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回路基板の熱解析の完全ガイド PCB熱解析の完全ガイド 1 min Guide Books PCB設計者 電気技術者 シミュレーションエンジニア PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア 回路基板が動作中にどのように熱くなるかは、主にPCB基板と銅伝導体の物理的特性で決まります。回路基板の熱解析方法は、動作中に基板がいつどこで熱くなるか、また基板がどれだけ熱くなるかを予測することを目的としています。この重要な解析の部分は、コンポーネントレベルと基板レベルの信頼性を確保することを目的としており、設計に関する多くの決定に影響することがあります。 最適なプリント基板設計ソフトウェアを使用すれば、信頼性が高く、動作時に温度が低い基板を簡単に設計できます。Altium Designerには、信頼性を確保する材料ライブラリを備えた最高の回路基板設計ツールがあり、PCBレイアウトとスタックアップで熱管理のベストプラクティスを実施するために必要なものがすべて揃っています。ここでは、回路基板の熱解析について理解を深め、次に基盤を設計する際に高い信頼性を備えた基板にする方法を説明します。 Altium Designer 高度なレイアウト機能、包括的な基板材料ライブラリ、生産計画機能を統合する統合PCB設計パッケージ。 回路基板とコンポーネントの材質によって、動作中に基板内で熱がどのように移動するかが決まります。残念ながら、PCB基板の材料は絶縁体であり、高温のコンポーネントからの熱の放散を妨げます。銅伝導体とプレーン層は役に立ちますが、動作中の基板の平衡温度に影響を与える設計上のシンプルな選択肢がいくつかあります。これらの設計面での決定は、次の3つの領域に焦点を当てています。 回路基板のスタックアップ設計 基板材料の選択 コンポーネントの選択とレイアウト 電動ファンやヒートシンクなどのほか、いくつかのシンプルな設計の選択肢によって、基板を低温で動作させ、早期故障を防ぐことができます。適切な設計ツールのセットを使用すると、熱管理のベストプラクティスを簡単に実装できます。 熱解析を使用して回路基板を設計する 回路基板設計の熱解析の目標は、温度を制限内に保つためにファン、ヒートシンク、追加の銅箔、またはサーマルビアなどの冷却手段が必要となるタイミングを判断することです。設計者は、基板内のコンポーネントの最大許容温度を選択し、コンポーネントが消費する電力に基づいてコンポーネントの温度がどのように変化するかを調べる必要があります。コンポーネントの温度が許容温度制限を超える場合は、ヒートシンクやファンなどの追加の冷却手段が必要になる場合があります。 まず、集積回路のコンポーネントのデータシートに通常記載されているコンポーネントの熱インピーダンスを確認します。この値は、低電力アンプやICでは最高20℃/Wと低く、強力なマイクロプロセッサーでは最高200℃/Wと高くなることがあります。動作温度を求めるには、コンポーネントの消費電力に熱インピーダンスを掛けます。SOTパッケージ内のMOSFETの例では、これは次のように定義されます。 熱インピーダンスで定義されるコンポーネントの温度。 コンポーネントの温度が高すぎる場合、PCBレイアウト内のコンポーネントの熱インピーダンスを下げるため、コンポーネントから熱を放散するために実行できる手順がいくつかあります。 接地されたポリゴンを使用してサーマルビアをコンポーネントの下に追加する 熱伝導率の高いPCB基板材料を使用する コンポーネントに放熱板を追加する プレーン層など、コンポーネントの下にさらに多くの銅箔を含める 記事を読む
PCB設計の再利用 クラウドでのPCBコンポーネントとデザイン再利用の完全ガイド 1 min Thought Leadership アイザック・ニュートンはかつて「もし私が遠くを見ることができたのなら、それは巨人の肩の上に立っていたからだ」と言いました。すべての設計を一から作り直す必要はありませんし、設計を適切に整理しておけば、古い設計データを新しいプロジェクトで簡単に再利用することができます。PCB設計の再利用は、設計時間を短縮し、すべての製品が同じ品質レベルを維持するのに役立ちます。重要なのは、優れた製品を構築することから得た知識を、常に車輪を再構築することなく、新しい設計に適応させることです。 PCB設計ツールはすでに、ユーザーが古い設計を開いて修正を開始することを可能にしていますが、Altium Designerのような最高のソフトウェアプラットフォームは、PCB設計の再利用（ブロック再利用とも呼ばれる）に理想的な構造を古い設計文書に適用することを可能にします。リモートまたはオンプレミスの設計チームと作業している場合、古い設計をクラウド上に配置することは、新しいプロジェクトで古いPCB設計を再利用しながら、チームを生産的に保つ最も簡単な方法です。 PCB設計の再利用があなたに適している場合 すべての企業がPCBレイアウト設計の再利用を必要とするわけではありません。完全にカスタムエンジニアリングで一度きりの設計を多く行うサービス事業者は、クライアントのために複数のリビジョンを行っている場合を除き、設計を再利用していることはほとんどありません。一方で、標準的なフォームファクター、共通のインターフェース、または機能ブロックを持つ限定的な製品範囲の設計を行うサービス事業者は、クライアントとの取引時に設計を再利用する必要があるかもしれません。同様に、電子機器会社は、新製品の開発や既存製品のアップグレード時に、古いPCB設計のブロックを再利用することがあります。 設計プロジェクトのいくつかの部分は、PCB設計の再利用に最適な候補です： 回路図：これが私の設計で最も一般的だと感じています。異なる機能ブロックの回路図シートを一つの設計で作成し、それらを基にして類似の製品の新しい設計を構築できます。 PCBレイアウト：回路図を変更する場合、レイアウト内のコンポーネントも変更する必要があります。しかし、PCBレイアウト内の機能ブロックは、たとえばAltium Designerの roomsや snippetsを使用して、簡単に再利用および複製できます。 コンポーネントとライブラリ： これは、レイアウト/回路図と共に、回路図やPCBレイアウトのコンポーネントデータが新しい設計に持ち込まれる必要があることを意味します。PCBブロックの再利用には、特定のコンポーネントを任意の設計で再利用すること、または特定のライブラリを新しいプロジェクトで再利用することが含まれます。 テンプレート： 設計データの再利用には、デザインテンプレートが自然な方法です。PCBレイアウトや回路図のテンプレート化により、ボード、ロゴ、タイトルブロック、または他の設計文書の機能を再描画する必要がなくなります。 これらのすべては、設計データを管理されたクラウドプラットフォームを通じて保存および共有するときに、はるかに簡単です。Google DriveやDropboxのようなものを使用する代わりに、Altium DesignerのユーザーはAltium 365プラットフォームを使用して、新しいプロジェクトで設計データを簡単に保存、共有、再利用できます。Altium 365には、これらの4つの領域でPCB設計の再利用を容易にするいくつかの重要な機能があります： 記事を読む
Altium Rigid-flex Guidebook: Your Complete Design Guide Altium Designerでのフレキシブル基板とリジッドフレキシブル基板のアセンブリ 1 min Guide Books 多くの電子機器には複数のPCBが使用されています。リジッドフレキシブル基板は、複数のリジッド基板を1つのユニットにまとめるために使用されます。これによってPCBの適応性を向上させ、特殊なパッケージングに応じて基板をカスタマイズできます。他の一般的な機器の多くは小型化が進んでおり、使用されるPCBもそれに合わせて小さくなっています。今後の設計のために優れたPCB設計ソフトウェアをお探しなら、こうしたあらゆる設計要素が1つのパッケージに統合されたプラットフォームを選ぶことが懸命です。 Altium Designer PCB設計を完全にカスタマイズできるソフトウェアパッケージ 多くの電子機器には複数のPCBが使用されています。リジッドフレキシブル基板は、複数のリジッド基板を1つのユニットにまとめるために使用されます。これによってPCBの適応性を向上させ、特殊なパッケージングに応じて基板をカスタマイズできます。他の一般的な機器の多くは小型化が進んでおり、使用されるPCBもそれに合わせて小さくなっています。今後の設計のために優れたPCB設計ソフトウェアをお探しなら、こうしたあらゆる設計要素が1つのパッケージに統合されたプラットフォームを選ぶことが懸命です。 私たちの周りにPCBがあふれる中、必要な機能性を機器に確保するための創造的な手法がなければ、設計の品質を向上させることはできません。これを実現するには、数え切れないほどの手法やデザインルールを熟知しておく必要があります。ウェアラブル、モノのインターネット、モバイル、特殊な形状の機器がますます普及する中、フレキシブル設計やリジッドフレキシブル設計の手法を理解しておくことは非常に有益です。 フレキシブル設計とリジッドフレキシブル設計の課題 フレキシブル基板とリジッドフレキシブル基板の設計には、それぞれに異なる課題が伴います。リジッドフレキシブル基板では、複数の基板間の配線が広範囲に配置されたコンポーネントに広がるため、電源分配に影響が及ぶ可能性があります。ここでは、機器の用途やフォームファクターに応じて、フレキシブルの要素に可動部を含めるかどうか、屈曲部がどの程度必要かを検討しなければなりませんが、この選択に応じて設計手法が変わります。 リジッド、フレキシブル、リジッドフレキシブルからの選択 標準的なリジッド基板の設計は2D表示にしか対応しないものの、リジッドフレキシブル設計は3Dで表示できます。そのため、特殊なフォームファクターや興味深い新たな用途を念頭に置いた設計が可能です。医療用電子機器やIoT機器、ウェアラブルの設計では、フレキシブル基板とリジッドフレキシブル基板のどちらを選ぶべきかについて理解しておく必要があります。 正しい選択をするためには、フレキシブル基板設計とリジッドフレキシブル基板設計のトレードオフについて検討しなければなりません。最新の高度なIoT機器やウェアラブルを手掛ける場合は、それぞれの基板を使用するタイミングを把握しておきましょう。 フレキシブル基板とリジッドフレキシブル基板のトレードオフの詳細については、こちらをご覧ください。 リジッドフレキシブル基板とフレキシブル基板が登場してからしばらくの時間がたちますが、特にウェアラブル機器の分野などで今後の主流になるのはフレキシブル基板だと考えられています。 フレキシブル基板の普及の詳細については、こちらをご覧ください。 リジッドフレキシブル基板設計では、可動部への配置や永続的な折り曲げが必要かどうか、組み立て時の耐屈曲性のみで十分かどうかを判断する必要があります。 フレキシブルリボンの構造的な整合性の詳細については、こちらをご覧ください。 Altium Designerの回路図とレイアウト フレキシブル基板とリジッドフレキシブル基板のレイヤースタックアップ PCBはますます小さくて薄くなっており、もはや同じものは2つとありません。フレキシブル基板の材料にはフレキシブルポリイミドを使用し、内部のフレキシブル層のみでトレースを配線します。リジッドフレキシブル基板ではフレキシブルリボンを使って、リジッド基板の内層を接続しなければなりません。PCBの場合と同様に、フレキシブル基板とリジッドフレキシブル基板の設計では、基板の材料、レイヤースタックアップ、ドリルペア、デザインルールを定義できるツールが必要になります。 記事を読む
DDR3 ルーティングガイドラインとルーティングトポロジ DDR3 ルーティングガイドラインとルーティングトポロジ 1 min Guide Books 揮発性メモリがなければ、コンピュータはハードドライブやフラッシュのような非揮発性メモリへの常時読み書きが必要になります。非揮発性メモリは、現代のコンピュータを非常に強力にし、高度なタスクに必要な適応性を与える要素の一つです。DDR3は現在時代遅れになりましたが、DDRベースのメモリはこれからも現代のコンピュータアーキテクチャにおいて中心的な役割を果たし続けるでしょう。適切な設計ツールを使用すれば、最新世代のDDRベースのメモリやそれ以降の設計が可能です。 Altium Designerで何ができるか見てみましょう。 高性能PCBとメモリアーキテクチャにおける業界標準のエレクトロニクス設計。 ダブルデータレートスリー（DDR3）は、DDRの以前の世代を継承する動的ランダムアクセスメモリ（DRAM）の一種です。これらのメモリは1066 MHzに達するクロックスピードを持ち、最大24 GBのメモリをサポートします。この高いクロックスピードと大容量のストレージは、DDR3が現代のコンピューティングにおいて主流であり続けることを保証しましたが、最終的にはDDR4に改善されました。新しい世代はデータレートとクロックスピードの限界を常に押し上げており、DDRベースのメモリが近い将来新しいアーキテクチャに置き換えられることはほとんどないでしょう。 このことを念頭に置いて、メモリ設計者はDDRベースのメモリに対する様々なPCB設計ルールを認識し、これらのルールがDDR4でどのように限界まで押し上げられているかを理解する必要があります。設計者は、新しいトポロジの実装がDDRベースのメモリの機能性を向上させたことを含め、PCBの異なるルーティングトポロジにも注意を払うべきです。 Altium Designerのような優れたPCB設計パッケージを使用することで、設計エンジニアはDDR3、DDR4、および将来のメモリ世代のパフォーマンスを向上させるための最適なルーティングトポロジを実装できます。Altium Designerには、設計、インタラクティブルーティング、電力供給分析、およびシミュレーションツールが含まれており、DDRベースの設計が最高のパフォーマンスで動作することを保証するために必要なものがすべて揃っています。 DDR3ルーティングのためのルーティング設計ガイドラインとトポロジ DDR3は、差動クロック、アドレス、コマンド、および制御信号にフライバイトポロジを使用します。DDR3は元々、メモリバンクをコントローラーに接続するためにTトポロジを使用していましたが、高性能なDDR3メモリは、高容量負荷およびICアーキテクチャとの互換性を向上させるためにフライバイトポロジを使用します。 DDR3またはDDR4の適切なアーキテクチャを実装し、DDR SDRAMダイパッケージとのインターコネクトを配置するには、トポロジを制約しない適応可能なルーティングツールが必要です。信号トレースは差動ペアとしてルーティングされ、PCIeのような他のコンピュータ周辺標準と比較して厳密な許容誤差内で正確に一致させる必要があります。 DDR3およびDDR4ルーティングにおけるシグナルインテグリティ 他のデバイスでシグナルインテグリティを確保するための標準的な設計ルールの多くは、DDR3以降にも適用されます。高性能メモリはフライバイトポロジーを使用しており、これには特定の要件があります。トレースは厳密な許容誤差内で長さを一致させる必要があり、差動ペアは同一層上で密接に結合されるべきであり、各メモリデバイスへのスタブ長は、伝送線効果やスタブ内の共振を防ぐために可能な限り短くする必要があります。与えられたレーングループ内のすべての信号は、伝播遅延の差とスキューを防ぐために同じ層上でルーティングされるべきです。 ボード全体でのルーティングとレイアウトの有効性を検証するためには、設計データを直接組み込んだシミュレーションツールが必要です。反射波形とクロストークを計算するシグナルインテグリティツール内で作業することで、DDR3およびそれ以降のメモリに関する重要な性能基準を満たす設計を確実に行うことができます。 すべてのトポロジーが直感的なわけではありませんが、PCB設計ソフトウェアのルーティングツールは、必要なDDR3ルーティングトポロジーを簡単に実装できるようにするべきです。 PCB設計ソフトウェアでDDR3トポロジーを実装する方法についてもっと学びましょう。 記事を読む
ビアの作成のための優れたツールセット ビアの作成のための優れたツールセット 1 min Guide Books クラス最高のパッドとビアのライブラリやドリルペアマネージャーでは、あらゆる種類のビアを定義して保存できます。 Altium Designer 専門家を対象とする、効果的で使いやすい最新のPCB設計ツール。 PCBのレイヤーの接続に使用されるビアでは、途切れのない信号経路の確保が要求されます。最も一般的なビアはPCBのすべてのレイヤーを貫通する円筒状の穴ですが、これはスルーホールと呼ばれます。スルーホールのそれぞれの端にはパッドが含まれます。密度の高い基板でのスペースの節約とシグナルインテグリティーの確保という特殊な用途向けのビアもあります。 PCBでは通常、少なくとも1つの内層と片方または両方の外層を接続するためにビアが使用されます。ブラインドビアは1つの外層と1つ以上の内層を接続し、その終端は内層になります。ベリードビアは内層の信号を接続しますが、外層には到達しません。それぞれの内層のビアの交点で接続が確立され、連続した信号経路が確保されます。コストに応じてこの種類のビアを選択します。 PCBのビアの種類 最も一般的なビアはスルーホールビアで、すべてのPCBのうちの99%で使用されています。また、重要な信号に対処するために使用されるビアもあります。ここでは、シグナルインテグリティーを確保するために追加機能が必要になります。この用途で最も利用されているのはブラインドビアです。このビアは基板全体ではなく数レイヤーのみを貫通するので、誘導性が制限されます。そのため、内層の接続で外層からの遮蔽が必要な場合に使用されます。サーマルビアは、サーマルリリーフのパッドでパターンを使って、大量の電力を消費する機器から熱を逃がします。 ブラインドビアの開始レイヤーと終了レイヤーの指定 Altium Designerのパッドとビアのテンプレートを使ったカスタムのビアの作成 それぞれの種類のビアは、パッド/ビアテンプレートエディターで作成、定義して、設計のローカルパッド＆ビアライブラリに保存できます。このインテリジェントなエディターでは、IPC寸法が認識され、カスタムで作成したビアに名称が割り当てられます。この名称には、それぞれのビアのIPCの定義が含まれます。これが、PCBベンダー機能に関連付けられ、カスタムパッドやビアをユーザーが入手できるようになります。Altium Designerには、ユーザーの要求を予測するエディターが備わっています。これにより、製造に関する適切な制約を維持しながら、カスタマイズされたビアを設計に使用することができます。 各ビアの特長に基づいてカスタムのビアを作成し、保存しておきましょう。 サーマルビアを使用すれば、デザイン全体で熱を逃がすことができます。 PCBにサーマルビアを追加する方法については、こちらのwebセミナーをご覧ください。 ブラインドビアとベリードビアを使用すると、PCBでスペースを節約してコストを削減できます。 ブラインドビアとベリードビアの詳細については、こちらをご覧ください。 マイクロビアでは、多層PCBで小さなトレースを配線したり、スペースを節約したりできます。 Altium 記事を読む
DDR5 PCB設計と信号整合性：設計者が知っておくべきこと DDR5 PCBレイアウト、ルーティング、およびシグナルインテグリティガイドライン 1 min Guide Books PCB設計者 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 DDR5規格のリリースが2020年7月に発表されました。これは、提案された規格に従う最初のRAMモジュールの開発が発表されてから約18ヶ月後のことです。この規格では、ピーク速度が5200 MT/秒/ピンを超えることが可能であり（DDR4の3200 MT/秒/ピンと比較して）、JEDECで評価された速度は最大6400 MT/秒/ピン、チャネル帯域幅は最大300 GB/秒まで増加します。 この新世代のメモリは、8GB、16GB、32GBの容量で、技術がより商業化されるにつれて、以前の世代よりも需要が上回ると予想されます。 より高速な速度、より低い供給電圧、そしてより高いチャネル損失は、DDR5のPCBレイアウトと設計において厳格なマージンと許容誤差を生み出しますが、DDR5チャネルの信号整合性は一般的な信号整合性メトリクスを用いて評価することができます。この分野には取り上げるべきことがたくさんありますが、この記事では、DDR5における信号整合性を確保するための重要なDDR5 PCBレイアウトおよびルーティングガイドライン、およびDDR5チャネルにおける重要な信号整合性メトリクスに焦点を当てます。 DDR5アイダイアグラムとインパルス応答 DDR5チャネルの信号整合性を調べるために使用される重要なシミュレーションには、アイダイアグラムとインパルス応答の2つがあります。アイダイアグラムは、シミュレートすることも、測定することもできますし、終端されたチャネルでのインパルス応答も同様です。どちらもチャネルが単一ビットおよびビットストリームを伝送する能力を測定し、チャネルの解析モデルが因果関係の観点から評価されることを可能にします。以下の表は、これらの測定/シミュレーションから得られる重要な情報をまとめたものです。 インパルス応答 アイダイアグラム 測定内容 単一ビット応答 ビットストリームへの応答 測定から判断できること - チャネル損失 (S21) - 記事を読む
高密度インターコネクト 高密度インターコネクト - 設計と製造のガイドブック 4 min Guide Books Happy Holdenが提供する高密度インターコネクト設計、ルーティング、レイアウト、およびHDI PCBの製造に関する専門的なアドバイスのコンパイルです。 記事を読む