PCB Design and Layout

メッキPCB取り付け穴のPCB接地手法 1 min Blog 基板を筐体に配置するときは、何らかの方法でその筐体に取り付ける必要があります。PCBの表面をネジで傷つけずに確実に取り付けるには、通常はメッキスルーホールをただコーナーに配置します。このPCB取り付け穴は通常、ソルダーマスクの下にパッドが露出しているため、必要に応じて取り付けポイントをネットの1つに電気的に接続できます。この場合によく発生する問題の1つは、接地とPCB取り付け穴です。取り付け穴を設計で接地する必要がある場合、どのように接地する必要があるのか？筐体に接続するのか、内部接地のみに接続するのか、それとも別の場所に接続するのか？これは楽しい質問で、答えは通常、「必ずすべき/絶対にすべきではない」という具合になります。取り付け穴は必ず筐体に接地しているという人もいれば、設計が台無しになるので絶対に接地すべきではないという人もいます。このように定められたほとんどの設計ルールと同様に、実際の答えはより複雑で、入力電力から接地系の構造に至るまで、設計の多くの側面が関わります。PCBへの入力で電源と接地がどのように定義されているかを理解していれば、接地を適切に考慮した取り付け方法を設計することが容易になります。 PCB取り付け穴の設計方法名前が示すように、PCB取り付け穴は、回路基板を筐体に固定するために使用されます。PCB取り付け穴に関しては、誰もが同意するいくつかのポイントがあります。金属ネジで取り付けることができるように、取り付け穴は一般的にメッキされている必要がある。浮遊する金属片はEMIの発生源となるため、取り付け穴は何らかのGNDネット（アース(PE)、信号GND (SGND)、接地済み筐体など）に接続する必要がある。取り付け穴は、標準サイズの留め具に対応するサイズにする必要がある。取り付け穴はメッキなしでもかまわないが、設計でプラスチック製のネジやスタンドオフを使用する場合以外は望ましいやり方ではない。これについては、位置決め穴に関する以前の記事で少し詳しく説明しました。というのは、一部の有名企業では取り付け穴と位置決め穴を区別していないからです。設計者にとって、このように区別することは重要です。取り付け穴はほぼ確実に基板の接地系の一部になるし、設計におけるEMIと安全性にこの相違がどのように影響するかを正確に考慮する必要があるからです。メッキした取り付け穴を筐体に接続することはベストプラクティスであり、そのような接続が可能な場合は、筐体の接地をアース接地に接続することができます。ただし、筐体内に金属元素があるバッテリー駆動システムなどでは、必ずしもそうとは限りません。PCBの取り付け穴、筐体、およびアースの接続方法によっては、デバイスでEMIが発生したり、ユーザーが感電したりする可能性があります。後者のケースは、電源の筐体がアースに十分に接地されていないか（プラグを差し込んだとき）、マイナス電源端子が十分に接地されていない場合に（プラグを抜いたとき）、コンピューターの電源で発生するおそれがある問題の1つです。適切なアース接地接続を含め、PCBの接地手法を適切に行えば、フローティング接地をなくすことができます。それが、金属筐体の接地したPCB取り付け穴の主な用途の1つです。 PCBの接地手法と取り付け穴上の画像は、過度に一般化したものではありません。場合によっては、取り付け穴を基板に接地する必要がまったくなく、代わりに筐体に接地する必要があります。それ以外の場合、選択の余地はありません。接地する場所が他にないため、取り付け穴を内部接続に接地する必要があります。取り付け穴に適用するPCB接地手法では、対処の必要な電流、その電流の周波数、ESDなどの安全性の問題を考慮する必要があります。残念ながら、考えられるあらゆる状況に対応できる単独のアプローチはありませんが、PCBの取り付け時に生じる接地接続をどのように考えたらいいのかは、以下のポイントを参考にしていただければと思います。ケース1: 低電流DC、ガルバニック絶縁なし以下の表は、標準的なPCB接地手法の一環として、メッキPCB取り付け穴をどのように扱うのかという状況をいくつか示しています。ここでは、3線式DC（POS、NEG、アースGND接続）、2線式DC（POSとNEGのみ）、3 線式ACをDCに整流した場合を検討します。入力電力金属筐体

プリント基板に適したソルダーマスクの選び方 1 min Blog PCB設計者

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最高のPCB設計ソフトウェアとその仕組み 1 min Blog 適切なツールの使用は、作業時間の大幅な短縮、コストの削減、フラストレーションの解消につながります。しかし、プリント基板に関しては、認知度が低かったり、ソフトウェアのアドオンであることから、多くの優れたツールが無視されているのが現状です。こうしたツールには、電流密度解析ツールの PDN Analyzer^™、MCADとの統合、インタラクティブ配線、マルチボードの対応、サプライチェーンの管理などがあります。これらの機能を使って、設計プロセスを簡素化し、時間を節約できます。すぐに始められるように、作業に役立つPCB設計ソフトウェアを一覧にまとめました。電力分配ネットワーク（PDN）解析電力設計は一見シンプルに見えるかもしれません。集積回路（IC）をパワープレーン、またはパワーレールに接続し、それらの動作を監視するだけです。簡単といえばそのとおりですが、ずさんな設計のPDNではトレースの電流が過剰になったり、基板で電圧降下が生じる可能性があります。そのため、設計段階で対策を立て、基板のPDNを解決することが大切です。この説明だけでは十分にご理解いただけないかもしれませんので、PDN解析が基板設計で重要なステップになっている理由を見ていきましょう。 PDN解析は、なぜ重要ですか? 電流密度 : 現在、チップの性能は従来よりさらに強化されてきており、それに伴い、消費される電流もさらに大きくなっています。ご存じのように、電流密度が高くなると、温度が上昇します。トレースの電力密度が高くなると、放熱としてPCBに分散されるエネルギー量が多くなります。そのため、トレースが薄すぎると、高温で損傷してしまう可能性があります。多くの場合、レイアウトの作業やアクティブまたはパッシブ冷却システムの設計によって問題の徴候に対処することばかりに集中しがちです。放熱に対する対応は必要ですが、電流密度を削減することで、その根本にある問題を解決できます。多くのシミュレーターでは、電流が過度になっている箇所が示されますが、それらはわかりにくい別のソフトウェアであることがよくあります。PDN解析がプログラムに統合されていれば作業が大幅に容易になり、基板上で電流が過度になっている箇所を視覚的に特定できます。電圧降下 : 高電流密度と同様に注意が必要なのは電圧降下です。電力消費の多いチップで突然電流スパイクが発生したときに、そのトレースの大きさが不十分だと、深刻な電圧低下が引き起こされることがあります。実際、最近のICの動作に必要な電圧は小さくなる一方なので、小さな電圧降下であっても問題になる可能性があります。チップが10Vに近い電圧で動作している場合は0.5V低下しても余裕がありますが、2Vで動作している場合は、降下を避けることが不可欠です。電圧降下のソリューションはシンプルで、トレースを広げるか、短くするか、あるいはその両方です。ただし、解決すべき問題がなかなか検出できない場合があります。この場合、回路の電圧低下を視覚的に示す電流密度解析ツールのPDN Analyzerを使用すれば、どのトレースを広げる必要があるのか、あるいは再調整する必要があるのかを簡単に判断できます。これらの問題についてPDNを解決する価値はありますが、PDN解析ツールのインターフェイスとデザインを行ったり来たりするのは面倒になる可能性があります。そのため、基板設計CADに統合されている電流密度解析ツールの使用をお勧めします。PDN解析ツールをいつでも利用できるようにしておくと、外部の解析ツールを使用するよりも、これらの問題をすばやく検出し、解決できる可能性が高くなります。 MCADとの統合と3Dモデリング

高速PCB設計における考慮事項：コンポーネント形状の考慮点 1 min Thought Leadership

高速PCB設計を開始する際には、レイアウトに入る前に考慮すべきことがたくさんあります。回路図の整理、基板材料 & レイヤー構成、重要なコンポーネントの配置、そして高速信号の配線方法はすべて高速設計の側面であり、計画が必要です。しばしば、他のすべてと同じくらい考慮されない領域があり、それはコンポーネントのフットプリント形状です。高速設計で使用されるコンポーネントは、通常の設計で使用されるものと物理的に異なるわけではありません。しかし、パッドやコンポーネントのフットプリント形状に微妙な変更を加えることで、高速PCB設計の努力を助けることができます。高速PCB設計のためのパッド形状高速設計で使用するフットプリント形状を評価する際に最初に考慮すべき項目は、フットプリントパッド形状のサイズです。ランディングパッドとも呼ばれるこれらの形状は、完成したPCB上でコンポーネントのピンがはんだ付けされる裸の金属パッドです。通常、1つまたは2つのパッド形状が複製されて、完全なコンポーネントフットプリント形状を作成します。従来、PCBのパッドはピンよりも約30%大きいです。これらのサイズは、コンデンサや抵抗器のような表面実装部品が一方の側で立ち上がる「トゥームストーニング」といった問題を避けるために、最適な製造のために計算されています。これらの最適なサイズは、手持ちのはんだごてでの手作業による修正や、はんだ接合部の視覚的検査を可能にします。しかし、高速設計の場合、余分な金属は寄生容量を増加させ、重要なコンポーネント間の接続長を増加させることがあります。回路の高速化ニーズに対応するためには、パッドサイズを小さくする必要があります。実際のピンサイズから30％パッドを大きくするのではなく、5％のような小さいパーセンテージの方が有益です。小さいパッドサイズは、可能な寄生容量を減少させるのに役立ちます。また、コンポーネント間の間隔を縮めることで接続長も短縮できます。この実践は、ボードスペースを少なく使用するため、魅力的でもあります。小さいパッドサイズを使用しても、コンポーネントのピンとPCBとの接触面積が同じであるため、その機械的強度が低下することはありません。しかし、そのトレードオフはボードの製造可能性にあります。小さいパッドサイズと狭い間隔は、ボードの製造コストを増加させます。設計チームは、PCBをレイアウトする前に、設計の高速化ニーズと製造のための設計ニーズとを交渉しなければなりません。パッド形状の角を丸くすることも、高速設計に利益をもたらす別の改善策です。角を丸くすることで、パッドに近づけてトレースをルーティングできるようになり、接続長を短縮し、配置された回路のサイズをコンパクトにするのにも役立ちます。パッドとビアの形状を改善することは、高密度設計のスペーシングに役立つかもしれませんビアの形状も考慮が必要です Viaは通常、PCBコンポーネントの形状とは考えられていませんが、そのサイズが基板の不動産を影響するため、それもまた考慮する必要があります。また、高速回路の一部となる基板上の任意の金属も、その回路の一部として考慮される必要があります。トレースの長さ、viaのサイズ、およびviaの深さは、高速回路の計算にすべて考慮される必要があります。最初に考慮すべきことは、viaの形状のサイズです。viaの形状のサイズは、穿孔された穴の直径によって決まるため、設計チームはレイアウト前に必要なviaのドリルサイズを検討する必要があります。小さいviaは高速信号の性能を向上させる一方で、製造コストを増加させます。しばしば、異なるサイズのviaが回路の要件やviaが電力またはグラウンドを伝導するかどうかに応じて使用されます。 viaのサイズが決定されたら、次に見るべきことは、コンポーネントパッドに対するそれらの配置です。従来、非高速設計では、製造目的で最適なパッドからviaまでの間隔を維持するために、viaはコンポーネントパッドから引き離されます。その後、パッドはトレースでviaに接続されます。しかし、これらの接続長は高速設計には長すぎるかもしれません。接続長を短くするために、ビアをパッドに近づけたり、パッドの一部上に置いたり、あるいはパッドの完全に内側に配置することもできます。このようなビアの配置は、異なるCAD設定やDRC調整が必要になる場合があり、またはパッド形状内にビア形状を含めることもあります。また、デカップリングキャパシタのパッドとビアを繋ぐために、短くて幅の広いトレースを使用することは良い実践です。