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8つのフレキシブル基板の利点 8つのフレキシブル基板の利点 1 min Blog 私がキャリアをスタートしたばかりの頃、フレキシブル基板のアプリケーションは私たちの想像力によって制限されるだけであると言われたことがあります。そのことを思い出しては、このコメント以上に同意できることはないと考えさせられます。こういった「あぁ！」という瞬間の大部分は、私たちがさまざまなサンプルの集まりをやり取りしているときに起こり、特定の形状や柔軟な考え方が新しいアイデアを生み出します。 私の仕事の中で気に入っていることの1つは、パッケージング問題を解決する方法を考え出そうとしている設計者またはエンジニアのグループと仕事をしているときの魔法の瞬間です。多くの場合、フレキシブル基板のサンプルを見た後で、問題の解決に役立つ可能性があるというアイディアで設計者の目が輝き、その瞬間からブレーンストーミングが始まります。このようなプロセスの一部になるのは非常に楽しいです。 私がフレキシブルとリジッドフレキシブル基板で設計することに喜びを感じるのと同じくらい、フレキシブル基板を使わない方を好む人もいます。もちろん、そのためらいは理解できます。新しい技術には常に学習曲線があります。学ぶべき新しい材料、新しいデザインルール、さらには新しい製作者を見つける必要があるかもしれません。それは恐ろしいことです。そのため、私はパッケージの問題を解決するためにフレキシブルとリジッドフレキシブル基板を使用することによる上位8つの利点について試してみることにしました。この試みは、新しいアイデアを刺激するか、またはフレキシブル基板を取り入れることを検討する動機を提供するでしょう。 フレキシブル基板の利点とは？ １）パッケージングの問題を解決すること：私はこれが最も明白だと思います。材料はコーナーのまわりで曲げたり、折ることができ、三軸の関係を提供し、そして分離された部分がありません。電子部品および機能要素は、フレキシブル基板を折り曲げ、接続するために形成することができ、製品内の最適な位置に配置することができます。ここが想像力を働かせるところです！ ２）必要なスペースと重量の削減：SWaP、つまりスペースの重さとパッケージングは、プリント基板設計において引き続き重要なトピックです。フレキシブル基板は、かさばるワイヤーとはんだ接続を排除することができ、コンポーネントと構造によっては、重量とスペースを最大60％節約し、パッケージサイズを大幅に縮小することができます。フレキシブル基板の材料は、従来のリジッド基板よりも薄型です。 ３）組み立てコストの削減：大きなワイヤーとケーブルを交換することで、配線を削減または排除します。これにより、組立の人件費だけでなく、ワイヤーのコスト、複数の発注書を作成するためのコスト、受け取りおよび検査、キッティングも削減できます。これはさらに詳しく調べる価値があります。 ４）動的屈曲を容易にする：適切に設計された場合、フレキシブル基板は数百万の屈曲に耐えることができます。ディスクドライブは、1000万〜1億のフレックスサイクルを伴う一般的な例です。もう一つの良い例は、ノートパソコンのヒンジです。これらのフレキシブル基板は、コンピューターの耐用年数にわたって何万という屈曲に耐えることができます。 ５）熱管理：ポリイミド材料は高熱用途に耐えることができ、薄いポリイミドはより厚い、より熱伝導性の低い材料よりもはるかによく熱を放散します。そのため、より高い電力、より高い周波数の設計、またフレキシブル基板の設計において著しい成長を見ることができます。 ６）製品の外観を向上させる：ユーザーが製品の機能要素に触れると、外観が決定に影響を与えることは事実です。見た目が決定に影響を与えたお気に入りの例は、手のひらサイズの焼灼ツールが診療所で設計、使用されていたお話です。患者は、焼灼ツールの接続に使用されたワイヤーを見ることができたのです。これは、患者の手術に対する信頼度を下げる結果につながりました。そのワイヤーは非常に単純なポリイミドフレキシブル基板で再設計され、手術に対する信頼は著しく向上しました。機能性に違いはありませんが、なめらかなフレキシブル基板はアンケート調査の結果、はるかに高い得点を記録しました。 ７）生体適合性：ポリイミド材料は生体適合性に優れており、そのために医療用途とウェアラブル用途の両方で通常使用されています。先端技術は銅導体を金導体に置き換えることもでき、生体適合性のある選択肢を提供します。 ８）信頼性の向上とオペレーションミス発生の減少：リジッド基板とワイヤケーブルをフレキシブルまたはリジッドフレキシブル設計に置き換えると、必要な相互接続の数とレベルが減り、システム設計を大幅に簡素化できます。接続は回路アートワークによって制御され、人的ミスの可能性を排除します。 リジッド基板　vs　フレキシブル/リジッドフレキシブル基板 ワイヤー、ケーブル、そしてリジッド基板はよく知られた解決策であり、常に設計を始めるのに最適なスタート地点になるでしょう。フレキシブル基板についてもっと真剣に考え始める必要があるのは、従来の方法では設計上、そしてパッケージ上の制約をまったく解決できない場合です。 それは、つま先を水に浸して水に慣れるように、単純な フレキシブル基板から始めて、思った通りのフレキシブル基板設計ができるケースかもしれません。あるいは、いきなり両足で飛び込むような、マイクロビアで多層フレキシブル基板の設計に取り組むような難解なケースかもしれません。いずれのケースにしても、私たちは設計者にサポートを提供しています。 こちら をクリックして詳細をご連絡ください。 記事を読む
製造の準備：PCBパネル化ソフトウェア 製造の準備：PCBパネル化ソフトウェア 1 min Blog 製造業に従事している方や新製品を生産する予定がある方にとって、生産性が重要なキーワードです。産業革命以来、人時あたりの製品数を増やすことに焦点が当てられており、PCBも例外ではありません。新製品を市場に出す際、必要以上に注文に費用をかける理由は何でしょうか？ PCB製造プロセスの生産性を向上させる方法の一つは、適切なパネライゼーションスキームを使用することです。適切なPCB設計ソフトウェアを持っていれば、パネライゼーションは比較的簡単なプロセスとなり、ボードごとのコストを削減できます。外部のCADプログラムをパネライゼーションに使用したり、デフォルトの長方形の配置を使用する代わりに、PCB製造に特化した優れたCADパッケージを使用することで、各パネルから最大限の効果を得ることができます。 パネライゼーションによる製造準備 パネライゼーションは、標準サイズの単一パネル上に複数のボードを配列するプロセスです。これは、1枚の大きなPCB基板上にボードのコピーを作成するようなものと考えてください。単一のパネルを組み立ておよび分離機械を通すことは、おおよそ固定費となり、製造業者は通常、パネルごとのPCB価格を見積もります。目標は、工具の制約を満たしながら、単一のパネル上に可能な限り多くのボードを配置することです。 製造、分離、および組み立てのためにパネライズされたボードを準備する方法の一つとして、パネライズされたPCBとPCB自体の両方に フィデューシャルマーカーを配置する必要があります。これらのマーカーはパターン認識マーカーとも呼ばれ、ピックアンドプレース機械がボードの向きを確認し、ボード上の異なる位置間の距離を測定するため、または指定された許容範囲を満たさないボードを拒否するために使用されます。 フィデューシャルマーカーは一般的に、ボードの対角線上の角とパネルの対角線上の角に配置する必要があります。測定のためです。3つ目のフィデューシャルマーカーは、向きを確認するために別の角に配置できます。これにより、ピックアンドプレース機械やその他の組み立て機械がパネルが正しい向きでロードされたかどうかを判断でき、自動組み立て機械はこれらのマーカーを使用して、コンポーネントを正しい位置と向きで取り付けることができます。 標準化された工具装置は、各パネルにサイズ制約を設けることもでき、ボード間の間隔を制約します。パネルの配置を計画したら、分離プロセスを考慮に入れ、ボード間に分離ツールのためのスペースを含める必要があります。ボードに使用される正確な工具処理は、主にその厚さと基板材料に依存します。 非常に薄い基板を扱っていて、大きな機械的ストレスに耐えられない場合、レーザーカッターやCNCマシンのルータービットを使用して、各パネルを簡単に切り出すことができます。パネルが非常に薄くて広い場合、ルータービットは通常、基板の中心付近のストレスを減らすために遅く動作し、実際にはスループットを減少させることがあります。 基板が厚くなったり、基板用の材料が頑丈なものを使用する場合、鋸を使用した手動または自動の切断プロセスでパネルから基板を分離することができます。一般的な方法の一つは、パネル内の各基板の周りにV字型の溝を配置し、ピザカッターに似た鋸を使用して、これらの溝に沿って切断することで基板を分離することです。 基板を分離する方法に関わらず、基板にフィデューシャルマーカーを簡単に配置し、工具用のスペースを提供できるPCB設計ソフトウェアパッケージが必要になります。パネル化の計画を立てる際には、基板がどのように分離され、パネル上で必要なクリアランスがどの程度かを確認するために、製造業者に連絡することが最善です。 ECADソフトウェアでのパネル化 一部のソフトウェアパッケージでは、CAD、パネライゼーション、 製造業者向け納品物、および設計検証ツールを異なるプログラムやモジュールに分けています。これにより、基板を一つのプログラムで設計し、別のプログラムでパネライズし、そして設計プログラムで基準マークや工具仕様を定義する必要があります。時間の無駄とはこのことです... 設計ソフトウェアが 部品表やパネライゼーション機能と別々の場合、プログラム間の切り替えに時間がかかります。設計をプログラム間で移動すると、レイアウトがパネライゼーションソフトウェアにインポートされる際にエラーが発生する可能性があります。さらに悪いことに、パネルを手動で描画する必要がある場合、正しい詳細を含めないとパネルの向きに曖昧さが残ります。 曲がった基板を扱っている場合や、同じパネルに異なる基板を配置したい場合、パネルを手動で描画して最適化するのにさらに時間がかかります。パネライゼーションユーティリティとPCBソフトウェア間でデータをやり取りすると、互換性のエラーが発生しやすくなり、時間の無駄になります。代わりに、これらのツールが組み込まれたPCB設計パッケージが必要です。パネライゼーション設計ツールでは、基板がどのように配置され、製造業者によってどのように分離されるかを指定できるようにする必要があります。 唯一、設計、製造データ生成、シミュレーション、およびサプライチェーン管理ツールを一つのパッケージに統合したPCB設計ソフトウェアは、 Altium Designer 記事を読む
Altium Designerで作成されたボードのインピーダンス制御ルーティング Altium Designerで作成されたボードのインピーダンス制御ルーティング 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 Altium Designerの3Dフィールドソルバーは、インピーダンス制御ルーティングを簡単に行えるようにし、システムのための設計ルールを作成することができます。 記事を読む
適切なツールがPCBレイアウトの時間見積もりに役立ちます 適切なツールがPCBレイアウトの時間見積もりに役立ちます 1 min Blog PCB設計を計画するために正確に知る必要があるのは、PCBレイアウト時間の見積もりに役立つ適切なツールを持っていることです。 ALTIUM DESIGNER PCB設計ソフトウェアの中で最も正確な結果を提供します。 新しいプリント基板設計を探求する際には、レイアウトを完了するのにどれくらいの時間がかかるかを見積もることが有益です。これにより、生産とテストを適切にスケジュールし、設計のリリースをマーケティングやその他の関連プロジェクトと同期させることができます。PCBレイアウトの完成までの時間を正確に見積もるには、レイアウトの経験、設計要件の理解、およびコンポーネントの密度と利用可能なボードスペースに関する完全なデータが必要です。しかし、最も重要なのは、設計がどれくらいの時間を要するかを予測するのに役立つ設計ツールを必要とすることです。 これを行うには、PCB設計ツールのフルレンジが必要です。レイアウトに取り掛かる前でさえ、回路を作成しシミュレートするのに役立つ回路図ツールがあれば、後での設計のサプライズを最小限に抑えることができます。レイアウトに入ったら、操作が簡単で複数の配置オプションを提供するツールが必要になります。これにより、部品を一貫して配置し、整列させることができます。また、ルーティング時間を簡単に計算し、実行できるように、インテリジェントなトレースルーティング機能も必要です。最後に、予定された時間内に最終製造ファイルを作成できるように、自動化された出力機能が必要です。 始めから終わりまで、すべてをこなせる設計ツールのセットが必要です。良いニュースは、これらの機能をすべて備えた完全なツールスイートを提供するPCB設計システムがあるということです。それがAltium Designerです。 コンポーネント配置 PCBレイアウトツールは、レイアウトの準備を助けるべきです。Altium Designerは、ボードサイズとレイヤースタックアップを完全に制御できるため、開始前に利用可能なボードスペースの量を確認できます。Altium Designerでは、回路図からレイアウトへのパーツのクロスセレクト機能を使って、フロアプランニングが簡単です。 スキーマティックで論理的なグループに部品を簡単にグループ化して、どの部品がどこに必要になるかを正確に確認できます。部品の配置を始めると、Altium Designerは、設計のニーズに応じて部品を迅速に配置・整列させるためのさまざまな配置機能を提供します。 コンポーネント配置を直感的かつ簡単にするPCBレイアウトツール 回路基板上やその層内でどのような温度上昇が発生しても、設計プロセスと設計ルールはそれを考慮するべきです。レイヤーの管理、熱源、熱抵抗、ピン、コストはすべて、PCB製造の層を通過し、回路がプリント回路になるために必要です。Altium Designerの配置ツールは、コンポーネントの正確な配置計画と実行に必要な制御を提供します。 Altium Designerの異なるコンポーネント配置機能は、ボード上に部品を整然と迅速に配置し、完成の見積もりを支援するのに役立ちます。 Altium 記事を読む
PCB設計プロセスの概念 PCB設計プロセスの概念 1 min Blog 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 記事を読む
制御が必要なルーティングインピーダンス 制御が必要なルーティングインピーダンス 1 min Blog 制御インピーダンスルーティングの設計アプローチは、高速PCB設計の重要な要素であり、PCBの意図した高速性能を確保するためには、効果的な方法とツールを採用する必要があります。したがって、PCB内のルートを慎重に設計しない限り、インピーダンスは制御されず、トレース全体を通じて点から点へとその値が変動します。そして、PCBのトレースが高周波数で単純な接続のように振る舞わないため、インピーダンスを制御することで、信号の完全性を保持し、電磁放射の可能性も減少させます。 制御インピーダンスを決定するものは何か？ PCBのインピーダンスは、その抵抗、導電率、誘導性および容量性リアクタンスによって決定されます。しかし、これらの要因は、基板構造、導電性および誘電体材料の特性、導体の構造および寸法、および信号リターンプレーンからの分離、ならびに信号特性の機能です。 基本的なレベルでは、トレースインピーダンス値はPCB構造から決定され、これらの要因によって生成されます： 誘電体材料（コア/プレプレグ）の厚さ 材料（コア/プレプレグ、はんだマスクまたは空気）の誘電率 トレース幅と銅の重さ 高周波を見ると、インピーダンスは銅の粗さ（ スキン効果の増加を決定する）や損失正接（誘電体の損失）によっても決まります。設計で最も滑らかな銅を使用しても、銅張り積層板やプリプレグに粗い表面を確保するために、PCB製造では粗面化処理が使用されます。どんな場合でも、銅の粗さは常に存在します！ 典型的な構成 まず、典型的な構成を見てみましょう。トレース構成にはいくつかの広いクラスがあります： シングルエンド：デジタル信号やRF信号を単独で運ぶ孤立したトレース 差動トレース：等しく反対の極性で一緒に駆動される2つのトレース 非共面：トレースが配線されている同じ層に追加の銅がないトレース構成 共面：トレースと同じ層に接地された銅プールが含まれるトレース構成 多層PCBを検討する際、設計者はトレースの制御インピーダンスが平面（リファレンス）によって遮蔽されているため、トレースの両側の平面間の誘電体の厚さのみを考慮すべきであることを覚えておく必要があります。ここに最も一般的な構成の例をいくつか示します： Er = 材料の誘電率 H 記事を読む
IPCに準拠したフットプリントモデルの操作 IPCに準拠したフットプリントモデルの操作 1 min Blog エレクトロニクス業界は業界標準の恩恵を受けています。これらの標準により、選択したコンポーネントを設計間で再利用でき、仕様が一貫して、IPCに準拠した製造者が標準プロセスを使用して基板を構築できるという保証を設計者に与えます。これにより生産性が向上し、デバイスが確実に意図したように動作するようになります。 標準のIPC 7350シリーズ（具体的には、IPC 7351B）により、表面実装コンポーネントの領域パターンの一般的な物理設計パラメータが指定されます。この標準に適合させるには、さまざまなタイプのコンポーネントが特定のフットプリントを必要とします。製造業者はこの標準内で対処して、製品が品質の要件と信頼性の要件を満たし、再作業や破棄が確実に減るようにします。 PCBがIPC 7351B標準に準拠するとき、表面実装コンポーネントが標準化された領域の配置に準拠しない場合があります。コンポーネントを使用することはできますが、製造業者が特定のコンポーネントを操作するためにプロセスを適応させる必要があるので、彼らからの追加の設計コストを負担する必要がある可能性もあります。カスタマイズされた、独自のコンポーネントを操作している場合、コンポーネントをIPCに準拠するよう設計することは良いアイデアです。 IPC準拠のフットプリントを使用したコンポーネントの作成 全てのコンポーネントがIPCに準拠したフットプリントを使用しているわけではありません。幸いにも、最良のPCB設計ソフトウェアパッケージにはCADツールがあり、一部のシンプルな設計方法を適用する限り、これらのコンポーネントを操作することができます。例えば、領域のパッド間のピッチは標準トレース幅と違っており、これらの非準拠のコンポーネントを使用する場合は、設計ソフトでこの設定を変更する必要があります。 カスタムコンポーネントを使用するときに配置や配線の問題を避けようとするなら、手間を省いて直ちにIPCに準拠するコンポーネントのフットプリントを作成することができます。AltiumではIPC Compliant Footprint Wizardがアプリケーションの拡張機能として使用可能です。このウィザードではテンプレートを使用してIPCに準拠するコンポーネントのフットプリントを生成し、 手動でコンポーネントを作成するのに比べて、大幅に時間を節約します。 ウィザードにアクセスするには、新しいPCBライブラリファイルを作成する必要があります。これはスタンドアロンファイル、または既存のプロジェクトへの追加として作成することができます。この新規のウィンドウがアクティブな状態で、[Tool] メニューをクリックして [IPC Compliant Footprint Wizard] を選択します。さまざまなコンポーネントフットプリントを作成するオプションが表示されます。この例では、CQFPパッケージを使用します。 記事を読む