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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。

PCBの複雑化に対応するための設計手法

PCBの複雑化に対応するための設計手法 1 min Thought Leadership 用途はわかりませんがとにかく小さい回路です世の中の動きが自分より少々速いと感じたことはありませんか? 新語、アプリ、ヘアスタイルなど、さまざまなトレンドがあります。時代遅れのファッションセンスに加えて、複雑なPCB設計でも後れをとっているかもしれません。IoT（Internet of Things）とウェアラブル電子機器の出現のはざまで、PCB設計要件はますます高度になっています。この流れに遅れないためには、PCBの小型化、高速化、柔軟化を可能にする設計技術に常に注意を払う必要があります。また、設計動向への迅速な対応に加え、場合によっては必要な技術をどのように実装するかについてのトレーニングも必要になります。小型化昨今の衣料品の興味深いトレンドのひとつは、何もかもが小さくなっているということです。シャツは体にぴったりしたサイズになり、短パンやスカートの丈は短くなっています。コネクテッドデバイスがますます小さくなるにつれて、PCBもこのトレンドに乗っているようです。昨日はマイコンを腕時計の中に収納しなければなりませんでしたが、今日は画びょうの中に収納することになりそうです。腕時計に収納する技術はあっても、画びょうとなれば話は別です。PCBのサイズが小さくなるにつれ、効率的なファンアウトやブラインド/ベリードビアなどの設計の小型化ソリューションについて最新の情報が必要になります。集積回路（IC）製造業者は、この要求により細かいピッチのパッケージで対応していますが、これにより世界は一層複雑化します。BGA（ball grid array）やQFP（quad flat package）は小型化し、より効率的なファンアウト戦略が必要になるかもしれません。高密度相互接続（HDI）ボードは、あらゆる部品を可能な限り密接して詰め込み、基板面積を節約するものです。実際に全てをそこに詰め込むためには、ブラインドビアやベリードビアを使用して基板内の接続を効率的に行う必要があります。小型化の危険な側面として、熱の管理に注意してください。レイアウトを縮小した場合、以前は動作していた設計が動作しなくなることがあります。自分の設計が、より小さいフットプリントで放熱要件を満たすことができるかどうか、必ず確認してください。高速化および小型化で過熱のことを忘れてはなりません高速化設計トレンドには、芝生の管理人と芝生に立ち入るティーンエージャーのように、もめごとが生じることが少なからずあります。より高速な回路を要求されるので、設計者は基板でより高出力のICを使用することになります。通常ICは、出力が高くなると、よりサイズが大きくなり、より熱を持ちます。

超低電力の不揮発性メモリの誕生を予測させるスピン波技術の飛躍的な前進

超低電力の不揮発性メモリの誕生を予測させるスピン波技術の飛躍的な前進 1 min Thought Leadership 私の大学では、量子力学が必修須科目ではありませんでした。何かを真に「理解する」ことは不可能で、わかるのはその確率だけだ、というのが前提だったのです。私には少しばかげた考えのように思えました。その後、私は上級電磁気学と信号処理を学びましたが、意味のわからない膨大な量の数字に対処しなければなりませんでした。一部の学生がこの講義を選択してくれたのは本当にうれしいことです。現在の量子技術を飛躍的に進展させてくれているのは、彼らにほかならないのですから。最近、ある研究チームがスピントロニクス（スピン波エレクトロニクス）での発見を詳述した論文を発表しました。この発見によって、メモリなどの実際のスピントロニクスデバイスのための道が切り開かれるかもしれません。こうした記憶装置には、不揮発性や超低電力駆動といったいくつかの強みが備わることになるでしょう。これらの利点は、モノのインターネット（IoT）などの組み込みアプリケーションにとっては最適な選択肢になる可能性がありますが、フラッシュメモリにとっては手ごわい競合になるでしょう。スピン波技術最近の大躍進の話に進む前に、まずはスピン波技術がどういうものなのかを確認しておきましょう。その後で、研究者チームが発見した内容についてご紹介します。従来の電子機器では、電子電荷を使って情報の保存と操作が行われます。トランジスタには、電流を流すオンの状態と電流を流さないオフの状態があります。スピントロニクスでも電子が利用されますが、情報は電荷特性ではなくスピンを使って保存されます。電子スピンにも2つの状態がありますが、これらは放射される小さな磁場を測定することで識別されます。この研究チームは、エレクトロニクスのベースをトランジスタからスピンに置き換える方法を見つけたのです。最近、シンガポール国立大学のチームは、スピン波の分野を飛躍的に進展させました。スピントロニクスの問題の1つは、異方性が原因で波信号の方向がバラバラになってしまうことのようですが、Adekunle Adeyeye教授が率いるこの研究チームは新しい構造を使って、同じ信号を複数の方向へ同時に伝搬させました。この構造では外部の磁場が必要ないため、実装がより簡単になります。チームは以前、外部の磁場がない状態でスピン波信号を送信、操作する方法を発見しました。これら2つの発見を組み合わせれば、スピントロニクスデバイスの誕生にさらに近づけるでしょう。電子は次のトランジスタになるかもしれないスピントロニクスの強み新しいからといって、それが必ず役に立つとは限りません。では、スピン波の技術は何を実現してくれるのでしょうか？スピントロニクスにはメモリの応用に活用できる

PCB設計ソフトウェアにバージョン管理を備えるべき理由

PCB設計ソフトウェアにバージョン管理を備えるべき理由 1 min Thought Leadership 出張の後、通常業務に戻るのは容易ではありませんが、今週は特に大変でした。クライアントとの緊急を要する契約を抱えており、そのプロジェクトに関わる社員は全員100%以上で働いています。私は順調に仕事を進めていました。ただし、それはPCB設計ソフトウェアを開き、誰かが私のレイアウトに変更を加えていたのを見るまでのことでした。私のスマートフォークの4本の歯のうちの2本が削除されていたのです。重大な変更でした。最悪です。精神的ショックで頭の中が真っ白になったように感じました。全ての人が持っているであろう心配の種 - 「死のブルースクリーン」なぜデータが破壊されたのでしょうか。実は、私たちは締め切りに間に合うように非常に急いでおり、変更やバージョン管理などは行っていませんでした。代わりに、会社のファイル共有にファイルを保存していました。そのため、加えられた変更は私が持っていた作業中の設計のコピーを上書きしたのでした。「大丈夫。1週間前のバックアップを参照してオリジナルのバージョンを入手できる」と思ったのですが。そう、IT部門はそのプロジェクトの共有を知らされていなかったため、バックアップを作成していなかったのです。作業中の設計の記録はありません。こうなったら、手作業でデータを回復させる必要があります。元の設計を思い出せることを期待するしかありません。私は運命を呪いました。二の舞にならないように、自分の設計をバックアップ自分の仕事をバックアップしていなかった私は間抜けでした。それは認めます。私の二の舞にならないように、自分の設計を頻繁にバックアップしてください。それでは、プロジェクトに対する変更を管理する最善の方法は何でしょうか。確かに、自分の設計ファイルを時々手作業でコピーすることは可能です。プロジェクト共有全体の定期バックアップを作成するようにIT部門に依頼したり、無償のオンラインツールを使ってバックアップを自動化することもできます。多くの選択肢がありますが、残念ながらPCB設計者にとって満足のいくものはありません。理想的な選択肢は、バージョン管理システムで設計を管理することです。その理由を以下に示します。全ての作業は、最高の優先度の安全な場所に保管される。チームの他のメンバーと容易に連携できる。ファイルのバージョンを比較でき、バージョン間の差を一覧表示できる（diffとも呼ぶ）。今日できたはずのファイルの前のバージョンに戻ることができる。変更を説明し、またはプロジェクトのマイルストーンを追跡するために、コメントとラベルを追加できる。変更が互いに干渉することを心配しないで、各種分野の各種設計の側面で作業できる。複数のコンピューターを登録し、それぞれの変更を同期させる時間を選択できる。行った変更をチェックインする際、それらについて検討およびコメントする必要がある。外部にデータをバックアップすることは重要です。しかし、クラウドというものは実在せず、他人のコンピューターに過ぎないことに留意する必要があります。

Google Glassの仕組みと使用されるコンポーネント

Google Glassの仕組みと使用されるコンポーネント 1 min Thought Leadership かつて、Arthur C. Clarkeは「十分に進歩した技術は、魔法と区別がつかない」と言いました。それが真実であれば、Googleは大勢の魔女や魔法使いを雇わなければなりません。長年にわたって技術の限界を押し広げてきたGoogleでは、たくさんのアイデアが実を結ぼうとしています。自動運転車などの製品が実現しつつありますが、私個人としては Googleが出資に参加しているスマートセンサープラットフォームに希望を託しています。とはいえ、期待されている最も素晴らしい技術といえば、何と言ってもGoogle Glassでしょう。2012年と2013年に世間を驚かせたこの製品を見て、私たちはインターネットが目元で利用できる世界に思いを巡らせました。先日、Glassがエンタープライズ・エディション（Glass EE）として復活することが正式に発表され、この夢の世界が職場で現実のものになろうとしています。そこで、最初のGlassの仕組みと利用されたコンポーネントについて確認したうえで、新しいGlass EEで利用されるコンポーネントについて考えてみたいと思います。仕組み Google Glassの長所の1つは単純明快なことです。私が最初にGlassを目にしたときは、何かの魔法のようなものを使って機能しているのに違いないと真剣に考えたほどです。しかし、さらに調べてみると、Googleの技術者は私たちと同じように魔法を使えない普通の人たちでした。彼らは優れたプリズムとプロジェクターのシステムを使って、情報を直接ユーザーの目に送っているのです。送信された情報は、一方のアームに搭載されているチップと小さなコンピューターで収集、処理されます。

PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法

PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 1 min Thought Leadership 最初の電気工学ラボで、スイッチの出力をデバウンスするための回路を作りました。オシロスコープの画面で、最初のガタガタした信号とその後のデバウンスされた出力を見たのを覚えています。生活の中でこんなに害のないものが、そんなに面倒になるなんて、心の底から不安に感じました。それが、信号ノイズやアーチファクトに対する苦しみの始まりにすぎないことを、1年生の私が知らなかったのは、幸運でした。リンギングは、製品性能について特にイライラさせられる効果の1つです。リンギングとは何か? PCBや他の電子システムでは、リンギングとは、オシロスコープで見ると池の上のさざ波のように振動する電圧出力または電流出力のことです。その振動は、電源オンやスイッチ切り替えなど、入力信号の突然の変化に対する反応です。多くの場合、振動によって出力信号は、上限と下限の両方で許容範囲を外れ、徐々に滑らかになります。振動が許容範囲内に収まるのにかかる時間を、整定時間と呼びます。出力信号の独特の形のため、リンギングを時々「リップル」と呼びます。ただし、普通、リップルは、ACスイッチト電源を使用し、電源が、適切にまたは十分にAC波形を抑制しない場合の出力を特に指します。リンギングの原因は? リンギングの源は、電源の他に、トレースが「長い」か短いかによって異なります。一般的な目安では、デジタル回路で、（負荷までと戻りの）ラウンドトリップ伝搬時間が、信号立ち上がり時間と同等の場合、トレースは「長い」と考えられます。ストリップラインまたはマイクロストリップの作業をしている場合、少し複雑になるので、経路長および、リンギングなどの伝送路効果を最小化する出発点として Glen Dash のページを推奨します。長いトレースと短いトレースに戻ります。トレースが短い場合、リンギングの原因は、寄生インダクタンスや寄生容量です。パルスまたは入力の突然の変動によって、寄生コンポーネントが、その固有振動数で共振し、出力にリンギング効果が現れます。長いトレースでは、リンギングの原因は、インピーダンスのミスマッチによる信号反射である可能性がより高くなります。信号ノイズで、大学生の私は過度に不安を感じましたが業界に入れば、信号ノイズが破滅的結末をもたらす場合もあります。リンギングがシステムにどう影響するのか? ノイズの多いオシロスコープのために実存の危機に苦しむ、ということがなければ、素晴らしいことです。セラピーの費用がずっと少なくてすみます。それでも、リンギングは、あなたの人生や製品設計にネガティブな影響を及ぼす可能性があります。 EMIの増加: リンギングは、ノイズや干渉を生成する可能性があり、また、しばしば生成します。そのEMIは、基板に拡散または伝導し、さまざまな性能問題の原因となります。電流フローの増加

マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと

マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと 1 min Thought Leadership 大衆文化に少し遅れていると感じたことがありますか? 私は、Lady Gagaについて知ったばかりですが、数年前から大スターだったようです。遅ればせながら知ることができて、少しうれしいです。今、彼女の音楽を楽しんでいますが、肉でできたドレスを着て歌うのを見ないで済みました。セレブの奇妙な最新ファッションには興味がないかもしれませんが、注目すべきトレンドがいくつかあります。PCB設計界における希望の星の1つが、マイクロビアです。ここでは、マイクロビアとは何か、マイクロビアはどのような素晴らしいことができるのか、について説明します。マイクロビアは歌やダンスはできませんが、基板で多くのスペースを節約し、EMIを大幅に減らすことができます。マイクロビアとは? Lil Yatchyの最新の曲をオフィスで聞いたことはないかもしれませんが、きっとマイクロビアについては少しは聞いたことがあるでしょう。あなたの知識を更に強化させてください。マイクロビアは、確かに小さなビアですが、正確には、どれほど小さいのでしょうか? ほとんどの人は、マイクロビアを直径が 150μm未満のビアだと考えています。これらの小さな穴はレーザーで開けますが、そのプロセスは絶えず改善されています。レーザー穴開け技術の新しい進歩によって、マイクロビアは 15μmまで小さくできます。レーザーは、一度に1つのレイヤーにのみ穴開けできます。一方、製造業者は、複数のレイヤーに別々に穴を開け、積み重ねることによって、マイクロビアを作成できます。製造上の欠陥が発生する可能性は、マイクロビアの方が、通常のビアより低くなっています。レーザー穴開けでは、開けられた穴に材料が残らないためです。ただし、メッキやはんだリフローについては、マイクロビアも通常のビアもリスクは同じです。したがって、マイクロビアのtenting、またはfillingについて製造業者と話し合うことが重要です。マイクロビアとは何か分かりましたが、何の役に立つのでしょうか? マイクロビアは、マイクロビアを開けるレーザーと同じくらい未来的スペースの利点ハリウッドで高価な家を買うことはないでしょうが、高価な不動産については心配する必要があります。基板のスペースはコストであり、マイクロビアは、コスト削減に役立ちます。マイクロビアはサイズが小さいので、当然、通常のビアよりスペースを節約できます。また、via-in-pad（VIP）をより活用するのに役立ち、より簡単に埋め込むことができ、高密度相互接続（HDI）設計が簡単にできます。通常、VIPは、ショーのスターであることを望みますが、PCBでは、VIPはほぼ隠されています。表面実装技術（SMT）によりパッド内部で接続を行うことによって、VIPはスペースを節約します。マイクロビアは、フォームファクターが小さいので、特にVIPに適しています。時に、通常のビアは、ピッチが細かいボールグリッドアレイ（BGA）など、SMTでパッド内部に収めるには大きすぎます。マイクロビアは、製造上の問題を引き起こすことなく、パッド内部に収まります。