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完璧なものはない：許容差とIPC PCBの寸法：公差とIPC 1 min Blog ここで、我々は厳しい現実に大胆に立ち向かいます - 実世界で完璧なものなどありません。 回路基板の設計において正確性を保つために最善を尽くしていますが、製造プロセスは不完全さを生み出します。 CADシステムはドリルが円形のパッドの中心に完璧に配置されていると仮定しますが、それは決してありません。 特定のトレース幅を宣言し、実際の基板でそれを測定すると、常に予想よりもわずかに薄かったり厚かったりします。 複数の層はコンピュータ画面上で完璧に整列していますが、製造業者はそれを完全に複製することは決してできません。常に何らかのミスレジストレーションが存在します。 基板設計は平らであると仮定されますが、最終製品の基板は反ったり歪んだりすることがあります。 一部のトレースをインピーダンス制御と指定しましたが、私たちの測定値は異なります 延々と話を続けることができますが、ポイントを理解していただけることを願っています。設計者として、私たちは正確な数字を計算します。精密に設計します。CADシステムは理想の基板を示してくれます。実世界では、何もかもがそんなに正確ではありません。最終製品は理想とは何らかの方法で異なるでしょうが、願わくばそれが無害な方法であることを願います。 どの欠陥が許容可能かをどうやって決定しますか？ 同じ製品のグループを測定すると、ある程度の変動が見られるため、各種測定に対して許容される範囲を定義し、どの点または限界で製品を不適合として拒否するかを決定する必要があります。これらの範囲を許容差と呼びます。 例を挙げましょう：金属製の箱に取り付ける設計の回路図が与えられたとしますが、事前に定義された箱のサイズは、回路に実際に必要な領域よりも大きいとします。このタイプの設計では、部品を長方形のボードの端から離して快適に作業できる十分なスペースがあります。私たちの目標は、ボードが箱の内部に収まり、ボードの取り付け穴のパターンが箱の取り付けハードウェアに合うようにすることです。この状況では、ボードの端の寸法はそれほど重要ではなく、大きな許容差を許容できるかもしれません。 では、同じ回路をパーソナルコンピューター用の標準サイズの拡張カードに収める必要があり、メッキされたエッジコネクタが必要だと想像してみましょう。このシナリオでは、回路に十分なボードエリアがあっても、ボードのエッジの寸法がより重要になり、ボードが適切にフィットするように許容差を小さくする必要があります。小さな許容差は、標準の製造プロセス制御内に収まるかもしれませんが、複雑さを増し、コストを上げ、検査をより困難にします。 次に、回路を携帯電話の筐体の制約内にパッケージするという要件を考えてみましょう。新しいサイズの制約により、作業できるボードエリアはさらに少なくなり、寸法はより重要になります。設計者は、これらの期待を製造業者に明確に定義し、この設計は、これらの厳しい許容差を繰り返し維持できる製造パートナーに限定されるかもしれません。 この例で私が示したかったのは、同じ回路が最終使用用途に基づいて異なる要件を持ち、異なる許容範囲を持つ可能性があるということです。しかし、ボードの外形寸法の許容差は、数十ある特性の中の一つに過ぎないことを理解してください。ボードの厚さ、めっきの厚さ、穴の直径、層の登録、最小環状リング、誘電特性などが重要な場合があります。成功した設計に貢献するパラメーターは多くあり、それぞれに対してある程度の注意を払うべきです。 さて、回路基板のパラメーターがどのように変化するかをすべて調べ、それぞれに対して許容される許容差を定義し、それらをすべて仕様書にまとめたと想像してみましょう。次の設計が来たとき、前の仕様の全部または一部を使用できるかもしれませんが、大きく異なるパラメーターのみを変更します。この方法により、会社はほとんどの製品に適用される一般的なボード仕様を進化させることができます。 このタイプの一般的な仕様は、類似の設計に取り組む複数の設計者や、軍事組織のような大規模な組織にとって効果的なツールです。 実証された仕様はリスクを取り除き、設計プロセスから退屈で繰り返しの作業の一部を省くことができますが、すぐにいくつかの問題が生じます。電子業界の初期の年には、大企業によって仕様の開発に多くの努力が注がれ、これらの文書をプライベートに保持して競争上の優位性を維持する自然な願望がありました。したがって、多くの文書が著作権で保護され、組織間での経験のオープンな議論や共有はほとんどありませんでした。 この状況をボード製造業者の視点から見ると 記事を読む
トレースインピーダンス計算機と公式の解説 トレースインピーダンス計算機と公式の解明 1 min Blog 一見すると明らかではないかもしれませんが、PCB設計の基礎となる数学がほぼ確定していると考える人にとっても、トレースインピーダンスを計算する正しい式については多くの意見の相違があります。この意見の相違は、オンラインのトレースインピーダンス計算機にも及んでおり、設計者はこれらのツールの限界を認識しておくべきです。 トレースインピーダンス計算機の問題点 お気に入りの検索エンジンを使用してトレース インピーダンス計算機を探すと、いくつか見つかります。これらのオンライン計算機の中には、異なる会社からのフリーウェアプログラムがある一方で、出典を示さずに式だけをリストしているものもあります。これらの計算機の中には、特定の前提条件をリストせず、関連する近似を詳細に説明せずに結果を出力するものもあります。 これらの点は、例えば、印刷トレースアンテナのためのインピーダンスマッチングネットワークを設計する際に非常に重要です。一部の計算機では、ブロードサイド結合、埋め込みマイクロストリップ、対称または非対称ストリップライン、または通常のマイクロストリップなど、さまざまなジオメトリでトレースインピーダンスを計算することができます。他の計算機はブラックボックスのようなもので、どの式を使用しているのか、これらの計算の正確性を他の多くの計算機と比較することなしに確認する方法がありません。 TRANSLATE: ダグラス・ブルックスが 2011年10月の記事で述べたように、「多くの設計者の意見として、現在十分と考えられるインピーダンスの公式は存在しない。」トレースインピーダンスの公式の数学を細かく分析し、トレースインピーダンスの完全な解決策を提供することは、この記事の範囲を超えています。代わりに、IPCがよく指定する経験的トレースインピーダンスの公式と、 Transmission Line Design Handbookのブライアン・ワデルによって提供されたより正確な方程式を見てみましょう。これらは ウィーラーの方法論に基づいています。 IPC-2141対ウィーラーの方程式（マイクロストリップ用） IPC-2141規格は、 マイクロストリップとストリップラインのインピーダンスに関する経験的方程式の一つの情報源に過ぎません。しかし、IPC-2141のマイクロストリップトレースの公式は、ウィーラーによって提示された方程式よりも正確さに欠けます。 Polar Instrumentsは、このトピックの簡単な概要を提供しており、この記事ではIPC-2141の方程式とウィーラーの方程式がリストされています。 特性トレースインピーダンスのためのIPC-2141方程式 これらの方程式の精度は、異なるインピーダンスを持つマイクロストリップトレースについても、Polar 記事を読む
設計プロセスの初期段階での予算見積もり 設計プロセスの初期段階での予算見積もり 1 min Blog 大量生産される新製品は常にプロトタイプから始まり、製品設計と開発プロセスを通じて複数のボードが組み立てられることになります。関連するコストは、プロトタイピングの各段階で、そして途中で厳しく検討されなければなりません。これを行う一つの方法は、設計に対する予算見積もりを依頼することです。 予算見積もりは、PCBの調達、組み立てサービス、および組み立て部品の見積もりを提供します。これらの点と予想されるプロトタイピングラウンドの数に基づいて、製品を量産に移行する前に製品開発予算を作成することが可能です。 開発予算のための予算見積もりを取得する必要がある場合は、以下に概説した情報を確実に取得してください。 予算見積もりの最も重要なポイント 予算見積もりを取得する適切な時期は、新製品の最初のプロトタイプを製造する直前です。これは、設計が最終化され、製造に送られる直前に行うことができます。予算見積もりは、設計がプロトタイプ製造に入る前に、プロトタイプのコストの合理的な見積もりを提供します。 これを行うには、製造所と組み立て所に、予備の出力ファイル（通常は ガーバーファイル、ドリル、およびBOM）を提出する必要があります。 コミュニケーションでは明確であることを心掛けてください：提供する出力は予算見積もりの目的のみに使用されます。 設計が不完全な状態で出力を生成することは全く問題ありません。通常、全ての配置が完了し、PCBレイアウトのルーティングが70-80%程度完了している段階です。予算見積もりを取得できるように、製造業者に以下の情報を提供してください： 生産する基板の種類と数量（フレックス、リジッドフレックス、 PTFE、ハイブリッド構造など） 最小エッチング特徴サイズと最小ドリル特徴サイズ ビアの種類：ブラインド/バリード、ビアインパッド、プラグ/フィル＆キャップ、ホールウォールメッキ、バックドリリングなど。 表面めっきタイプ カウンターシンク/カウンターボア、エッジめっき、カットアウトなどの特別な機能 エンジニアリングレビューなどの追加サービス 組立工場はBOMから予算見積もりを出します。ユニークなラインの数、配置の総数、最小のSMDパッケージサイズ、最小のピンピッチサイズ、リードレス部品（BGA、LGA、QFN）の数、および両面組立てが必要な特殊部品の数を使用して、組立コストを決定します。この予算見積もりの部分は、BOMが確定している限り、非常に正確になります。 品質要件は何ですか？ IPCクラス2、IPCクラス3、MIL-31032は、見積もりに含めることが重要な異なる要件と異なる価格帯を持っています。第三者によるテストの要件はありますか？これも総コストに影響を与えます。 最小のドリル穴サイズは何ですか？ 記事を読む
PCB設計者のためのベンチマーキングの実践とプロセス PCB設計者のためのベンチマーキングの実践とプロセス 1 min Blog ベンチマーキングは、業界のリーダーと比較して企業のパフォーマンスを分析する企業全体のプロセスです。企業はこれを使用して、トップ製品のパフォーマンスをよりよく理解し、特定の技術や実践を改善または適応するための計画を立てることができます。ベンチマーキングは、単位当たりのコスト、単位当たりの生産性、単位当たりのサイクルタイムや単位当たりの欠陥など、パフォーマンスを測定するための一連の指標を使用します。これにより、新しいパフォーマンスの指標が生まれ、他者と比較されます。 ベンチマーキングのサブセットには「ティアダウン」が含まれます。多くの大学といくつかの企業が利益のためにこれを行っています。最も知られているのはPortelligent[1]です。David CareyはPortelligentの社長です(www.teardown.com)。テキサス州オースティンに拠点を置くこの会社は、ワイヤレス、モバイル、個人用エレクトロニクスに関するティアダウンレポートおよび関連業界研究を提供し、EETimes誌にティアダウン記事を執筆しています。図1に例が示されています。 ヒューレット・パッカードでは、ベンチマーキングは非常に重要な活動でした。すべての製品ラインが競合他社の製品に対してベンチマーキングを実施していました。計測器にとっては、複雑なコンピュータシステムよりもはるかに簡単でしたが、すべてのケースで詳細なプロセスは同じでした： ナレーション付きビデオ、高解像度カメラ、X線、顕微鏡によるすべてのベンチマーキング活動の文書化 業界標準を使用して、ベンチマーク広告のパフォーマンスを確認します。最大または最小のパフォーマンス指標を発見します 物理パラメータのベンチマーク：サイズ、エネルギー使用量、発熱量など。 電気パラメータのベンチマーク：電源、PCBの数、特殊な電気デバイスなど。 製品の分解をベンチマークし、D&B DFM/A指標を計算します 各PCBアセンブリをベンチマーク：はんだの種類、適合コーティング、ヒートシンク、部品数、異なる部品タイプ、ICテスト 各プリント基板をベンチマーク：サイズ、層、設計ルール、配線効率、特別機能-分散容量 各PCBからのカスタム集積回路をベンチマーク：シリコンタイプ、ゲート数、設計ルールなど。 すべてのベンチマーク指標、写真、ビデオ、および分析を、各HP組織からの多巻のレポートに収集します HPはベンチマークについて非常に謙虚でした。常により良いアイデア、または卓越したパフォーマンスを探し、学んだことを実践に移していました。ほとんどの場合、HPは他の競合他社のパフォーマンスを上回りましたが、競合他社がどれだけ近づいているかを知りたがっていました。 図1. Portelligent[1]によって実施された「飲み込み可能なリモートカメラ」のティアダウンベンチマーキング。 ベンチマーキングプロセス 作業定義は、「優れたパフォーマンスにつながる業界のベストプラクティスを探求すること」と言えます。ベンチマーキングは、企業のパフォーマンスとそれが世界で最も優れているものとどのように比較されるかを理解することに基づいて、構造的な方法で運営を変更し、優れたパフォーマンスを達成することを目指すプロセスです。成功には基本となるベンチマーキングの哲学的ステップは以下の通りです。 自社の運営を知る 記事を読む
一貫性のあるPCBデータライブラリを構築する方法 一貫性のあるPCBデータライブラリを構築する方法 1 min Newsletters Judy Warner: お話を始める前に、「ライブラリ」とは何か、またそのあらゆる領域で必ず必要となることについて明確にしていただけますか? Cherie Litson: 技術者の多くは、「ライブラリ」を、何らかの形のデータベースに関連付けられた、シンボルファイルやフットプリント（デカル、ランドパターンなど）ファイルとして定義します。データベースを用意する必要すらありません。適切な回路図のシンボルファイルやフットプリントファイル、それらを関連付ける手段（属性、パッケージライブラリなど）さえあればよいのです。自分でライブラリを定義するのであれば、これでうまくいきます。 これは単純なライブラリですね。出発点としては上々です。「企業用ライブラリ」の場合は、考慮すべきことが多々あります。この方法はどちらかというとシステムライブラリの設計に適しています。PCBライブラリは、多くの場合、仕入れ、DFM、製造、試験、機構、およびその他の部門やシステムとリンクしている必要があります。 私は、長年にわたって、ワシントン州ボセルのSonoSiteやケントのDCI、レドモンドのMicrosoftといった大手企業で、ライブラリシステムを構築する多くの機会に恵まれました。状況や企業に応じてさまざまなコンポーネントライブラリを作成していくうち、うまく機能することもあればしないこともあることがわかってきました。 いずれの場合でも、コンポーネントライブラリシステムの構築において最も困難な作業は、構築の賛同を得ること、そしてシステムを使用する必要がある全メンバーへのトレーニングの実施です。これらができなければ、どんなにすばらしいシステムも機能しません。 Warner: 設計者にとって、部品ライブラリおよびデータ管理における最大の問題は何ですか? Litson: ライブラリシステムの観点でいえば、矛盾のないプランを用意することです。どのようなタイプのデータベースを構築するか、つまり使用すべきデータベースはどのようなタイプか、です。1対1か?1対多か?多対多か? 独立したライブラリの場合、最大の問題はクライアントが持っていない新しい部品の作成です。あるいは、ライブラリが全く存在しない場合です。その場合はライブラリを構築する必要があり、多くの時間を要します。 最悪の部品タイプは、トランジスタパッケージです。製造業者は、標準的なサイズやピンの配置にこだわることを嫌がります。ですから、設計者は、似たようなパッケージがすでにある場合でも、結局新しいパッケージを作成しなくてはならないのです。 私が構築するライブラリの多くは、パッシブコンポーネントに関しては1対多のタイプです。アクティブコンポーネントおよびICは1対1になります。 2つ目の問題はフットポイントのコントロールです。次のような自問すべき多くの可変条件や問題があります。 · どのレイヤーに作成されますか? · 記事を読む
高速PCB設計 PCBシグナル：高速PCB設計の重要要素 2 min Blog 課題の理解 どれくらいが長すぎるのか？ インピーダンスのマッチング リターンエネルギーはどこで流れるのか？ 差動ペア ビアについては？ クロストーク 時間に合わせて踊る 基板 材料 レイヤー 可能なレイヤースタックアップ 課題の理解 この記事の目的は、高速設計の主要な要素を紹介し、それぞれの要素がAltium Designerでどのように取り組まれているかを議論することです。この記事は高速設計の完全な議論を提供しようとするものではありません。そのため、高度に経験豊富で学識深い設計者やエンジニアが、この主題に関して優れた参考文献や書籍を多数執筆しています。この記事の研究中に使用された著者や論文へのリンクについては、 参考文献 セクションを参照してください。 PCB設計が高速設計であるとは具体적にはどういうことでしょうか？確かにそれは物事が迅速に行われることに関係していますが、ボード上で使用されるクロックレートだけの話ではありません。デバイスが高速でエッジを切り替えるとき、つまり、信号がルートを伝わってターゲットピンに到達する前に遷移が完了するほど迅速に状態が切り替わるデバイスが含まれている場合、その設計は高速設計とされます。この状況では、信号がソースピンに反射され、元の信号データが劣化または破壊される可能性があります。高速エッジを持つ信号は、ルートから放射して隣接するルートにカップリングすることも、さらに放射して電磁干渉（EMI）となり、製品が強制的な放射基準を満たさなくなることもあります。 信号に高速のエッジがある場合、エネルギーがルーティングを通じて移動する方法が変わります。エッジレートがゆっくりと変化する回路では、エネルギーがパイプを通って水が流れるように、ルーティングを通じてエネルギーが流れると考えることができます。はい、水がパイプを押し通される際に摩擦によっていくらかのエネルギーが失われますが、基本的にはそのほとんどが他端に到達します。DCまたは低切替え周波数の回路では、ルートの抵抗を計算し、途中で失われるエネルギーの量が回路の性能に影響を与えないようにすることができます。 高速設計ではそれほど単純ではありません。なぜなら、配線された銅を通じて電子として流れるエネルギーだけでなく、高速で切り替わる信号では、そのエネルギーの一部が配線された銅の周りを電磁エネルギーとして移動するからです。これで、あなたはもはや電子のための銅の経路を設計しているのではなく、プリント基板に埋め込まれた一連の伝送路を設計しているのです。 記事を読む
PCBデータ管理とは PCBデータ管理とは？ 1 min Blog どんなPCBでも、優れた設計と製造にはデータ管理がつきものです。各PCBプロジェクトには、コンポーネントやフロントエンド回路図、物理レイアウト、製造ファイルに関する大量のデータが含まれています。お使いのPCB設計ソフトウェアには含まれていない他のドキュメントが必要となるかもしれません。不完全なデータや古いデータを使うと想定通りの設計ができなくなるため、設計者はこれらのデータをすべて追跡、管理する必要があります。 PCBデータ管理では、複数の領域にまたがる要件と設計情報を扱います。まず、最終製品がどのように動作するか、またその仕様と許容差、動作環境についての機能要件があります。さまざまな形式（データシートや、設計ツールライブラリにデジタル保存されたものなど）で各コンポーネントに関連付けられたデータもあります。さらに、PCB自体、その材料特性、物理的レイアウト、生産要件に関するデータもあります。設計は必ずしもゼロから始まるとは限りません。以前成功した設計の一部を再利用しなければならない場合もあります。 設計者は、以下の重要事項を考慮しなくてはなりません。 必要なデータはすべて揃っているか 設計データは正確で最新のものか 自分の知らないところで、誰かが変更を加えたか この記事では、こうした事項を確認するために役立つ情報と、最新のツールがプロの設計会社やOEMのデータ管理プロセスをどのように変えているかについてご紹介します。 PCBデータ管理とは？ PCBデータ管理は、プリント回路基板の設計、製造、実装に使われるデータの取得、保存、検証、使用法、分配、維持など、幅広い範囲にわたる作業を指します。PCB設計プロジェクトにおいてデータが作成、取得されるのは、以下のような場合です。 SOWやプロジェクト要件、デバイス要件を作成するとき フロントエンドエンジニアリングにおいて、予備設計が作成され、コンポーネントデータが収集されるとき 機械設計および電気設計をCADソフトウェアで作成する、物理設計の作業中 設計が製造に転送され、最終的な設計データが製造用に準備されるとき 設計プロセスの一部における、設計に関する決定は、筐体の形の変更などといったその他の要素にも影響を及ぼします。それによって、 PCBコンポーネントが中に収まらなくなることもあります。操作環境を変更すると、異なる周囲温度やより高い振動レベルに対応できるような設計を行う必要が出てきます。論理回路セクションの設計は、異なる許容差を持つ電力供給に適したものでなければならなくなるかもしれません。想定される変更点は莫大な量となります。いかなる変更も突き止めるられるデータ管理プロセスは必須です。 これらの問題は、PCBレベルであろうと機械設計であろうと、新製品に関する共同作業を行う場合に拡大します。たとえば、仕様が変更されたことや、物理的または電気的特性が異なる別のコンポーネントが設計に入れ込まれたことなどを、設計チームの全員がプロセス内で確実に把握する必要があります。すべてのデータで、変更や新しい情報が追跡され、それが設計チームの全員が見られる共有システムにコンパイルされると、すべてのプロジェクト関係者が表示およびアクセスできるようになります。 この概念についてもう少し詳しくご説明します。データ自体の管理について取り上げる前に、どんな情報を取得すべきか、またこの情報をどこでどのように取得するのかについて見ていきたいと思います。 PCB業界にしばらくいた方なら、PCB設計の一般的なプロセスについてはほとんどご存じでしょう。ほとんどのPCB設計では始めに同じか非常によく似た情報を使い、ソースは多くの場合同じものです。栄養豊かな地面に植えられたどんぐりが大きな木に成長するようなものです。また、最初の情報こそプロジェクト全体の成功に大きくかかわってきます。PCB設計の最初に使う情報が正確でなければ、その設計も正確なものにならない可能性が高くなります。この段階で注力すべきは、情報の量よりも質であるということをしっかりと覚えておきましょう。 データの作成と取得 データは、PCB設計チーム、製品メーカー、外部請負業者、最終顧客を含むすべてのプロジェクト関係者によって作成、編集されます。このようなデータには以下が含まれますが、必ずしもこれだけに限定されるわけではありません。 記事を読む