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過去と未来の技術、プリントエレクトロニクス プリントエレクトロニクス：過去と未来の技術 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 機械エンジニア PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 機械エンジニア 機械エンジニア プリントエレクトロニクス（PE）は、新しく急速に成長している相互接続ビジネスです。その起源は、家電製品用のプリントフレキシブルキーボードや、派手な雑誌や文献での技術の拡大にあります。PEの皮肉な点は、この技術が恐らく第二次世界大戦中に最初に使用され、すべてのプリント回路がその起源をPEに負っていることです。 アプリケーション PEについて最もエキサイティングなことは、それが開く新しいアプリケーションと市場の全てです。図1には、現在PE開発者によって追求されている市場のうちの10つが示されています。これらの市場の大多数において、アプリケーションは短命であり、実際のPE基板は使い捨て可能です。フレキシブルキーボード、プリントグルコースセンサー、プリントRFIDタグなど、いくつかのアプリケーションは既に確立されています。一方で、プリントバッテリーと電気泳動電解質で動く化粧品用しわクリームマスクなど、このリストにさえ載っていないものもあります。 材料 材料はPE開発者にとって依然として主要な課題です。多くのPEアプリケーションがコストに敏感であるため、現在の銀の導電性インクやポリイミドフィルムの絶縁体は、そのアプリケーションにとって高すぎます。現在の絶縁体候補は表1に、導体は表2に示されています。 研究では、基板としてのナノテクノロジーがガラス、プラスチック化紙、PET、導体としては銅、グラファイト/グラフェン、カーボンナノチューブ（CNT）を支持しているようです。 表2: 印刷エレクトロニクスに適した導電材料とインク 製造プロセス 印刷エレクトロニクスは、雑誌のような低コスト印刷を想起させます。その技術は、私たちの最も古く、最も自動化された技術の一つです。しかし、図2に示されている他の印刷技術もあります。 インクの印刷方法は、その解像度（マイクロン単位）と秒速平方メートルでのスループットの機能として特徴づけられます。 印刷に関するより詳細な表は表3に示されています。それは速度、解像度、フィルムの厚さ（マイクロン単位）、および使用できるインクの粘度をリストしています。 設計ツール Altium Designer® 19にアップグレードした場合、プリントエレクトロニクスの設計が可能であることに気付いたかもしれません。これは幸運なことです。なぜなら、多くのアイデアや革新的な電子機器がプリントエレクトロニクスの基板の形を取る可能性があるからです。3Dプリンティングは現在、銀ペーストや様々な絶縁体、抵抗性および容量性インクを使用してプリントエレクトロニクスを作成することができます。近い将来、半導体（P型およびN型）インクやOLEDペーストも利用可能になるでしょう。技術がより一般的になるにつれて、他の特殊インクや紙に似た改良された基板も開発されるでしょう。 プリントエレクトロニクスに関する包括的で詳細な説明については、Joseph Fjelstadの電子書籍「Flexible Circuit Technology-Fourth 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
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と部品表におけるサーキットブレーカー PCBと部品表におけるサーキットブレーカー 1 min Blog 回路遮断器はすべてのシステムで必要とされるわけではありませんが、過電圧/高電流に対する保護や、電力サージから生じる可能性のある損傷に対して、一部の環境では主要な保護源となります。回路遮断器は住宅の回路保護での使用が最もよく知られていますが、回路保護が必要とされる任意の環境（電力システムや産業システムなど）で使用することができます。一部の回路遮断器はPCB上に取り付けることができますが、他のものは大きすぎて筐体内にパネル取り付けする必要があります。 これらのオプションのどちらを設計に選択すべきか？これらの回路遮断器を選択する方法と、組み立てでこれらを指定する方法について説明します。 PCB内の回路遮断器 PCBが高電流でのシステム障害から保護する必要がある敏感な要素を含む場合、PCBに回路遮断器を含める必要があるでしょう。回路保護は、製品に適用される EMC規制や業界標準の下でも必要とされる場合があり、そのような回路保護要件は回路遮断器を必要とするかもしれません。PCBに含めることができる回路遮断器の種類は多く、ACまたはDCの過電圧および/または突入電流から回路を保護します。 回路遮断器には4種類あります： 熱的 - 過電流状態での過度の加熱によって作動 磁気 - 電流によって生成される磁場によって作動 熱磁気 - 高電流でのバイメタルアームの曲がりによって作動 油圧磁気 - 磁力が減衰液中のバネに作用してブレーカーを作動させる 各種類のブレーカーは、時間経過に伴う異なる電流作動プロファイルと独自の機械的特性を持っています。油圧遅延のない純粋な磁気ブレーカーは、電流サージを遮断するためにソレノイドを使用し、4つのオプションの中で最も速いブレーカーです。 PCB取り付け対パネル取り付け 記事を読む
PCBにおける銅のラップメッキ PCBにおける銅のラップめっき 1 min Blog 新しい電子機器を購入して、1週間後に故障してしまうことは誰も望んでいません。私は同じフラットスクリーンモニターを5年以上使っていますが、これまでに所有した電子機器の中で最も頑丈なものです。信頼性の高い設計が好きなら、デバイスの寿命を向上させることを目的とした業界標準に注目していることでしょう。 PCBのビアメッキは、衝撃や熱サイクルに耐えられるほど信頼性が高くなければなりません。ここでメッキプロセスが重要となり、新しいIPC 6012Eのメッキ要件は、ビア・イン・パッド構造の信頼性を向上させるために設計されたメッキ技術を指定しています。 銅ラップメッキ構造 ビア・イン・パッド構造には、ビア穴を銅メッキして、多層PCBの層間で信号をルーティングする必要があります。このメッキは、ビア・イン・パッド構造内の他のパッドや、小さな環状リングを使用してトレースに直接接続します。これらの構造は不可欠ですが、繰り返しの熱サイクル下での信頼性の問題があることが知られています。 IPC 6012E基準は最近、ビア・イン・パッド構造に銅ラップめっきの要件を追加しました。充填された銅めっきはビア穴の端を回り込み、ビアパッドを取り囲む環状リングにまで延びるべきです。この要件はビアめっきの信頼性を向上させ、クラックや表面特徴とめっきされたビア穴との分離による故障の可能性を減少させる可能性があります。 充填された銅ラップ構造は2つのバリエーションがあります。まず、ビアの内側に連続した銅膜が適用され、その後ビアの両端の上層と下層を覆い越えます。この銅ラップめっきはビアパッドとビアに繋がるトレースを形成し、連続した銅構造を作り出します。 または、ビアはビアの両端を囲む独自のパッドを持つことができます。この別のパッド層はトレースやグラウンドプレーンに接続します。ビアを充填する銅めっきはこの外部パッドの上を覆い越え、充填めっきとビアパッドの間にバットジョイントを形成します。充填めっきとビアパッドの間にはある程度の結合が発生しますが、二つは融合せず、単一の連続した構造を形成しません。 PCBでのビア穴のドリリング 熱サイクル下での信頼性 PCBが時間とともに熱サイクルを繰り返すと、体積膨張が銅のラップメッキ、ビア充填材、およびラミネート界面に圧縮または引張応力を生じさせます。応力の量は、基板と環境の間の温度勾配、関与する各材料の熱膨張係数、および基板の層数など、多くの要因に依存します。 基板材料の熱膨張係数が一致しないことは、銅のラップメッキに大きな応力を与える原因となります。これにより、ビアバレル内のメッキが割れてバットジョイントから分離する可能性があります。連続する銅のラップメッキも、ビアの端で直角に割れることがあります。 ビアの内部がバットジョイントから分離した場合、またはラップメッキの端でビアが割れた場合、ビアにオープン回路の故障が発生します。繰り返しの熱サイクル中に曲がると、さらに多くの故障が発生します。基板の最も外側の層に近い位置で終わるビアは、基板がこれらの層でより大きく曲がるため、熱サイクルによる破断の可能性がはるかに高くなります。 これらの構造物での故障の可能性にもかかわらず、銅のラップメッキを使用しないビアよりも、銅のラップメッキを使用した方が依然として信頼性が高いです。この追加の銅のラップ層は、ビア壁内のメッキの構造的完全性を高めるだけでなく、ビアメッキと環状リングとの接触面積を増加させます。 基板上の銅の可視性と安定性は価値があります。 構造的完全性は、ラップメッキの上にボタンメッキを追加することでさらに高めることができます。一部のメーカーは原則としてこれを行います。ボタンメッキも、ラップメッキと同様に、ビアの上部と下部の端を覆います。その後、メッキ抵抗が剥がされ、ビアはエポキシで満たされ、最終的に表面は平滑化され、滑らかな表面が残ります。これは、IPC 6012E基準を満たしながら信頼性を最大化する最良の方法と言えるでしょう。 IPC 6012Eに準拠しためっきは、埋め込みビアが別々のレイヤースタックに分割されている限り、埋め込みビアにも簡単に適用できます。内層スタックは、スルーホールビアの場合と同様に、銅でラップすることができます。これらの内層にあるビアは、スルーホールビアと同じようにめっきすることができます。各分割されたスタックがめっきされた後、最終的なスタックアップはプリプレグを使用して配置することができます。 記事を読む
PCBコスト見積もり 目標BOM価格とPCBコスト見積もりに合わせて設計する 1 min Thought Leadership 設計、部品、生産、組み立て、送料、さらにはファームウェアに至るまで、正確なPCBコスト見積もりを作成することは、新しいデザイナーにとって難しい課題です。確立された組織でさえも、設計中に発生する可能性のあるすべての問題を予測するのが難しいため、正確な見積もりを出すのに苦労することがあります。製造業者は、プロジェクトの生産と組み立て部分を処理するのに役立ちますが、新しい設計を生産に移すたびに、ボード用の部品を調達し、予算内に収まる必要があります。 過去には、部品の価格と在庫を得るために製造業者に電話をかけ回り、これらのデータを使用してPCBコスト見積もりを作成していました。PCB内の部品に関するBOM価格のような、より詳細な情報を事前に持っていることは、設計チームの時間を大幅に節約し、生産前の再設計のリスクを減らすことができます。過去に使用したベンダーからの古いBOM価格データに頼る代わりに、PCB設計ソフトウェアに組み込まれた材料表とコスト見積もり管理ツールの形で助けがあります。ここでは、これらの機能とクラウド接続設計アプリケーションを使用して、正確なBOM価格を確保し、予算内に収まる方法について説明します。 部品ベンダーから必要なデータ PCB設計チームは、PCBのコスト見積もりと正確なBOM価格を目指すために、完全なデータセットが必要です。これは設計と生産計画プロセスの一部に過ぎませんが、予算に大きな違いをもたらす可能性があり、フルターンキーサービスの必要性をなくすことができます。ここでは、部品ベンダーやメーカーから必要なデータの一部を紹介します： 価格：使用する部品の価格が予想通りであることを確認するために、最新の情報を入手してください。 在庫状況：設計に含まれる部品が在庫ありで注文可能であることを確認してください。 ライフサイクル情報：設計者は、コンポーネントが廃止されたか、EOL（製造終了）か、まだ生産中かを即座に識別できるべきです。 PCBフットプリント：更新されたCADデータとPCBフットプリントを持つコンポーネントは、設計時間を短縮できます。 価格割引：同じまたは類似のコンポーネントに対する量産割引は、プロジェクトを生産予算内に収めるのに役立ちます。 エンジニアリングは、設計が生産に移行する時点でイライラすることがあります。なぜなら、チームは突然、設計に必要な部品を入手できないことが判明し、重要なコンポーネントが入手不可能であることがわかったときに大規模な再設計を行わなければならなくなるからです。これらの頭痛の種を防ぐために、設計者は生産直前にコストと在庫を確認するのではなく、設計プロセスの早い段階で上記のデータをすべて入手する必要があります。 材料表管理ツールによって提供される承認済みベンダーへの クラウド接続を利用することで、再設計をめぐる多くのフラストレーションを解消できます。さらに、プロジェクトが生産予算内に収まるかどうかをすぐに確認でき、完成したボードの目標PCBコスト見積もりを立て、正確なBOM価格をまとめることが容易です。設計者がPCB設計ソフトウェア内で直接調達データにアクセスできる場合、これらの利点を実感できます。 目標BOM価格の設計方法 利益率が厳しいPCBを設計する経験があまりない場合、それは本当に目から鱗の体験になるかもしれません。プロトタイプの作成、限定生産、または特定の用途に特化したボードの設計に慣れているかもしれませんが、その際には部品の価格が主要な懸念事項ではなかったかもしれません。価格を主要な考慮事項として設計を始めると、各コンポーネントで1セント節約することが、重要なコスト削減につながることがわかります。 包括的な PCBコスト見積もりを開発する一環として、正確なBOM価格を取得することがあります。製造、組み立て、およびNREコストは、生産される各ユニットに按分する必要がありますが、これらのコストは製造業者に相談することで見積もることができます。これにより、BOM価格と単位あたりの部品予算の上限が設定されます。 ターゲットBOM価格を設計し、PCBコスト見積もりを作成するために従うことができるいくつかのヒントは次のとおりです： 重要なICやプロセッサーを最初に選択すること、これらはシステムの残りの部分がどのように動作するかを決定します。これらが入手不可能な場合、製造前に再設計が必要になる可能性があります。 トランジスタのような一部のコンポーネントには多くの同等品があるため、これらの部品が 在庫切れ、廃止、またはEOLの場合は代替品を探します。 記事を読む
Altium DesignerでスキーマティックからPCBまで、ステップバイステップでガーバーファイルを生成する Altium DesignerでPCBガーバーファイルを作成する手順 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 CAMジョブに最適なアプローチをお探しですか？Altium Designerを使用して、回路基板レイアウトからPCB Gerberファイルを作成する方法を学びましょう。AltiumのCAMツールを使用すると、迅速にPCB Gerberファイルを作成できます。 記事を読む