克服します。フレキシブルPCBであっても、ねじれ角度を考慮し、機械構造内に適切なルーティング経路を作成し、望ましくない動きが損傷につながるのを防ぐために取り付けポイントを確保することが重要です。この技術の製造プロセスはレーザーダイレクトストラクチャリング（LDS）と呼ばれます。この特許プロセスは、非導電性金属化合物をドープした熱可塑性材料を射出成形するLPKFによって行われます。レーザーはその後、この化合物を活性化してPCBトレースを形成します。さらに、3Dプリンティングは射出成形の代替として機能し、この技術のアクセシビリティを広げることができます。この技術は、ワイヤーボンディングなどの技術と組み合わせることもできます。 3D-MIDの歴史、現在、そして未来 LDS技術は、1990年代後半にドイツのレムゴにある応用科学大学であるTechnische Hochschule Ostwestfalen Lippe（THOWL）とLPKFの間での共同研究を通じて開発されました。利用権は2022年までLPKFが保持していましたが、その後すべての特許が同社に移転されました。 3D-MIDは新しい技術ではありませんが、さまざまな分野で応用されており、特にHARTINGのような企業が多様な産業部門でその使用を積極的に推進していることから、業界への影響は拡大しています。Altiumなどから提供される電子設計自動化（EDA）ツールの進化により、PCBデザイナーへのアクセシビリティがさらに向上しています。今後、3D-MID技術の将来は有望です。現在のLDSプロセスは複雑な形状を持つ単一の銅層のみをサポートしていますが、近い将来、多層設計を可能にする進歩が期待されます。このような進歩により、制御インピーダンスを備えた高速バスを信号層に統合することが可能になります。さらに、3Dプリンターは、技術とその応用の進展においてますます重要な役割を果たしています。 3D-MIDの応用分野は何ですか？ 3D-MID技術は、以下を含むさまざまなセクターで広範な応用の多様性を提供します：自動車：気候制御システム、スイッチ、機械的に統合されたアンテナ、LED照明、アダプティブクルーズコントロール（ACC）用のセンサーに使用されます。

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Altium Designerにおけるワイヤーボンディング 1 min Blog PCB設計者

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PCB設計者はじめにワイヤーボンディング技術は年々進化しており、その使用例や応用分野も広がっています。デバイスがよりコンパクトでパワフルになるにつれて、設計者は複雑なインターコネクトを扱うための正確なツールが必要とされ、Altium Designerは、チップ・オン・ボード（COB）設計やキャビティ内のスタックダイ、その他の高性能アプリケーションでのワイヤーボンディングを効率化する機能を提供しています。この記事では、Altium Designerの高度なワイヤーボンディング機能と、それが信頼性をどのように保証するかについて探ります。 Altium Designerにおける高度なワイヤーボンディング技術 Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、新しい機能の範囲を提供し、PCB設計に高度なボンディング技術を取り入れることを容易にしています。いくつかの注目すべき機能を見てみましょう：キャビティ内のスタックダイ用ワイヤーボンディング：ユーザーは、キャビティ構造内のスタックダイに必要な複雑なインターコネクトを簡単に扱うことができるようになりました。これは3D集積回路としても知られています。レイヤースタックマネージャーのリジッド＆フレックスアドバンスドモードを利用することで、ダイ構造とダイパッドを簡単に描画し、異なるスタックアップに配置して3D構造を作成することができます。Altium Designerの3Dビューでのワイヤーボンドの可視化機能により、設計者はワイヤーボンドのループ高さ、長さ、直径、およびパスが設計の電気的および機械的要件に最適化されていることを確認できます。これらの3Dビジュアライゼーションは、高度なコンピューティングおよびモバイルデバイスで使用されるスタックダイ構造の典型的な細ピッチおよび高ピン数を管理する際に重要です。キャビティ内のスタックダイワイヤーボンディング（3D集積回路）ダイ間ワイヤーボンディング：Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、ダイ間ワイヤーボンディングを可能にします。これは、寄生インダクタンスと信号干渉を最小限に抑えるために使用される技術です。複数のダイを中間のフィンガーパッドや銅の流れなしで直接ワイヤーボンドで接続することができ、ループ長を短縮し、高周波および高電力アプリケーションの性能を最適化します。ダイ間ワイヤーボンディングダイから銅プールへのワイヤーボンディング：多くのパワーエレクトロニクスや高電流アプリケーションでは、ダイを直接銅プールに接続することが、効果的な熱および電気性能を実現するために不可欠です。Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、PCB上のダイと銅プールエリアとの間の正確なワイヤーボンディングを可能にすることでこれをサポートします。この方法は、熱の放散と電流処理能力が重要なパワーマネジメントモジュールなどの高電力設計に特に有用です。大きな銅プールに直接ボンドワイヤーを接続することを可能にすることで、設計者は電気および熱性能が最適化され、追加のインターコネクトやビアの必要性を減らすことができます。銅プール上の複数のワイヤーボンド同じダイパッドのための複数のワイヤーボンド：Altium Designerのワイヤーボンディングツールは、電流運搬能力を高め、インピーダンスを減少させるために、同じダイパッドからの複数のワイヤーボンドもサポートします。この技術は、ダイを通じてより高い電流が流れるパワーエレクトロニクスや高性能アプリケーションにおいて特に重要であり、電気負荷を分散させるために追加のワイヤーボンドが必要になります。複数のワイヤーボンドは、個々のワイヤーボンドにかかるストレスを減少させることで機械的信頼性も向上させ、高ストレス環境での熱および電気性能を強化します。パッドの整列と向き：成功したワイヤーボンディングプロセスには、適切なパッドの整列と向きが不可欠です。Altium

TotM - 2024年6月

Altium Designer: PCB設計革新をリードする 1 min Blog PCB設計者

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PCB設計者電子設計の急速に進化する世界において、Altium Designerは革新のリーダーとして輝き、PCB（プリント回路基板）設計における可能性の限界を常に押し広げています。包括的で使いやすいツールで知られるAltium Designerは、世界中のエンジニアやデザイナーの成長するニーズに応える最先端の機能を一貫して導入してきました。その多くの進歩の中でも、特に革新的な3つの機能が際立っています：3D-MID設計、高速設計の改善、およびインタラクティブルーティングの強化です。これらの機能は設計プロセスを合理化し、電子製品の性能と信頼性を大幅に向上させます。 3D-MID設計：Altium DesignerによるPCB革新の新たな次元 Altium Designerは、設計プロセスにおける3D成形インターコネクトデバイス（3D-MID）技術の採用をリードすることで、PCB設計を再定義しています。この革新的なアプローチにより、電気回路を三次元のプラスチック部品に直接成形することが可能となり、機械的、電子的、および視覚的要素を統合した一体構造を実現します。Altiumの3D-MID技術に関する専門知識は、消費者電子機器、自動車、ヘルスケア、航空宇宙、ウェアラブル技術を含む主要産業を変革しており、空間と重量の大幅な削減と機能統合の強化を可能にしています。これらの進歩は、効率と性能に関して新たなベンチマークを設定しています。変革的な3D-MID機能 Altium Designerが3D-MID技術を採用したことは、その提供内容において重要なブレークスルーを示しています。この技術により、機械的および電子的機能を一つの統合されたコンポーネントに融合させる複雑な三次元回路構造の作成が可能になります。3D-MID技術を採用することの利点は広範にわたり、軽量化されたコンポーネント、強化された機能性、設計の多様性の増加に至るまで様々です。このソフトウェアは、デザイナーがほぼあらゆる想定される形状を持つ複雑な多層設計を構築できるようにすることで、力を与えます。このような柔軟性は、空間と重量を最小限に抑えることが最優先事項である分野では非常に貴重です。例えば、自動車および航空宇宙産業では、軽量の電子部品が燃料効率と全体的な性能を大幅に向上させることができます。同様に、ウェアラブル技術では、コンパクトで軽量な設計への重点が、ユーザーの快適さと実用的な機能性を確保するために重要です。高度な設計ツール Altium Designerは、デザイナーに3Dオブジェクトを視覚化し、操作するための洗練されたツールを提供し、PCBの電子部品と機械要素をシームレスに統合します。この統合は、設計の性能と製造可能性を向上させるために重要です。ソフトウェアは、従来の2D PCBレイアウトから高度な3D設計へのスムーズな移行を提供し、包括的な視覚化および分析ツールを装備しています。これらのツールにより、デザイナーは設計のあらゆる側面を徹底的にシミュレートし、厳格な性能基準に準拠していることを確認できます。設計環境内で3Dオブジェクトを視覚化し、調整する能力は、複雑な幾何学を作成するプロセスをより直感的で効率的にすることを可能にします。この効率性は、プロトタイピングを加速し、市場投入までの時間を短縮し、革新的な製品を作成する際にデザイナーに重要な利点を提供します。業界の応用と利点 3D-MID技術は、さまざまな業界で利用されており、顕著な利点をもたらしています。消費者向け電子機器では、複数の機能を単一のコンパクトなユニットに統合することを可能にし、機能性とユーザーエクスペリエンスの両方を向上させます。例えば、スマートフォンやウェアラブルは、より小さく軽量になりながら、より多くの機能を提供できます。自動車セクターでは、3D-MID技術により、センサーや制御ユニットを直接車両の構造に統合することができます。この改善により、信頼性が向上し、組み立てプロセスが簡素化され、製造がより効率的になり、生産コストが低下します。ヘルスケアデバイスも3D-MID技術で大きな改善を見せています。より小さく、軽量で機能性の高い医療機器の設計を可能にし、より進んだ診断および治療ツールの開発につながり、患者の成果を改善することができます。高速設計の改善：Altium