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リジッドおよびリジッドフレキシブルPCBのレイヤスタックアップ Thought Leadership リジッドおよびリジッドフレキシブルPCBのレイヤスタックアップ 多層PCBの構築は、レゴで建物を作るのと似ています。部品は全て簡単に組み合わせられますが、設計としてまとめるには、従うべき指示があります。最近は、シングルレイヤや、トップレイヤとボトムレイヤの組み合せは、最も単純なPCBでのみ使用されます。マルチレイヤのPCBは、今や例外ではなく標準です。製造業者は最高30層のPCBを組み立てることができます。それらの基板におけるレイヤスタックアップの方法は、実際に適用するさまざまな場面で重要です。 PCB設計者は、回路基板の作成方法における変化に対応すべく設備を整える必要があります。PCB設計者の主な設備とは何でしょうか? 言うまでもなくCADツールです。どのようなプリント基板も、後方支援のため、強力にサポートしてくれるPCB設計ソフトウェアが必要になります。これは、デザインルールの把握がやや難しい、フレキシブルおよびリジッドフレキシブル回路ではなおさらです。レイヤスタックに振り回されず、今後もフレキシブル回路基板のプリントを円滑に行いましょう。 マルチレイヤのスタックアップ方法 理想の世界では、レイヤスタックアップの方法は、EMIおよびクロストークを完全にブロックするようにトレースとGNDプレーンを配置でき、フレキシブルおよびリジッドフレキシブル設計に適応できるはずです。例えばルームの温度を過度に熱することはないでしょう。明らかにそれは無理な注文です。あらゆる要件を完璧かつ同時に満たすことのできるスタックアップの方法はありません。 ピン密度が高い基板は一般に、より多くの信号層を必要とします。また、標準的なPCBに含めるべきレイヤの数に関する一般的なガイドラインがあります。レイアウト中の配線密度に応じて、いくつかの信号層は不要で削除可能であることに気付くかもしれません。適切なレイヤ数が決まったら、EMIとクロストークへの影響に注意しながらレイヤを配置する必要があります。 典型的なマルチレイヤスタックアップは、信号層とパワー/GNDプレーンが交互に配置されます。各レイヤは、絶縁体コアまたはプリプレグによって仕切られます。推奨されるスタックアップの配置は、基板のレイヤ数によって異なりますが、レイヤ間のEMIとクロストークを抑制するため、上記のガイドラインを必ず守ってください。熱問題に対応するには、マルチレイヤ基板にもかかわる可能性のある設計上の考慮が必要です。 アナログおよびデジタル要素を持つデバイスは、マルチレイヤスタックアップに別々のGNDレイヤを使用する必要があります。2つのGNDプレーンは1点でのみ接続してください。同じことが、アナログおよびデジタル信号層にも当てはまります。アナログおよびデジタル信号層を分けて1点でのみ接続することは、ノイズ結合を回避できるよい方法です。ほかに、GNDにシングルレイヤを使用してGNDプレーンをデジタル部分とアナログ部分に分割する方法があります。 フレキシブル回路基板では、配線はそれほど問題にする必要はありません アナログおよびデジタルの信号層をそれぞれのGNDプレーンで分けるのは、 EMIを回避するよい方法です。アナログおよびデジタル信号層の間にGNDプレーンを配置すると、2つのレイヤの間に効果的なシールドを作ることになります。アナログGNDプレーンはアナログ信号層に隣接して配置する必要があります。デジタル信号層も同様です。これにより、各信号層は、それぞれのGNDプレーンにリターン電流のみを誘導します。 リジッドフレキシブルスタックアップ リジッドフレキシブルPCB設計にいったん取り組んだら、リジッド基板と同様のスタックアップを使用してフレキシブルリボンを定義する必要があります。フレキシブルリボンは、それが接続する基板より薄く、リジッド基板の内側のレイヤと同じスタックアップ構造でなければなりません。フレキシブルリボンは通常、基板間の信号を伝達する必要があります。また、GNDリターン接続が必要です。 パワープレーンまたはGNDプレーンをフレキシブルリボンを越えて拡張するつもりであれば、クロスハッチ銅箔を使用します。クロスハッチにより、純銅箔フィルムや銅箔での柔軟性が向上します。クロスハッチ銅箔は、フレキシブルリボンの信号層に シールドが必要な場合も使用する必要があります。 フレキシブルリボンに直接コンポーネントを配置する予定がない場合は、そのリボンのカバーレイの下に信号層が直接配置されている必要がありません。カバーレイの下に信号層があれば、SMTコンポーネントをリボンに直接配置できます。これが一般的な設計方法になりつつあります。 半田ランドは、カバーレイの信号層に直接配置される必要があります。カバーレイは、SMTコンポーネントが信号層にアクセスできるようパンチで穴が開けられる必要があります。必ず、自分の設計に対応してもらえることを 製造業者に確認してください。これらの機能やコンポーネントを曲げ領域に配置することは常に避け、コンポーネントの長手方向が曲げと平行になるようコンポーネントを配置します。 SMTコンポーネントはフレキシブルリボンにより効率的に管理できます リボンにコンポーネントを配置する別の方法として、ボタンメッキがあります。信号層はスタックアップのカバーレイの下に配置される必要があります。カバーレイにパンチで開けられた穴は、信号層へのアクセスにも使用されます。スルーホールビアが実装パッドに配置され、ストラクチャは特定の厚さまでメッキされます。ビアの穴が開いたままの場合は、スルーホールコンポーネントをフレキシブルリボンに配置できます。
管理が面倒な回路図設計を体系的に整理する方法 Thought Leadership 管理が面倒な回路図設計を体系的に整理する方法 私の息子は6歳ですが、自分のおもちゃや私物の整理が非常に得意です。同じ年頃、私自身は自分の持ち物は全て大きな収納ボックスにまとめて放り込んでいました。一方息子は、異常なまでの整理整頓の才能があります。息子の細部に至るまでの細心の注意は、場合によっては少々ストレスですが、私は常に遊び場の整理整頓を息子に任せられる、ということを意味します。 プリント基板設計においては、自分のプロジェクトを引き継ぐハードウェア設計者が必ず容易に作業を進められるよう、回路図ドキュメントを同一レベルで整理して表示する必要があります。誰も回路図を理解できないという理由で常に電話やメールに悩まされるのは、最も避けたい状況です。 回路図設計の基本 電子回路設計の多くの記事は、 電磁干渉（EMI）の低減や高速設計など、基板レイアウトのベストプラクティスについて論じています。ですが、基板に最初のネットの配線を開始する前であっても、正しい回路図を用意する必要があります。実際は、回路図設計は基板設計で最も見落とされがちなところです。 ハードウェア設計を開始している場合、おそらく、完成した回路がどのようになるか、大まかなアイディアはあります。回路図設計の一般的な方法は、 マイクロコントローラーのような主要コンポーネント、メモリーチップ、特殊機能の集積回路（IC）などの配置から開始します。それに続き、コンポーネントを接続する前にパッシブコンポーネントを配置します。 次に回路図を基板レイアウトにエクスポートします。基板レイアウトには、対応するフットプリントが、相互接続したネットとともに表示されます。基板で適切な接続を生成する回路図設計は重要に思われます。しかし実際には、回路図設計は適切に整理して容易な理解と再利用を確実にする必要があります。 回路図設計を整理する方法 回路図の整理は、習慣と、使用しているプリント基板設計ソフトウェアの機能の組み合せです。以下は、私が通常回路図を整理している方法です。 1. 回路図シートを機能ごとに分ける コンポーネントが比較的少ない、シンプルな設計では、1枚の回路図シートで回路全体を作成することは理にかなっています。ただし、何百ものコンポーネントを使用する複雑なハードウェア設計に取り組んでいる場合、1枚の回路図シートに全てが詰め込まれたら、むしろどうしようもありません。 その代わりに、上図のように異なる機能に対して異なる回路図シートを作成することをお勧めします。これにより、個々のシートの回路図がより管理しやすくなるだけでなく、新しい設計で簡単に再利用できるようにもなります。 整列して表示された回路図ドキュメント 2. デジグネータのシステムを作成する デジグネータは、場合によっては、回路図内でコンポーネントをすばやく相互参照させる便利な方法になります。数百ものコンポーネントの中で、1つのコンデンサーを見つけたり削除したりする場合、デジグネータシステムの使用はとても助かります。 私の回路図では、デジグネータは、コンポーネントのタイプ、それが属しているシートの番号、シート自体のコンポーネントインデックスを表すよう作成されています。例えば、D0512は、5番目の回路図シートのダイオードを表し、12番目の類似コンポーネントです。コンポーネント数の一般的な概算として、回路図シート下部に各コンポーネントの数の範囲を一覧表示することもできます。 3
SpaceXハイパーループコンテストに挑戦するミュンヘンの学生チーム Newsletters OnTrack SpaceXハイパーループコンテストに挑戦するミュンヘンの学生チーム 2017年のハイパーループポッドコンテストII優勝後のWARR HyperloopチームとElon Musk氏。 Judy Warner: WARR Hyperloopのチーム経歴とミュンヘン工科大学について簡単に教えてく さい。 Martin Riedel: WARR Hyperloopは、2015年秋に6人の学生グループとして結成され、その後学生は40人近くまで増えて、毎年SpaceXハイパーループコンテストに 参加するようになりました。WARR Hyperloopは、ミュンヘン工科大学（TUM）のWARR（ロケット工学および宇宙飛行に関する 科学ワークグループ）という、より大きい学生組織に属しています。WARRは、1960年代以降活動を続けている学生グループで、ハイブリッドロケットエンジン、キューブサット、宇宙エレベーターなどの開発、テスト、打ち上げを行うチームがあります。 Warner: 電気チームには何人の学生がいますか? また、主に何年生ですか? Riedel: 電気チームには8人の学生がいます。学士課程の2年生から
ツール中心から設計中心のカリキュラムの推進 OnTrack Newsletters ツール中心から設計中心のカリキュラムの推進 Judy Warner: PCBの設計に携わってどれくらいになりますか？またこの仕事をすることになったきっかけも教えてください。 Bill Brooks: 基板の設計は1970年から行っています。電子工学を学び始めたきっかけは父でした。父は、Hughes Aircraft CompanyのR&D、UCSD、その後はAerospace Incorporatedで航空宇宙の専門家として働いていました。父は、カリフォルニア州ビスタの家のガレージでプリント回路の店を開くことを決めました。1969年、父は私や私の兄弟に、プリント回路の製造に関する全てのプロセスについて教えてくれました。父は、Texas Instrumentsのノートから私が選び出した、トランジスタベースの10ワットのソリッドステートオーディオアンプの回路図を使って、プリント回路のレイアウトについて説明してくれました。私は、色鉛筆を使って上質皮紙にその回路を書き写し、Bishop GraphicsのダイカットテープとIC用の7milのマイラーのパターンを使ってライトテーブルでアートワークを作成しました。そして、作業用のマスター写真を作成するために、写真製版用カメラで正投影フィルムを使ってアートワークを2:1スケールに縮小しました。銅張積層板をクリーニングして、フォトレジストでコーティングした後、位置合わせをしてピンの穴がパンチされたフィルムを使って、UVライトを当てました。そして、真空密着したフレーム内の画像を現像してエッチングできるようにしました。エッチングの後、穴を開けて半田でコーティングし、基板をトリミングしてサイズを調整しました。それから、部品をかき集めて基板を組み立て、完成品をチェックして電源を入れてテストしてみると、見事に動作しました！ サマースクールでは電子工学の講座を受講し、スーパーヘテロダイン方式の真空管ラジオと400ワットのDC電源装置の作り方を学びました。また、その講座では、父の店で行っている処理よりも旧式な方法でしたが、プリント回路を作るためのエッチング液として塩化第二鉄を使いました。私は、その年の科学展示会向けに電子メトロノームを作りました。 最終的には、父は店を閉め、私は他の会社で製図の仕事を始めました。しばらくの間、回路図、製造図、プリント回路のアートワークが私の収入源となりました。そこから私は技術者になり、最終的にはレイアウトを行うようになりました。また、派遣社員としていくつかの会社で機械設計や電子回路のパッケージングもしました。その間、Teledyne、SAIC、Hughes Aircraftなど、誰もが知っている会社も含め、多くの会社で仕事をしました。 2000年頃からは、IPC Designers Councilにも関わっています。カリフォルニア州サンマルコスのPalomar大学で、10年ほどPCB設計の授業を担当したこともありますし、PCB Design Magazineの記事を書いたこともあります。 Warner