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標準的なPCBの厚さとレイヤースタック 標準的なPCBの厚さとレイヤースタック 1 min Blog 1990年代のシットコムが大好きだと白状します。もしジェリー・サインフェルドがPCBデザイナーだったら、「1.57 mmの基板厚さって何のこと？」と聞くかもしれませんね。実に妥当な質問ですし、PCB設計やその他のエンジニアリングの分野でなぜ特定の標準値（例えば、 RFシステムの50オームのインピーダンスなど）が使われるのか不思議に思うこともあります。 これらやその他の設計値がPCB設計で標準化された良い理由がありますが、それらが業界標準で明確に定義されているわけではありません。PCBの厚さに関しては、その理由は主に歴史的なものですが、すぐに見ていきます。しかし、標準の基板厚さ1.57 mmだけがアクセスできる厚さではありませんが、ほとんどのメーカーはこの値を収容するように製造能力を中心にしています。もし 1.57 mm基板厚さの歴史 Lee Ritcheyは、事実上の標準である1.57 mm基板厚さの歴史を うまくまとめています。Leeが回路基板の厚さの値について述べているすべてを繰り返すことなく、この数字が業界内で事実上の標準になった理由を簡単に要約します。 電子デバイスがトランジスタや集積回路へと移行していた時代、基板は合板の作業台でブレッドボーディングによって組み立てられていました。その際、合板の表層をバケライトと呼ばれる材料に置き換えていました。合板に詳しい方なら、合板の一枚の厚みが1/16インチ、つまり1.57mmであることをご存じでしょう。この厚みは、基板間の接続が必要になった際に何らかの標準となり、新しい材料に適応されていきました。初期の基板間接続には、エッジコネクタを使用したラックユニットが用いられ、これらのエッジコネクタはこの標準厚みに合わせる必要がありました。現在では、バケライトの代わりにエッチングやめっきが可能な材料や、 FR4エポキシ積層板を使用しています。 代替のPCB厚み値 今日、一部の製品（例えば、PCIeアドインカード、Mini-PCIeカード、またはSODIMMスティック）やアプリケーションノートの配線ガイドラインでは、1.57 mm（またはあまり一般的ではない値の1.0 mm）が指定されることがあります。しかし、よく考えてみると、製造可能性や、高い 層数や高い銅の重さを収容するため以外に、このPCBの厚さが他のボード厚さの値よりも好ましい理由はないことに気づくでしょう。多くのメーカーは、低層数のこの回路基板の厚さを選択しています。それは、常にそうであり、ほとんどの顧客から一般的に期待されているからです。 1.57 mmの値は、事実上の標準となっているため、任意のメーカーにとって必要な能力の一つですが、多くのメーカーはこの厚さのさまざまな倍数のボードを製造できるように能力を適応させています。一部のメーカーから見つかるかもしれない他のPCBの厚さの値には、2.36 記事を読む
フレキシブル回路の補強オプション フレキシブル回路PCBスティフナーオプション 1 min Blog 柔軟な回路のスタックアップにはPCBスティフナーが含まれることが一般的です。こちらで異なるPCBスティフナーのオプションについて読んでください。 記事を読む
6層スタックアップ EMC EMC向上のための6層PCBスタックアップの設計 1 min Blog 6層のPCBは、高いネット数と小さいサイズを持つ様々なアプリケーションにとって、経済的で人気のあるスタックアップです。大きなボードは、4層のスタックアップで十分機能することがあり、信号層を犠牲にしてボードの各側間の隔離を確保できます。適切な6層スタックアップを使用すると、異なる層間のEMIを抑制し、高いネット数を持つファインピッチコンポーネントを収容できます。しかし、4層または8層のスタックアップを使用する方が理にかなっている場合もあり、この判断をするためには、ボード内のプレーン層の機能を理解することが役立ちます。 電源、グラウンド、信号プレーンはいくつ必要ですか？ この質問への答えは非常に重要であり、実際にはボードのアプリケーションに大きく依存します。限られたスペースで密度の高いボードをルーティングしているが、すべてが低速またはDCの場合、2つのプレーン層と4つの信号層で十分なことがよくあります。しかし、その場合、創造的なレイアウトとルーティングで層数を4層に減らすことがよくあります。 EMIへの感受性を大幅に減らす必要がある場合、代替のスタックアップを使用し、より多くの電源/グラウンド層と少ない信号層を選択するべきです。これがデジタルボードまたは混合信号ボードである場合、信号を平面層に対して配置し、密接に配置された電源/グラウンド平面ペアを使用することで、EMI問題を引き起こすことなくボード全体に自由にルーティングするための柔軟性を得ることができます。 シールド缶のような不格好な解決策を必要とせずに、ボードの周りにさらにグラウンドを追加することも、大きな遮蔽効果をもたらすことができます。 デジタル信号とアナログ信号を混合する場合、高周波と低周波の信号を混合する場合、またはこれらのすべての組み合わせの場合でも、6層PCBスタックアップの創造的な使用が可能です。ある時点で、より大きなボードやスタック内の層を増やす（またはその両方！）必要があるかもしれません。6層PCBスタックアップのための多くの信号/平面層の組み合わせがありますが、以下にいくつかの一般的なものを示します。 6層PCBスタックアップの例 これを念頭に置いて、いくつかの6層PCBスタックアップの例を見てみましょう： 信号+電源/グランド/2信号層/グランド/信号+電源 この6層PCBスタックアップの例は、内部層の低速トレースを外層のトレースから遮蔽する人気のあるエントリーレベルのオプションです。また、固体平面への密接な結合もあります。信号は、直交している限り、低周波数/遅い切り替え速度で、または内部層を通してルーティングできます。私は、互いおよび内層の低速/周波数トレースからそれらを遮蔽するために、高速デジタルおよび/またはアナログ信号を外層にルーティングするでしょう。以下に例を示します。 これについては、アナログとデジタルを内層で混在させないでください。ただし、ボードの異なる領域にそれらを分離できる場合を除きます。しかし、デジタルとアナログのセクション間に分離が必要なその種の状況では、内部平面を持つ4層スタックアップで何とかなるかもしれませんし、創造的なレイアウト/ルーティングを行うか、または4層で好まれるSIG+PWR/GND/GND/SIG+PWRの配置を使用できます（ ガイドラインについてはこちらを参照）。 このタイプのスタックアップでは、 レイヤー2を電源プレーンレイヤーにしないでください、また、L3+L4で平行にブロードサイド結合ペアを試みないでください。代わりに、信号レイヤー上でPWRをルーティングします。これに伴う主な問題は、電源とグラウンドプレーンレイヤー間の インタープレーン容量の欠如と、L1からL5への高インダクタンスのリターンパスです。これらのプレーンレイヤーが分離されているため、L1上の信号の予測不可能なリターンパスを補償するために、より多くのデキャップとグラウンドリターンビアが必要になります。この理由から、これらのボードは、正確なリターンパスの予測と追跡を必要としない電力またはDCシステムでのみ使用すべきでしょう。 信号/GND/PWR/GND/信号/GND この6層PCBスタックアップの例は、高速信号に多くのデカップリングを提供する必要があるが、信号用に3層分の密度が必要でない基板にとって良い非対称スタックアップです。一つの例は、高速（L1）と低速（L5）の信号の混在で、これらは互いに隔離され、密接に配置されたPWR+GNDプレーンペアが 高速電力整合性をサポートするための高いデカップリングを提供します。内部信号層は、2つのグラウンドプレーンの間に封入されるため、表面信号層から遮蔽されます。また、固体導体が効果的な遮蔽を提供するため、内部信号層がEMIの干渉を受けるのを抑制するのにも役立ちます。電源とグラウンドプレーンは、高速デジタルデバイスのための効果的なデカップリングを提供するために、おそらく密接に配置されるでしょう。 このスタックアップの主な問題点は、下層のグラウンドを切り取って部品を配置するスペースを作らない限り、上層にのみ簡単に部品を配置できることです。つまり、基本的には片面基板を構築していることになります。これは製造にとって高価な提案であり、内部信号層へのビアを配置するために多くのドリリングが必要になります。これは、4層または8層のPCBスタックアップの利点を強調しています。8層スタックアップでは、内部層に隣接する電源/グラウンドの同様の配置を作成しながら、内部ルーティングや下層の部品/ルーティングも収容できます。 信号/グラウンド/電源/信号/グラウンド/信号 記事を読む
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