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PCB回路製品: 修理できるように設計するべきか？ PCB回路製品: 修理できるように設計するべきか？ 1 min Thought Leadership 自分の手掛けたものを誰かに修理してもらわなければならないとき、私は技術者としての落ち度を感じてしまいます。それが電子機器であれ、たまにしか担当しない木工品であれ、まずは自分で何とかしてみるまでは助けを求めたくありません。ただし、配管となると話は別です。その場合は すぐさま 助けを呼ぶことになります。 自分が手掛けた製品は自分で修理したい―そんな衝動が働きますが、問題なのは多くの企業がそれを求めていないことです。ケースを空けるために専用のドライバーが必要になったために、ラベルを破いて正式に保証を無効にしたことは数え切れないほどです。しかも、バッテリー交換のためだけにです。ここで専門的なアドバイスを1つお届けしましょう。どうしてもバッテリーを交換したいのに、細長いネジ穴に対してドライバーが小さすぎるとします。この場合は、プラスドライバーと輪ゴムでどうにか対処できることがあります。まず、輪ゴムを細長いネジ穴の上に置きます。不安定な細長いネジ穴にドライバーがしっかりと、はまるまで押し込み、ネジを外します。 とはいえ、開けたケースが混乱と後悔の詰まったパンドラの箱に化けてしまったこともあります。LCDモニターは、VCRの焼け焦げたコンデンサーを交換するのとは大違いなのです。 自分が手掛けた機器の修理に対してどんな考えを持っていても、製品の設計を開始する前には、消費者による修理について必ず考慮すべきでしょう。消費者が自分で製品を修理できるようにするのか？消費者が自由に修理業者を選べるようにするのか？それとも、企業が提供するサービスや特別に訓練された技術者だけを利用できるようにするのか？では、いろいろな選択肢を比較しながら、関連する法的要件についても見ていきましょう。 社内での対応 多くの製造業者は、消費者が自分で製品を修理できないようにしたいと考えています。悩ましいところですが、多くの場合にこれにはもっともな理由があります。高電圧、傷つきやすい部品、特許で保護されたコンポーネントは、適切な予防措置がない状態で消費者に機器の分解を許可していない、という明確な理由です。 社内ですべての修理を行う場合は、送られてきた修理品や現地での修理に対応する十分に訓練されたスタッフが必要です。一方で、製品が「消耗品」であれば、修理するよりも新しいものに取り換えたほうが安くつく場合もあるでしょう。この場合は故障率を把握して、保証期間中に問題が発生したすべての製品を交換する体制を整備しなければなりません。 指定した技術者に修理を委託することもできるでしょう。 修理の選択肢を提供する 消費者が製品を修理できるものにしたほうが容易な場合もあります。コンポーネントの複雑さによっては、交換部品の販売が新しい収益源になることもあります。私が勤めていた会社では、元のハードウェアの交換と同じくらい独自のバッテリーの交換に対応していました。これは、プリンター用の新しいインクの購入に似ています。 いずれにしても説明書は作成する必要があるため、特別に訓練された修理業者を説明書に記載して提供することもできます。ここでは、適切なガイダンスと免責事項も含めておきます。たとえば、エンジン、回転翼、高電圧など、製品の中には安全に扱わないと危険なものがあるからです。警告ラベルが必要なコンポーネントが製品に含まれる場合は、修理ガイドに説明を明記しておきます。 オープンな修理については、諸経費を大幅に節約し、長期的にサービスを提供することができます。これは技術者にとってもありがたい話です。 法的要件 どの方法を採用するかにかかわらず、法的な要件についても考慮する必要があります。「消費者が合法的に所有している製品を自分で修理することは許可されるべき」という指針に基づいて、米国の複数の州で 「修理支持」の法律 の制定が進められてます。また、海外では修理に対応できないという議論もあります。これは特に、農業や自動車の業界にずっと依存してきた地域経済にとっての強力な動機でしょう。 一部の大手企業は、この法案に積極的に反対しています。多くの場合、これは特許を取得できる設計に関して懸念があるからです。また、顧客にメンテナンスサービスを提供するための独占請負契約からの収益を守りたいと考えている企業も数多く存在します。 中小企業では、請負契約や売上の競争が激しくなるでしょう。この法案の支持者は、独占的なサービスでなく顧客サービスによって成り立つ市場を期待しています。修理する権利を持つ消費者は修理したハードウェアを売買しやすくなるものの、それによって企業の全体的な売上が減少する可能性があります。 記事を読む
最も完璧なドキュメントパッケージをPCBの製造部門に送る方法 最も完璧なドキュメントパッケージをPCBの製造部門に送る方法 1 min Blog 開発ステージの完了は常に喜ばしいことです。ちょうど今、PCBプロジェクトの最後のハードルを乗り越えたところだと考えましょう。それは新しいコンポーネントの数量確保、環境テストの最終化、またはEMC（電磁両立性）技術者からの承認かもしれません。これで基板は「リリース済み」状態になり、全ての承認が署名され、あとは製造に渡すだけです。設計仕様を作業可能なファイルに変換し、翻訳して、PCB製造業者に渡す手順は単純明快であるべきですが、実際には、そうではありません。 ドキュメントの一部が欠けていただけでも、設計者の仕様と、ドキュメントに記載されているものとを結びつけるラインは簡単に不明瞭となり、製造プロセスは簡単に停止してしまいます。「悪魔は細部に宿る」という諺は、PCBの製造や実装のドキュメントについて、まさに的確に当てはまります。複数の利害関係者が関与するプロジェクトの期間に起きたことを伝達する真実の単一の情報源として、より多くより詳細に記載するほど良い結果が得られます。設計後のプロセスを行うため使用できる全てのツールと、必要な製造ファイルの出力を使用することで、製造業者が当て推量を行い、見解の相違のため高い見積もりを要求することや、製造プロセスが遅延することや、さらに悪い結果として仕様を満たさないPCBを構築してしまうことを避ける必要があります。設計の意図をデジタルの世界から物理的な製品に変換するには、製造業者の観点から見て、完全なドキュメントパッケージはどのようなものかということを、的確に理解する必要があります。 製造ファイルの基礎 製造業者の観点から見ると、設計ファイルで参照されるドキュメントが1つでも欠けていれば、それは大きなエラーです。不完全な製造ドキュメントはほとんどの場合、問題の明確化と軽減に浪費される時間から、プロジェクトの遅延を招きます。そこで、ここに示すような 出力ファイルの分類 をまず覚えてください。 製造ドキュメントのパッケージが完全なだけでなく、PCB業界で一般的に受け入れられているフォーマットでパッケージを製造業者に送る必要があることにも留意してください。 PCB設計について最も一般的に受け入れられているファイル形式は、ガーバー（標準のRS-274-Dまたは拡張のRS-274X）、ODB++、およびExcellonです。さいわい、ほとんどのCADシステムは、これらのフォーマットのいずれかで設計データを生成またはエクスポートできます。そして、実際に製造業者へデータを送る前に、どのような製造ファイルを、どのフォーマットで必要としているのかを、製造業者との間で正確に確認しておくべきです。しかし、例外はありますが、自社内のCADフォーマットで設計を製造業者に送ることは常に避けるべきです。この単一のファイルフォーマットは多くの場合、製造業者では読み取り不能で、基板の製造に使用できません。 含めるべきもの それでは、最低限何を含めればいいでしょうか? これは製造業者によって異なりますが、製造業者が顧客と十分に情報を共有していることを確認するため、多くの場合に最低限必要とされるドキュメントは次のものです。 次のデータを含むPCBデータ ガーバーデータ ドリルデータ ネットリストデータ 次のデータを含むPCB製造指示 長穴および穴サイズ 基板の外形 完成した銅箔の重量 完成したPCBの厚さ 記事を読む
デザインリリースの管理と意図の伝達 デザインリリースの管理と意図の伝達 1 min Blog かつてないほど、現代の技術は、スマートフォンからソーシャルメディア、衛星通信さらにはその先まで、地球規模の通信ネットワークを容易にしています。私たちは常々、私たちを分断し意思疎通を制限する障壁を取り除くことを求められています。残念ながら多くの企業が、設計エンジニアリングにおいて、彼らの意図とデザインリリース管理の目的をはっきりと伝達することに現在もなお苦労しています。適切な管理システムを備えていない場合、設計ライフサイクルにおいて全ての利害関係者がそれぞれの役割を確実に果たすことは困難であり、製品リリースを遅らせる無数の失敗につながる恐れがあります。 デザインリリースプロセスが管理されていない場合の問題点 ご存知のように、製品の設計とリリースは分野横断的な命令系統に関わっています。デザインリリースの前に、ECAD側は、設計の増分的な変化を取り込むために何度も調整作業を行います。この段階では、ECADデータは常に変化しています。そのため、関係者への情報伝達の流れが滞る恐れがあります。これらの変化を効率的に情報伝達できない場合、デザインリリースプロセスに重大な結果をもたらすことがあります。その具体例を以下に示します。 ECADバージョンとリリースデータが適切に管理されていない 間違ったバージョンの設計を製造部門に送ってしまうリスクが高い 陳腐化した部品を使用してしまうリスクが高い 設計リリースの準備ができてから実際にリリースされるまでに時間の無駄が発生する 手書きの承認署名を得るのに時間がかかる 標準化された設計プロセスの実施が困難である データ管理システムが自動化されていないと予定される製品リリースに多くの脅威を及ぼす恐れがある一方、適切なECADリリース管理システムを使うと、これらのリスクを早期に検出できます。 ECADリリース管理におけるギャップの解消 プロジェクト管理チーム内の透明性を高めるため、一部の企業は製品ライフサイクル管理（PLM）システムを構築する方向に向かっています。これにより人手によるプロセスの限界を打ち破り、設計ファイルの高度な制御が可能になります（しかし、PLMが最も有利な方法であるということではありません）。この投資による成果は、多くの場合以下のような形で現れます。 エンジニアの時間の無駄が少なくなった 製品のコストを削減できた 製品の品質が向上した 開発サイクルを短縮できた リリース管理プロセスの掌握 多くのエレクトロニクス企業がさまざまな方法を使ってこれらの課題に立ち向かおうとしていますが、その目的は同じ、つまりリリース管理プロセスを完全に同期させることです。どの設計段階にあっても、統合ECAD管理システムの導入を検討するのに遅すぎることはありません。統合ECAD管理システムの導入は、設計者、企業、全ての利害関係者に、製品が品質要件を満たすことが確認できるという安心感を提供します。 無償のホワイトペーパーを今すぐダウンロードしてください。このホワイトペーパーでは、Altium Vaultが 記事を読む
設計要件に対して最適なIoTプロトコルの選択 設計要件に対して最適なIoTプロトコルの選択 1 min Thought Leadership IoT製品設計は、新しいノートパソコンの購入と似ている部分があります。速度、コスト、機能、相互運用性など多くの要素を検討する必要があります。最終的には、これらの要素のうち1つまたは2つを特に重視し、他の要素を可能な限り最適化することになります。私の場合、何年にもわたってLinuxコンピューターだけを使用してきましたが、Microsoftファイルの共有が必要になったとき、相互運用性の制約は厳しいものでした。最終的に私は妥協し、コンピューターをWindowsとのデュアルブートに設定しました。 オープンソースでも独自のものでも、ほとんどのシステムにおいて相互運用性は重要です IoT製品の相互運用性についての質問は、使用する通信プロトコルに依存します。これは、ほとんどの製品は別のプロトコルを使用してシステムと通信できないためです。選択するプロトコルは、ハードウェアにも影響を及ぼします。例えば、伝送距離によってシステムで利用可能な IoTモジュール、電力要件、 ネットワーク構成が決まります。 プロトコルの選択方針 選択可能なプロトコルは膨大な数にのぼります。新しいバージョンが 毎年誕生し、グループは既存の オプションの統合を試みています。自分の製品に最適なプロトコルは、どのように決定すればいいのでしょうか? 国際的な標準を策定しようとすることは、それ自体が混乱を、絵文字についてさえも引き起こします。 検討の必要があるすべてのオプションにストレスを与える前に、いくつかの助言を行いたいと思います。これは正直なところ、私自身が最初のIoT設計を行う前に 読んでいればよかったと思うものです。「結局のところ、 それを使わないこと自体が間違いであると言えるほど浸透している、または重要である標準は存在しません」（テキストの強調は私が加えたものです）。 1. 優先度の特定 IoT Centralが開発者の動向について行った 2017年の調査によれば、IoTについて最も重要な懸念はセキュリティと相互運用性です。セキュリティは、 物理的なPCBから ユーザーデータの保存まで、製品設計のあらゆるレベルで対処が必要です。相互運用性はもう少しだけ簡単です。適切なプロトコルを選択することで、自分の製品が属するIoTエコシステムを最大化することが可能です。 記事を読む
低消費電力広域ネットワークによりIoTシステムで何が可能になるか 低消費電力広域ネットワークによりIoTシステムで何が可能になるか 1 min Thought Leadership 土木エンジニアが好きで、電気エンジニアが嫌いなものは何でしょうか? 答はコンクリートです。私たちの物理的な世界の基盤であるコンクリートは、多くの場合に私たちのデジタル世界の基盤である電気信号の混乱の原因となります。立体駐車場、ショッピングモール、地下構造物はすべて、信号適用範囲の低下という問題を抱えています。いずれかの種類の窓やリピーターを使用しなければ、これらの部分で良好な適用範囲が得られることは稀です。モノのインターネット（IoT）がこのような場所への展開を目指すときも、これらの点が問題になります。このような場合に役に立つのが低消費電力広域ネットワーク（LPWAN）です。LPWANを使用すると、IoTデバイスの適用範囲と電力の問題を解決できます。さらに、低消費電力の分散サービスのオプションが可能となり、IoTに革新的な変化をもたらす可能性もあります。 LPWANとは何か LPWANの概要は、その名前が示すとおりです。LPWANは低消費電力のデバイスを対象として、広い範囲を適用するためのネットワークです。明確にしておくと、LPWANは基準ではなく、単なる記述です。現在、または過去において、 LPWANを提供するさまざまな企業が各種の 異なるテクノロジーを使用してきました。これらのシステムに共通の必要条件は、「広い範囲」（ 通常は2km以上）をカバーし、低消費電力のデバイスに対応することです。市場への普及を目指すには、低価格であるという条件も加わります。 大きな複合施設やビルディングの施設監視など分散した配置を可能にするため、広い範囲をカバーする必要があります。LPWANシステムは本質的に集中化していないため、多くのセンサーやデバイスを購入する必要があります。これらのコストが加算されることから、LPWANが成功するには、製品が安価な必要があります。LPWANのほとんどのセンサーやデバイスは、バッテリーで何年も動作する必要があります（標準は10年のようです）。つまり、センサーが低消費電力で、LPWANも低消費電力のネットワークソリューションを使用する必要があります。低消費電力ネットワークの唯一の欠点は、データ転送速度が低下することです。その結果、ほとんどのLPWANは処理能力の低いアプリケーションに適してます。 LPWAN市場は驚異的な速度で成長しつつあり、 2025年には40億台のデバイスが接続されると予測されています。この成長機運から激しい競争が引き起こされ、電気通信業界まで波及しています。 LPWANではないもの セルネットワークは現在のところ、LPWANとはみなされていません。しかし、セル事業者が この市場へ参入を試みることにより、情勢は変化する可能性があります。テレコムには既に巨大なインフラストラクチャが存在し、それによってネットワークを簡単に稼動できます。セルのもう1つの利点は、企業のビジネスモデルの関係で、LPWANシステムを安価に販売できることです。これらの企業はハードウェアではなく契約で利益を上げます。このモデルは、これらの企業が可能な限り多くのシステムを低価格で販売するための動機付けとなります。既に述べたように、LPWANは低価格であることが重要です。これらの事業者が抱える唯一の問題は低消費電力の要件です。現在の携帯電話アンテナは消費電力が多すぎるため、多くのLPWANアプリケーションにおいて有用ではありません。しかし、テレコムが 低消費電力のソリューションの開発に投資を行っているため、この状況も変化しつつあります。 この状況は、ライセンス不要の周波数帯を運用しているLPWAN企業にとって、どのような影響を及ぼすでしょうか?まず、これらの企業は間もなく、ライセンスされている帯域で莫大な資金を持つ通信事業者と競合することになるでしょう。 5Gはセルプロバイダーの次のLPWANソリューションになると予測されます。 現在のLPWAN IoTアプリケーション それでは、LPWANはIoTとどのような関わりがあるのでしょうか? 個別のIoTデバイスは既に 記事を読む
EMIシールドとしての缶の使用について EMIシールドとしての缶の使用について 1 min Blog シールドしているコンポーネントから十分なクリアランスを確保してください。 PCB設計の正常な機能のためには、電磁干渉を防ぐことが重要です。良い設計実践に加えて、シールド缶も敏感なコンポーネントを隔離するために使用できます。 「オペレーション」というゲームをしたことがありますか？奇妙な見た目の体から小さなピースを、スロットの端に触れずに取り出さなければならないゲームです。端に触れると、恐ろしいブザーが鳴り、失敗がみんなに知らされました。 それ以来、私が務めたすべてのエンジニアリングおよびITの仕事で、私は「PCBオペレーション」（電気エンジニアのためのオペレーション）の指定「外科医」でした。しかし、このゲームにはブザーはありません。モジュール、基板、または狭いケーシングから間違って取り除かれた場合、コンポーネントが故障するだけです。 プロトタイプ製品の一つで、落下した部品を回収できる能力が特に重要でした。特にESD（静電気放電）に敏感な部品に偶然触れた際、現場での設置作業中に約3分の1の基板を失っていました。小さな指なら、プリント基板を端だけ持ってケーシングに滑り込ませることができますが、通常サイズの手では無理で、常に部品にぶつかってしまいました。次のバージョンではEMI（電磁干渉）を減らす作業を行っており、これらの部品の上にカンを設置しました。これは偶然にも基板を不注意な指から守ることにもなりました。 ESDシールドはPCBのEMIシールドとは異なるため、基板に保護シールドを追加した際に一石二鳥を得られたのは非常に幸運でした。プリント基板を保護するには、基板レベルのシールドと 認証テストを計画する際に、カン電子シールドがどのように機能するかを理解することが重要です。 カンとは何か？ EMIカンシールドやその他のEMIシールドは、部品を探す場所によってカン、ケージ、カバー、または蓋と呼ばれることもあります。これらは基本的に金属製の箱で、プリント回路基板に取り付けられ、表面の回路の一部を囲むように設計されています。 RFキャンシールドは、基板レベルのシールドを提供するための金属製の筐体です。 使用する金属は、アプリケーションと支払う価格によって異なります。製品に適した材料を確実に入手できるよう、メーカーに直接相談することをお勧めします。通常の選択肢は次のとおりです： 鋼：スズまたは亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼 アルミニウム：通常はスズメッキアルミニウム 真鍮 銅合金：特に銅ベリリウムが ニッケル 銀 スズメッキプラスチック キャンの金属製の筐体は、カバーされた領域への電磁干渉やEMI放射の侵入または放出を防ぎます。多くのキャンシールドには、熱管理に役立つ金属の穴のグリッドがありながらも、コンポーネント上に導電性のカバーを提供するシールド効果を維持しています。 理想的なシールドは、コンポーネントを完全に包み込むものです。残念ながら、それでは入出力や電源と接地のための選択肢が残されませんので、キャンにはいくらかの電磁リークが発生します。必要に応じて、EMIガスケット、メッシュ、フィルムなどの追加のシールドでキャンを補完することができます。 記事を読む
フレキシブルの今後: リジッドフレキシブル基板設計についての学習が要求される業界 フレキシブルの今後: リジッドフレキシブル基板設計についての学習が要求される業界 1 min Thought Leadership フレキシブルなLEDストリップライト 時の過ぎるのが少し速すぎると感じたことはありませんか? 私は、ダイヤルアップインターネットの使用方法を憶えるのに四苦八苦していたのが昨日のことのように感じます。それが今では、最新技術のブロードバンドルーターの設定に苦労しています。現在の技術をマスターできたら、すぐに、次の大きな課題に取りかかる時期であり、すべてをまた最初から始める必要があると思っています。PCB設計者である皆さんにとっても、PCB設計の次の大きな課題であるフレキシブルとリジッドフレキシブルについて学習する時期です。急速に進化しつつあるPCBの分野でも、最も進化のスピードが速いのがフレキシブル基板です。IoT（モノのインターネット）、ウェアラブルな電子機器、フレキシブルディスプレイのすべてが、業界をリジッドフレキシブル基板へと推し進める要因となっています。皆さんにとっても、ため息をついていないでリジッドフレキシブルに目を向け、次世代PCBの設計基準の学習を始める時期なのだと思います。 フレキシブル基板の分野は急速に成長 新しい設計手法の学習は大変ですが、PCB市場は世界的に成長しており、いくつかの調査では、市場規模が 2016年の635億ドルから2021年には738億ドルまで成長すると予想しています。この成長のうちの大きな部分を占めると期待されているのがフレキシブル基板です。いくつかの報告書ではフレキシブル基板の市場規模が 2020年までに152億ドル、 2022年までには270億ドルに成長すると予測しています。私には、次世代PCBは気にならなくても収益は気になります。フレキシブル基板は、すでにリジッド基板を追い抜いています。2014年には、リジッド基板の販売額がわずかに減少したのに対し、 フレキシブル基板の販売額は増加しています。「適応か死か」というのは自然の法則ですが、PCB設計の世界も同じです。リジッド設計しかなかった過去にとどまっていたのでは取り残されてしまいます。 フレキシブル基板の推進要因となっている業界 フレキシブル基板が成長していることを認識するのも重要ですが、もう一つ、このトレンドの要因となっている業界を知ることも重要です。現在フレキシブル基板の大きな成長要因となっているのは、IoTとウェアラブル電子機器です。私は、近い将来、フレキシブルディスプレイも 新たな成長要因になってくると考えています。 デジタルカメラには、すでに多くのフレキシブル基板が使用されています IoT（モノのインターネット） 爆発的な成長の先頭に立っている電子部品業界の一つがIoTです。成長が非常に速いため、間もなく皆さんも IoTデバイス用のPCBを設計することが大幅に増えてくるでしょう。このような新しいIoT用PCBの多くは、フレキシブル基板であることが要求されると思われます。 その一例が、あの「スマートな」LEDストリップライトです。LEDストリップライトは、ユーザーが必要とする形状に合わせて曲げられるよう、長さ方向に沿ってフレキシブルでなければなりません。最終的には、髪の毛が乾いたかどうか教えてくれる「スマートタオル」とか、くしゃみをしたら「お大事に! 」と注意してくれる「コネクテッドティッシュ」とかがあったら、ユーザーはやっぱり欲しくなるのです。この種のデバイスには、性質上、フレキシブル基板が必要です。 フレキシブル基板は、小さい3D形状に合わせる目的で使用される可能性もあります。3D印刷によるPCBはまだやっと形が見え始めた段階ですので、ぴったりこないスペースを埋めるには多少の創意工夫が必要です。リジッドフレキシブルを利用した設計であれば、基板を折り曲げ、長方形や立方体や八面体にしてスペースに入れることも可能です。これは、平らな基板では考えられなかったことです。リジッドフレキシブル設計を学習する際には折り紙も憶える必要があるかも知れませんね。 将来的には、ほとんどのPCBがこのウェアラブルデバイスのようになってしまうかも知れません。 記事を読む