PCB Design and Layout

Thought Leadership インピーダンス配線をコントロールするためのプリプレグとコア使用の比較適切な層の材料で、インピーダンスをコントロールした設計をしていますか ? PCB設計のより細かい点について最初に学び始めたとき、コアは特殊な材料であるという印象を受けました。これは必ずしも真実ではありません。設計者には、要求に最も適したコア/プリプレグの配置を選択する自由があります。インピーダンス配線の制御に関して言えば、特に高周波数では、分離絶縁体としてコア層とプリプレグ層のいずれを使用するかが重要な問題になります。それでは、どちらの層がインピーダンス配線のコントロールに最適なのでしょうか? 基板のインピーダンスをより細かく制御するには、ガラス繊維の影響を考えるに先立ち、より高い、比誘電率の均一性が必要です。また、製造後の基板の比誘電率の一貫性と予測可能性も高い必要があります。ここでは、プリプレグ層とコア層の位置を決定する際に、レイヤー構成に適した材料をどこで慎重に購入する必要があるかを説明します。プリプレグvsコアにおけるインピーダンスコントロールコアは、厚くて硬いガラス繊維の層で、通常は層数の少ない基板の中央に配置されます。私が見た限りでは、「コア」という語を使用すると、新人設計者は文字どおり、「あらゆる設計は、基板の中心にコアがあり、その周りに他の層が組み込まれているに違いない」と受け止めます。私は、特に層数が増加するにつれて、これは必要条件ではないことを後から学びました。実際には、コアとプリプレグの層が交互にあり、中央の層は必ずしもコア層ではありません。重要なのは、コア層が配置されている場所に関係なく、レイヤー構成は対称であるという点です。プリプレグは、製造の時点では完全には硬化していない材料で、コア層間の接着剤を形成します。最近かかわった、板厚が標準的な1.57mmの基板を扱ったプロジェクトでは、外層にRogersのコア、内層にFR4プリプレグ/コアを使用しましたが、このタイプのハイブリッド多層板 (FR4にPTFEを積層) はよく使用されます。材料によってコストが異なるので、コストは結果を左右する要因です。したがって、低損失の積層板は、一般に高速/高周波信号を伝送する層のために予約されています。通常、比誘電率と厚さの両方に関して、コア層はプリプレグ層よりも高い再現性を持っています。これは、コア材料がすでに銅箔と結合されているからです。これに対し、プリプレグの製造業者は原材料の比誘電率の範囲しか指定できず、アセンブリ後の比誘電率を指定していません。そのような状況が、相互接続上の信号によって参照される実効比誘電率を決定します。特殊な低損失プリプレグ積層板の中には、比誘電率が非常に幅広いバリエーション (50%以上) を持つものがあります。シングルPly CoreかダブルPly Coreか? ガラス繊維の織り方が異なるコア材料の中には、比誘電率が大きく異なるものがあります。これは、特定のコア材料がシングルplyかダブルplyかによっても異なります。106コアと106/1080コアが完璧な例です。これらの材料の比誘電率は約10%変動しますが、既存のデザインを使って、シングルply coreとダブルply

Concord Pro とコンポーネント作成 Altium Concord Pro^™ は単独製品およびブランド名としては廃止され、その機能は現在、Altiumのエンタープライズソリューションの一部として提供されています。詳細はこちら。はじめにまず最初に、何も言う前に、 Altium Concord Pro^™を使い続けるほど、それが好きになってきました。実際、私はそれを愛しています。Altiumは、彼らが提供するツールの品質で何度も私を驚かせてきました。いくつかの例を挙げると： Draftsman^®、ACTIVEBOM^®またはActiveRoute^®、そしてConcord Pro（私が最高の一つと分類するもの）です。これらなしでどうやって今まで生き延びてこれたのでしょうか。 Altiumとの関わりを通じて、そしてほぼ毎日そのツールを使用している私が知っているのは、彼らを動かしている哲学は、デザイナーが仕事をより簡単にするために必要なものを彼らの手に渡すことです。Concord Proはそれを実現します。最近、新型2020コルベットの広告を見ました。それはまさに獣です。6.2リッターV-8、500馬力、5,150rpmで470フットポンドのトルク。非常に驚いたのは、0から60MPH（約100Km）までわずか3秒で加速することです。そのように急発進するときに受ける首のむち打ちのために、追加の医療保険が必要かどうか疑問に思います。それは利用可能な8ギアのうち1-5ギアを使用して達成されますが、もしドライバーが1速からシフトアップする習慣がなかったらどうなるのかと思いました。それは、すべてのパワーが未使用のままになるという、絶対的な無駄でしょう。この獣の力を見逃すことがないのと同じように、ECADソフトウェアの力を見逃してはいけません！なぜ私たちはECADソフトウェアで同じことをするのでしょうか（私たちが使用しているものは何でも）？Altiumと、今ではConcord Proを使って、市場で最も強力なツールの一つを手に入れました。しかし、多くのPCBデザイナーは、初速から抜け出せないでいます。それは非難ではなく、むしろデザイナーであるあなたへの挑戦です。ギアを変える時です。Concord Proは私たちの2020年型コルベットです—3秒で0-60まで加速する準備はできていますか？ Concord

PCB設計におけるシリコンフォトニクス統合の課題シリコンフォトニクスは、シリコンICで使用されている製造プロセスをそのまま使用します最近のIEEEカンファレンスでリチャード・ソレフと会い、電子・フォトニック統合回路（EPICs）の現状について話し合う機会を得ました。彼はしばしば「シリコンフォトニクスの父」と呼ばれており、その理由は明らかです。彼に優しく頼めば、シリコン上に直接フォトニック回路としての基本的な論理ゲートをどのように構築するかを教えてくれるでしょう。今はシリコンフォトニクスにとって画期的な時期です。この技術は数十年前から存在していますが、現在、大量商業化の寸前にあり、大衆に提供されようとしています。標準的な電子部品で動作するシステムにシリコンフォトニクスを統合する前に、克服すべきいくつかのエンジニアリングの課題がまだあります。 ICおよびPCB設計における100 Gbps+の課題ここまで読んでまだ混乱している人のために、いくつかの背景を説明します：フォトニック回路とは、光のみを使用して動作する回路要素です。これらの回路は、光学および電子工学のコミュニティで主要な話題です。12年前、設計者は銅を介して100 Gbpsでデータを転送できる単一リンクの作成について話していました。銅は短距離で100 Gbpsのデータ転送を可能にすることがわかり、一方で光ファイバーは長距離で最適に機能します。遅い機器でも並列化を使用して、データレートを100 Gbpsや400 Gbpsに増加させることができます。100 Gbpsネットワークで動作するために必要な光学機器は、非常に特定の設計要件を持ち、すべての電子部品と普遍的に互換性があるわけではありません。データレートが増加するにつれて、PCBやIC内の電気信号の整合性の問題がより顕著かつ目立つようになり、その結果、信号の立ち上がり時間が短くなります。ICレベルでは、データレートの増加に伴い、相互接続遅延時間、伝播遅延時間、およびクロストークの強度がすべて増加します。PCBレベルでは、クロストーク、放射されたおよび伝導されたEMI、および熱管理が、高速設計の重要な考慮事項となります。光学部品は、電子部品で見られる同じ信号整合性の問題に悩まされない、より高帯域幅の解決策を提供します。電子IC設計におけるより大きな並列性は、光学部品によって提供されるより高帯域幅の解決策を必要とします。フォトニック集積回路（PIC）と電子・フォトニック集積回路（EPIC）に注目してください。前者の回路は、多数のフォトニック要素を単一のパッケージに統合して、完全に光で動作するように設計されています。後者の回路は、光を使用して動作するように設計されていますが、これらの回路には電子要素が現れることがあります。したがって、これらの回路は、電子部品の帯域幅に応じて、標準的な電子部品ともインターフェースできます。なぜフォトニクスで、なぜシリコン上なのか疑問に思うかもしれません。シリコン製造所とチップ製造能力の成熟度は、これらの伝統的な製造プロセスをフォトニック回路に即座に適応させることができることを意味します。もし私たちが近いうちにPICやEPICを見ることになるなら、それらは最も確実にシリコンフォトニクス技術に基づいて構築されるでしょう。将来的には、これらのICをPICやEPICとインターフェースすることになるでしょう PCBでのシリコンフォトニクスの使用における課題シリコンの素晴らしい点は、1550 nmの波長で透明であるため、1550

PCB設計プロセスの概念ゴールデンゲートブリッジのような建築の傑作や、パリのノートルダム大聖堂のような歴史的建造物を見たことはありますか？そして、どのようにしてそのアイデアが生まれ、実行されたのか疑問に思ったことはありますか？いくつかの言葉が思い浮かびます：計画、計画、そして調整。 PCBとSOCパッケージデザインもそれに似ていて、つまり、部品、回路インターフェース、電源プレーン、数千の信号、ビアの遷移、そして多くの設計ルールが電気的に健全であり、必要な性能を持ち、かつ機械的なフォームファクターの制約と限界とも協働できるようにまとまる必要がある、真のパズルのようなものです。 PCBデザインの構成要素良い入力チェックリストに従うことの重要性エンジニアが考え、文書化されたコミュニケーションの形を作り出し、基本的に話を進める手助けとなるのが、入力チェックリストです。チェックリストは多くのことを定義でき、PCB設計の旅を始める出発点となります。また、エンジニアに設計で何を求めているのかを反映する時間でもあります。これまでのところ、エンジニアはほとんどの場合、電気的に考えており、（願わくば）回路図や部品探しに没頭していましたが、これからは物理的になる時です、笑。つまり、PCB上で電子がどのように流れるか、何が必要かを考え始めるということです。私は基本を含むチェックリストを使用しています。設計を重ねるほど、これは筋肉記憶になります。レイアウトを行うエンジニアであれば、あなたの考え方はPCBデザイナーのように変わるでしょう。たとえば、部品番号よりも参照指定子を考えるようになるかもしれません。実現可能性の調査を行うのは早い段階で、入力チェックリストがそのフェーズを開始します。基本的に必要な項目はBOM、機械的入力、ルーティング/設計ルール、全体の厚み、インピーダンス要件、考慮すべき最小ピッチ部品で、必要なビア構造を定義するのに役立ちます。BGAの計算を行います。機械的な協力 – キープアウトと高さ制限プロジェクトを開始する上で、MCADとの協力は不可欠です。最初から機械的要件と同じページにいることが重要です。全体の基板厚、コネクタの位置/回転、配置のキープアウト、取り付け穴は、PCB設計の早い段階で正確に定義され、考慮されなければなりません。これは、あなたがこれから建てる建物の基礎です。フレームワークは、設計を適合させるための物理的制約と寸法であり、設計の成功には正確さが重要であることがわかります。過去には、MCADからの機械的ボードのアウトラインが底面図として示され、ECadには上面図として入ってくることがありました。これは部品配置に影響を与えますので、このようなことはしないでください。ビューが正しいことを確認し、可能な限り.idfや.idxファイルを共有し、その能力があれば同じステップモデルファイルも含めてください。これにより、成功したMCAD協力が保証されます。また、ヒートシンクの取り付け穴を移動できる場所を交渉する時期かもしれませんが、部品の配置も制限を決定します。例えば、高ピンカウントのBGAを角に配置し、信号で完全に埋め尽くされている場合、今が押し返す時です。なぜなら、角からルーティングを試みる際に詰まってしまい、より多くの信号層が必要になるからです。ルーティングルールの重要性ルーティングまたは設計ルールは、PCB設計をチェックするためのものです。私はしばしば、文書化されたルールを列車が走るべき線路として参照します。1つの文書で定義されたルールは、毎日または毎時変更され、追跡が困難な多数のメールと比較して、設計のパフォーマンスにとって重要な項目を見落としたり忘れたりすることが非常に容易になり、PCBデザイナーが一丸となってコミュニケーションを取り、レガシードキュメントを提供します。文書形式のルールのアイデアは、設計が遵守しなければならない制約や設計ルールとしてしばしば言及される、CADツールにルールを入力するために使用されます。これには、設計がタイミング、ノイズ、製造要件を満たすために従う物理的および電気的なルールが含まれます。高速ルーティングとシミュレーション - 電力供給コンセプトデザインが形になり始め、ルールが定められ、配置と電源プレーンが定義されている今、デザイン上に存在する場合、最も重要なインターフェースと最も挑戦的な高速回路をレイアウトするのに適した時期です。全体のデザインに適したスタックアップを念頭に置くことが良いアイデアです。標準的なビアサイズを使用し、良好な収率アスペクト比を目指しながら、その回路をテストし、配置してルーティングし、そしてシミュレートする時期です。はい、重要なネットがルーティングされたら、最適なパフォーマンスの要件を満たしているかどうかを確認するために、今シミュレートします。この時点で、異なるスタックアップやビアの配置が必要であることがわかるかもしれません。たとえば、12GBPSを達成しようとしており、18層の.093厚さのボードでスルーホールビアを使用している場合、ビアスタブがパフォーマンスを達成するために反射を引き起こしていることがわかるかもしれません。盲孔ビアや埋没ビア、バックドリリング、または異なるボードスタックアップやインターフェースの選択を検討する必要があるかもしれません。上で述べたこれら4つのステップは、成功したPCB設計のための枠組みを構築するための足がかりとなるはずです。これらのステップに従った私の経験は、一貫した結果をもたらしてくれました。まずは枠組みを構築することが重要だと信じています。次のステップは、シミュレーションが成功したかどうかです。PCBデザインのボード構成やビア構造、ビアのサイズ、またはDkが低く損失が少ない製造材料を変更する必要がありましたか？シミュレーションから多くを学ぶことができ、それが前進への道を築く助けとなります。これらの項目は、シミュレーションや計算が行われ、高速インターフェースの初期の重要なルーティング/チューニングの後に明らかになるべきです。では、すべてがうまくいった場合、プロセスの次のステップは何ですか？ここからどこへ行くべきですか？スタックアップを確認しますか？設計の組織化ですか？それが、私がパート2で議論する内容です：技術ごとのスタックアップ定義