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PCBコアとプリプレグ材料：設計者が知っておくべきこと プリプレグ材料とPCBコアの違い：設計者が知っておくべきこと 1 min Thought Leadership PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 PCBの材料選択や製造プロセスについてもっと知りたいというデザイナーからの質問を時々受けます。私は製造業者ではありませんが、新しいプロジェクトに取り組む際に利用可能な材料について何かを理解することは、デザイナーにとって有益です。PCBのコアとプリプレグ材料の正確な違いについて質問を受けることがあります。これらの用語は、時には初心者のデザイナーを含めて、交換可能に使用されることがあります。私もこれに該当することを認めます。 プリプレグとコアの違いが明確になったら、どのような材料を使用すべきか、重要な電気パラメータはメッキ、エッチング、硬化中にどのように変化するのか？GHz周波数で作業する必要があるデザイナーが増えるにつれて、これらの材料上でトレースを適切にサイジングし、複雑な信号整合性の問題を避けるために、これらの点は非常に重要になります。 PCBデザインにおけるコアとプリプレグの違いは何ですか？ PCBのコアと積層材は似ているようで、いくつかの点で大きく異なります。コアは実質的に1枚以上のプリプレグ積層材であり、これらは圧縮され、硬化され、熱で硬化された後、両面に銅箔でメッキされます。プリプレグ材料は樹脂で含浸されており、この樹脂は硬化されますが、未硬化の状態で残されます。ほとんどのメーカーは、プリプレグをコア材料を一緒に保持する接着剤として説明しています。プリプレグ積層材の各側に2つのコアが積み重ねられ、その積層体を熱にさらすと、樹脂が隣接する層に結合し始めます。硬化した樹脂は徐々にクロスリンキングを通じて硬化し、その結果としての材料特性はコア層のそれに近づき始めます。 樹脂材料はガラス繊維を包み込み、このガラス繊維の製造プロセスは糸を製造するのに使用されるプロセスと非常に似ています。ガラス繊維は非常に密集している場合（例：7628プリプレグ）もあれば、緩い場合（例：1080プリプレグ）もあり、これは製造中に織機で制御されます。糸の隙間と全体的な均一性は電磁特性を決定し、これが信号がボード内で見る分散、損失、および任意のファイバーウィーブ効果の原因となります。 FR4 PCBコア/プリプレグ織物とその重要な材料特性。出典：Isola Group。 PCBコアとプリプレグ材料は、レジンの含有量、レジンの種類、ガラス織物によって、異なる誘電率を持つことがあります。これは、トラック上の信号によって見られる実効誘電率が周囲の材料の誘電率に依存するため、非常に正確なインピーダンスマッチングが必要なボードを設計する際に問題となることがあります。すべてのプリプレグとコア材料が互換性があるわけではなく、誘電率が大きく異なるコア/プリプレグのスタックは、相互接続における正確な誘電率と損失を予測することを難しくします（下記参照）。 任意のPCBコアまたはプリプレグ材料において、高電圧での 漏れ電流とクリープ電流は懸念されます。銅の電気移動とその後の導電性フィラメントの成長は、FR4材料のクリープ仕様の一因です。この問題、およびガラス転移温度と分解温度を上げる願望は、FR4コアとラミネートで非ジシアンジアミド（非DICY）レジンへの切り替えを促しました。フェノール樹脂は、DICYレジンと比較して、完全硬化後の高い分解温度とガラス転移温度を提供すると同時に、より高い絶縁抵抗を提供します。 異なるコアとプリプレグ材料の実効誘電率 コアとプリプレグ材料の明らかな構造的変化により、信号整合性の観点から誘電率と損失角の正確な値を得ることが重要です。信号の立ち上がり時間が短い場合、マーケティングデータシートから値を取ることができるかもしれません。しかし、膝周波数やアナログ信号がGHz範囲に達すると、データシートから引用された値に注意が必要になります。特に、 インピーダンス制御ルーティングを使用して相互接続の挙動をモデリングする場合はそうです。 データシートの値の問題は、実際に測定される誘電率はテスト方法、ルーティングの形状、特定の周波数（特にGHz範囲）、樹脂含有量、さらには材料の厚さに依存するためです。ジョン・クーンロッドは、 最近のポッドキャストでこの問題について広範囲にわたって議論しています。異なるPCBコア/プリプレグ材料の織りパターンは、それらを非常に不均一で異方性のあるものにしており、重要な材料特性が空間内および異なる方向に沿って変化することを意味します。これが、スキューやファイバー空洞共振などの ファイバーウィーブ効果が存在する理由です。 あなたは思うかもしれませんが、なぜラミネートの厚さが材料特性を特徴づける際に重要なのでしょうか？その理由は、信号の挙動を特徴づける重要なパラメーターが有効誘電率（これは複素数の量です！）であり、これは使用するトレースの寸法と層の厚さに依存するからです。 マイクロストリップおよび 対称ストリップライン伝送線に関するこれらの記事をご覧ください。 記事を読む
現代のPCB製造データ形式を持つ重要性 現代のPCB製造データ形式を持つことの重要性 1 min Blog 最近、Altiumのブログでニューハンプシャーにある最新のeSmart Factoryについて投稿しました。最先端の機械とプロセスを使用して、非常に細かいジオメトリを持つほぼ完璧な複雑な多層基板とHDI基板を数日で製造でき、人の手を借りたり触れたりすることなく、環境に害を与えるものを一切排出しない—ゼロ排出物です。 スマートファクトリーのためのデジタル化 この技術は、今後数年間にわたってプリント回路が製造される方法を形作るでしょう。‘オールデジタルスマートファクトリー’であることの利点は、同時に潜在的な弱点でもあります。特定のレシピの設計図を読んだり、機械を調整したりする作業員がいません！これは「オールデジタルスマートファクトリー」であり、すべてに デジタルレシピが必要です。ここで、IPC-2581デジタルデザイン通信プログラムが登場します。図1に示すように、IPC-2581プログラム委員会は、設計ツールがデジタルXMLファイルを出力し、「未来の工場」またはスマートファクトリーを駆動できるデジタルスレッドを作成しています。 図1: スマートファクトリーのための設計特性のデジタル化。（出典: 2017 IPC APEXプレゼンテーション） 人気のあるインテリジェントPCBデザイン出力フォーマット エレクトロニクス製造におけるスマート工場のデジタル化を実現するために、製造データのエクスポートを統合および標準化し、ファイルパッケージのサイズを削減するためのいくつかの取り組みが既に行われています。PCBデザイナーにとって最も 人気のある出力フォーマットは、次の2つです： Gerber X2 ODB++ Gerber X2はRS-274-Xに対するわずかな改善に過ぎませんが、ODB++は真にインテリジェントなデータフォーマットにかなり近いものです。それでも、約70-80%の PCB出力ファイルパッケージはRS-274-Xフォーマットであり、PCBを構築および組み立てるために必要な情報を完全に伝達するためには追加のファイルが必要です。 2020年には、UcamcoによってGerber 記事を読む
PCB制作者はAltium Designer以上を探す必要はありません PCB制作者はAltium Designer以上を探す必要はありません 1 min Blog PCB設計ソフトウェアに関して言えば、最高のソフトウェアパッケージは部分的に販売されることはありません。PCB設計業界が求める最新かつ最高のツールを含む統合ソフトウェアソリューションが必要です。PCB設計が初めてであろうと、何十年ものビジネスに携わっているとしても、Altium Designerはあらゆる用途の高品質なPCBを生産するためのツールを提供します。 ALTIUM DESIGNER 設計プロセス全体に必要なツールを含む統合PCB設計ソフトウェアパッケージ シンプルな回路基板を作成できるプログラムはたくさんあります。しかし、最高のPCBを構築したい場合、最高のツールが必要です。今では、Altium Designerで統一されたPCB設計環境で作業できます。機能が分離されたプログラム間で設計を移動させる日々は過ぎ去りました。 Altium Designerを使用すると、必要な重要な機能をすべて含む単一のインターフェース内で操作できます。業界標準の設計、シミュレーション、CAD/CAM、およびドキュメント機能は、Altium Designerの64ビットマルチスレッディングアーキテクチャによって提供されます。完成した製品を生産し始めるために必要なすべてが単一のソフトウェアパッケージ内に存在します。 強力なインターフェースを活用して回路基板を作成する 新しいソフトウェアパッケージに慣れるまでには時間がかかることがあります。設計ツールが複数のプログラムに分かれている場合、状況はさらに悪化します。設計ツールが単一のソフトウェアパッケージに統合されている場合、ソフトウェアの細かな点を学ぶのに必要な時間は短縮されます。回路は、設計エンジニアが自由と創造性を持って作業できるよう促すPCBソフトウェアを要求します。 PCBクリエーターは、回路図のキャプチャからレイアウトへの移行を容易にし、PCBメーカー用の出力ファイルを慎重に管理できるソフトウェアを求めます。すべてを一つのプログラムで一貫したファイル形式で保持することで、複数のプログラム間での変換によるエラーを排除します。真の回路基板クリエーターがこれまでになく簡単になりました。 統合された設計インターフェースでPCBをレイアウト 強力なルーティングツールで、設計が目の前でまとまっていくのを見守りましょう。ルーティング機能を広範なコンポーネントライブラリとCAD/CAMツールと組み合わせることで、回路図からレイアウトへの移行に必要なものがすべて揃います。直感的な設計インターフェースが、簡単に始めることを可能にし、成功を手の届くところに置きます。 Altium Designerの設計インターフェースを使えば、回路図の設計とコンポーネントのレイアウトを始めるのが簡単です。 Altium Designerの統合設計インターフェースについてもっと学びましょう。 Altium 記事を読む
はんだマスクとPCB設計のためのはんだプロセス 優れたソフトウェアでブルーのPCBやその他の色の回路基板を設計する 1 min Blog 青いPCBであろうと他の色であろうと、仕事を成し遂げるために必要なPCB設計ツールの選択肢はAltium Designerです。 ALTIUM DESIGNER はんだマスクのニーズに対応するために、Altium Designerを頼りにしてください 回路基板の色は、製造時に使用されるはんだマスクの色によって決まります。選択できる色はたくさんあります。従来の緑、赤、さらに青も使用可能な色の一部です。一部の人にとって、回路基板の色には特定の意味があるかもしれません。赤はプロトタイプボードを示すことがあり、他の人はLCDに対して取り付けるために青いボードを好むかもしれません。青いPCBの別の目的は、シルクスクリーンのラベリングにより大きなコントラストを提供することです。 はんだマスクの色が何であれ、はんだマスクレイヤーを最も制御できる多機能なPCB設計CADシステムが必要になります。異なる製造業者や製造方法に合わせてはんだマスクを調整できる必要があります。手動でのはんだマスク編集機能やバッチ編集機能も必要です。回路基板を組み立てプロセスを成功させるためには、設計を制御できるPCB設計ツールが必要です。Altium Designerが必要です。 青いPCBやその他の色のはんだマスクについての詳細 はんだマスクは、それが覆うプリント基板の領域にはんだが適用されるのを防ぎます。また、酸化を引き起こす可能性のある露出から金属を保護し、短絡すべきでない金属間にはんだが小さな橋を形成するのを防ぎます。使用できるはんだマスクの色だけでなく、マスク材料の種類も異なります。 異なるはんだマスクの色は、組み立てプロセスを通じて、回路基板が設計されている業界の要件を満たすことを目的とした異なるはんだマスク材料を意味します。また、基板のはんだ付け方法にも違いがあり、はんだマスクの設計に影響を与える可能性があります。たとえば、波はんだはリフローはんだと比べて異なるサイズのパッド形状を必要とする場合があります。 PCB設計のためのはんだマスクとはんだプロセス 統合回路であれ、単純なPCB製造であれ、トレース、銅、部品やコンポーネントについての知識、そしてデータを送信した製造所についての知識が必要になります。はんだマスク材料とその用途についてより詳しく知ることで、より良いプリント回路基板を設計するのに役立ちます。 ここでは、異なるはんだマスク材料と用途に関する情報を提供し、設計に最も適したはんだマスクを選択するのに役立ちます。 PCBに適切なはんだマスクを選択する方法についてもっと学ぶ。 波はんだは、プリント回路基板製造のための標準的な実践です。ここでは、そのプロセスに関するさらなる情報があります。 PCB設計に波はんだが最適な選択肢である場合についてもっと学ぶ。 ウェーブはんだ付けよりも良い選択肢がある場合もあります。ウェーブはんだ付けをいつ行うべきか、または行わないべきかについての考慮事項はこちらです。 ウェーブはんだ付けの利点と欠点についてもっと学ぶ。 記事を読む
インピーダンスに影響を与える伝送線路の特性 - 隠された特徴 インピーダンスに影響を与える伝送線路の特性 - 隠された特徴 1 min Blog こちらと他のいくつかの記事では、 Altiumリソースセクションで、伝送線路インピーダンスについて様々な観点から取り上げています。私は以前、 シミュレーション技術とインピーダンスの進化という記事で伝送線路インピーダンスについて取り上げましたが、インピーダンスに関して提供できる情報は尽きたかのように思われるかもしれません。しかし、実際には、いくつかの特徴は触れられただけでした。この記事では、それらの特徴とその効果、および伝送線路インピーダンスを制御するために使用される基本方程式について詳しく説明します。 インピーダンスまたは不一致の原因 以前の記事で議論されたように、表面層上の伝送線路のインピーダンスを決定する4つの主要な変数には以下が含まれます： それが通過する平面上のトレースの高さ。 トレースの幅。 トレースの厚さ。 トレースを支えるために使用される絶縁材料。 上記の4つの変数が分かれば、PCB内のどの特徴がインピーダンスに関連する影響を持つかを判断することができます。これらの特徴には以下が含まれます： 同一層内でのトレース幅の変化。これは一般にトレースネッキングと呼ばれます。 トレースネッキングは、トレースがSMD（表面実装デバイス）やトレースの幅よりも小さい直径のスルーホールなど、狭いパッドに近づくとトレース幅が減少することを指します。 トレース厚さの変化。 平面上の高さの変化。 伝送線路に沿ったスタブ。 伝送線路に沿った負荷。 コネクタの遷移。 不適切な終端。 終端のない状態。 大きな電力平面の不連続。 記事を読む
製造能力係数の計算 製造能力係数の計算 1 min Blog 長年にわたり、「どうやって基板の製造が可能なファブリケーターかを知ることができますか？」とよく聞かれます。まず、IPC PCQR2レポートを要求するようにと答えます。それが利用できない場合、またはそのプロセスを経る時間やお金がない場合は、製造能力係数を計算することが「次善の策」となります。 製造収率 製造能力係数（FCC）は、ファブリケーターの電気テストデータ、 初回合格率（FPY）から計算されます。これは、修理や再作業を行う前の生産収率です。PCBの収率データは通常、正規分布していません。それはガンマ分布です。これは常識です。なぜなら、通常収率が高い基板でも、生産の失敗がある場合があり、その結果の平均値と標準偏差は低い収率データを反映するからです。しかし、「 + 」の面では、収率が100％を超えることはありません。したがって、通常の平均値と標準偏差は、製造能力係数の計算において無視するいくつかの誤差を導入します。ガンマ分布の平均を計算して挿入する能力がある場合は、ぜひそれを行ってください。 製造能力 これらの要因を単一の指標である複雑性指数（CI）に集約する簡単なアルゴリズムが利用可能です。これは、私の前のブログ（10月）の方程式1で与えられています。[1] 初回合格率の計算 初回合格率の方程式は、ワイブル確率故障方程式から導出されます。 [2]この方程式は、欠陥密度によるASICの予測に通常使用される方程式のより一般的な形式であり、私の前のブログ（10月）の方程式2として提供されています。 収率計算ステップ 製造能力係数を計算するには、以下の6つのステップがあります： 1. 現在稼働中の様々なサイズと層を持つ10から15のボードの設計属性を収集します。（表1） 2. これらの選択されたボードの初回合格率情報を、少なくとも10回分収集します。（表2） 3. ボードの複雑性指数と平均収率を計算します。 記事を読む
Gerberファイルで見つけることができる、よくあるPCB設計の3つの間違い Gerberファイルで見つけることができる、よくあるPCB設計のミス3選 1 min Thought Leadership 一般的なPCB設計のミスを見つけることで、製造までのプロセスを早めることができます 私は大学院に入るまで優秀な学生ではありませんでした。その時点で、私は人生の他のどの分野よりも宿題に力を入れ始めました。確かに、私の社交生活はなくなりましたが、すぐに模範的な学生になり、振り返ることはありませんでした。 学校にいる間に宿題をする必要があるように、新しい設計を製造業者に送る前に宿題をするべきです。新しい設計ではいくつかの一般的なエラーが発生する可能性がありますが、製造に出す前にレイアウトとガーバーファイルを入念にチェックすることで、これらの問題を避けることができます。これらの点をチェックすることで、製造業者からの入札拒否の反応を避け、組み立て後の歩留まりを向上させることができます。 製造前の一般的なPCB設計ミス 請求書に値する製造業者は、製造と組み立ての実行を開始する前にいくつかの重要な点をチェックする時間を取ります： コンポーネントの入手可能性、コスト、および 廃止 回路図、レイアウト、ガーバーファイル、部品表、およびエクセロンファイル間の一致 製造プロセスへの適合 最初のポイントは、 サプライチェーンを調査して、予算内で部品を調達できることを確認することを要求します。廃止予定の部品をチェックすることで、製品が最も長く関連性を持つ寿命を持つことを保証します。この宿題を自分で行い、回路図とレイアウトを作成する前に行うことで、再設計のリスクを減らし、全体の生産時間を短縮します。 二番目のポイントは、設計文書間の直接比較に関わります。Gerberファイルとドリルファイルの両方にすべてのドリル穴が表示されていることを確認したいです。また、回路図/レイアウトのすべての部品が部品表に表示されていることも確認するべきです。一部のCADプログラムは、ボードの各レイヤーごとに個別のファイルを作成しますが、設計者はボードの製造に必要なすべてのファイルが準備され、正確であることを確認する責任があります。 第三のポイントは、実際には第二のポイントに関連しています。 ガーバーファイルとエクセロンファイルをメーカーが検査するのは、設計が彼らのプロセスでフルスケールで生産できるかを確認するためです。レイアウトやガーバーファイルで素晴らしく見える機能も、完成品では想像した通りに（そもそも見えない場合もあります）現れないかもしれません。設計者として、メーカーやメーカーの代表者に彼らの能力と要件について相談するべきです。 ガーバーファイルとレイアウトを慎重に検査することで見つけることができる一般的なPCB設計のミスはこちらです。 重なっているまたは配置が間違っているドリルヒット スロットを作成しようとして2つのドリル穴を重ねるのは災害のもとです。ドリル中にビットが折れる可能性が非常に高いです。代わりに、エクセロンドリルテーブルのコードを使用して、この特定の機能をスロットとして定義できます。同様に、ビア用の誤ったドリルスポットが表面または内層のトレースやパッドに当たると、銅の特徴を破壊します。 これらの両方の間違いは、DFMチェック中にPCBレイアウトのすべてのレイヤーをオンにすることで見つけることができます。比較的シンプルな設計の場合、製造業者は機能に影響を与えることがないため、ビアを簡単に移動させることができます。より複雑な設計では、製造業者は（またはそうあるべきですが）多くの複雑な変更が必要になる可能性があるため、ドリルホールやビアを移動させることをためらうでしょう。設計は変更のためにあなたに戻され、ボードが生産に送られる前に。 このPCBレイアウトでリターン電流の経路をどのように決定しますか？ パッド周りのはんだマスククリアランス 記事を読む