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Thought Leadership 適切なPCBレイアウトでは、どのようにして設計へのヒートシンクの追加を回避できるか不具合のあるコンピューターモニターなどの製品リコールは、避けることのできる経済的負担です私は、何年にもわたって、コンピューター技術が提供する必要のある高解像度や色深度を表示できる新しいモニターを買い続けてきました。モニターをつないで機能をテストするさまざまなアプリケーションを試すときはワクワクしました。どのアプリケーションも全く問題なく動作していたので、私は新しいモニターを自慢するため、オフィスを離れました。戻ってくると、モニターの表示がちらついているではありませんか。動揺した私は、電源を切ったり入れたりしてちらつきが解消するか確認しました。新しいモニターは明らかに壊れていました。数日後、問題があるかどうか確認するため、モニターの筐体を開けて中をのぞいてみました。すると、ビデオ回路の1つが電源に直接取り付けられていることが判明しました。このため、仕様通りに機能しない温度にまでビデオ回路が熱くなって、モニターは壊れてしまったのでした。遮熱材を取り付けてビデオ回路から熱エネルギーを移すことで、簡単に修理できました。とはいえ、本当の問題は製品の設計にありました。ビデオ回路は、これほど電源に近い場所に配置されるべきではありませんでした。 PCBの最悪の敵である熱コンポーネントは余分な熱で壊れたり仕様外の動作をしたりすることは誰もが知っていますが、いつ熱が問題になるかわかりません。場合によっては、熱管理のトラブルシューティングは特に難しく、稀な状況でのみ問題になることがあります。例えば、高温が発生する場合があります。さらに、放熱の問題は、度重なる熱サイクルで熱膨張や熱収縮が起きたために割れたはんだ接合のように、経時的に発生する可能性があります。これらの放熱の問題は試験で見逃される可能性があります。したがって、このようなシナリオを避けるため、適切に基板をレイアウトすることが重要です。 PCBにコンポーネントを配置する前に外部熱源の位置を考慮する PCB設計者はどうすべきか PCB設計では、 SMTヒートシンク、ファン、サーマルビア、その他の技術を使って、熱を緩和するのが一般的です。これらの方法はとても効果的ですが、設計のコストと複雑さが増します。最も安価で最も信頼性の高い対策は、好ましくない外部熱源からの熱伝導が問題にならないようにPCBを設計することです。問題を回避する設計をしましょう。問題箇所にコンポーネントを配置しないことです。設計を考えるとき、PCBはより大きいシステムの一部であることを忘れないでください。PCB上で、相互に関連する発熱部品どうしの配置や、製品全体の他の部分と関連する発熱部品の配置を考慮する必要があります。PCBは、それが設計されるデバイスによって異なるので、外部熱源は基板の周りに3次元的に配置される可能性があります。このことを念頭に置いて、以下の点を考慮する必要があります。熱源の隔離: 電源など、発熱するサブシステムをレイアウト内で隔離し、他のコンポーネントに影響を与えないようにします。他のPCB: 近くのPCBに、発熱するコンポーネントまたは熱に弱いコンポーネントが含まれている可能性が十分にあります。物理的な部品: 機械部品、配線、および取付けフレームが、PCBから熱を吸収したり製品の他の部品に熱を伝達したりすることがあります。これには、ユーザーが接触する可能性のある部品が含まれます。筐体: 設計者として、製品をより小さくコンパクトにするプレッシャーが常にあります。つまり、PCBの周りの筐体がますます窮屈になっています。このことが、PCBからの熱伝導にどのように影響するかを注意深く検討する必要があります。空間が狭くなるほど、対流による冷却機会は減り、熱に敏感な他の場所への熱伝導の機会が増加します。 PCBの筐体のサイズを考慮しましょう。基板をどのようにレイアウトするかに影響する可能性があります。

Thought Leadership PCB設計プロセスを容易にするモジュールの使い方画像出典: Adobe Stockユーザー alexbrylovhk ヨセミテへの初めての旅で、私はとんでもなく大変なことをしようとしていました。大きな山と無謀な計画。私はクラックにすっぽりと入り込んで身動きが取れなくなってしまいました。一晩の緊急野営の後、私のプロジェクトは終わりを告げられ、谷底に戻った私は征服できなかった山を見上げる羽目になりました。PCB設計でも、概念的な仕様を実際の設計に移す際に適切に計画を立てないと、空しく終わったこの登山のような結末になる可能性があります。同時に考慮すべき要素が多数あります。例えば、空間とパフォーマンスを最適化するため、主要コンポーネントをどの場所に配置するか、どのコンポーネントを最初に配置するかなどがあります。また、サブシステムをどこに収納するか、どの配置が結果的に最もきれいにトレースできるかなども検討する必要があります。このような最初の決定事項は、面倒な作業だったり、先送りされたり、ヨセミテ登山のように完全に最初からやり直しをする必要があったりする可能性があります。設計者の障害物を打ち破るため、仮想コンポーネントにモジュール化することで設計の概念を容易にします。画像出典: Flickrユーザー Uwe Hermann （CC BY 2.0）山を分割する登山者が山にアプローチする方法と同じように、PCB設計を管理可能な「ピッチ」に分割し、頂上に到達するまで各ピッチに個別に取り組みます。設計を開始するには、設計内に自己完結している部分やよく知っているインターフェイスがある部分を探します。それらの部分は、最終的には詳細に設計する必要がありますが、最初の段階では基板上に存在することを明らかにしておくだけで十分です。それらの部分が特定できたら、プレースホルダーを使って一時的に作業対象から外し、「ブラックボックス」として扱います。これにより、登山ルートを計画するように、全体像に焦点を絞り、後で各部分に戻って作業を進めることができます。設計にプレースホルダーを使用してレイアウトのセクションに優先順位をつけることを、一般に「設計のモジュール化」と呼びます。モジュール化を検討する場合、設計で使用する実際のコンポーネントは、2つの理由でブラックボックスになります。それらのコンポーネントは、ピン配列および仕様で明確に定義されたインターフェイスを提供します。パフォーマンスは事前定義され、インターフェイスに固有であることがわかっています。この結果、それらがインターフェイスでどのように機能するかを定義する必要はなくなります。アンペア、CPU、レギュレーターなどの内部のしくみを示す必要があるとしたら、プロジェクトがどれほど複雑になるか想像してみてください。極めて複雑になるはずです。

Thought Leadership 設計の準備: 設計データの集中管理私は料理が大好きです。レシピを調整して味とバランスをびったりにする満足感。キッチンのにおい。「パパのミートボールは最高だね」なんて言いながらパクパク食べている息子を見るときの誇らしい気持ち! でもレシピをゼロから考えるのは大変な時間が掛かるし、普通はそんな時間はありません。乱切りしたり、さいの目に切ったり、量を計ったり、冷蔵庫と戸棚の間を行ったり来たり。料理番組ではどうしてあんなに簡単に見えるのでしょう? 理由はいたって簡単で、料理番組では事前にすべて準備してあるからその時間がいらないというだけなのです。プロのシェフは事前にすべての食材を用意しておくことを「 mise en place（下ごしらえ）」と言いますが、これはフランス語で「その場に置いておく、用意しておく」というような意味です。普通の家庭よりプロのシェフの料理の方が速いのは、そのためです。 EDAのブログでなぜ料理の話をしているかですって? 実は、料理には設計プロセスに活かせると思えるヒントがいくつかあるからです。つまり、電子機器の設計と料理をうまくやることには、いくつかの類似点があるのです。計画し、設計し、テストし、その方法を捨ててやり直し、微調整する。こういった過程を経て最終的な料理や製品ができるわけです。必要なのは正しいスキルだけではありません。創造力も必要です。創造のための時間を確保するには、必要なときにその都度タマネギを切るのではなく、いつでも使用できるようにあらかじめ準備しておく必要があります。では「EDAでこのタマネギに相当するもの」は何でしょうか? 設計データをあらかじめ定義し承認し簡単にアクセスできるようにしておく新たに設計を開始する際にすることを考えてみてください。基本的なファイルフォルダーの構成や回路図の最初の2ページとプリント基板ファイルなど、プロジェクトの基本的な骨組みを固める必要があります。回路図には、枠線や使用するタイトル欄が必要です。プリント基板については、基板外形を考えレイヤースタックを定義する必要があります。設計規則も確立しておく必要があります。もちろん、使用承認されたコンポーネントのライブラリにアクセスできるようにしておくことも必要です（場合によってはこれらを開発することが必要かも知れません）。後で出力プロセスに時間が掛からないように事前にしっかり決めておけば理想的です（詳しくは、こちら、またはこちらをご覧ください）。これらの情報がすべて1つの場所で集中管理されており、組織内の全員が事前に定義され承認された設計要素にアクセスできプロセスをスピードアップできるようになっていたらどうでしょうか? 準備作業が済んでいる状態で新たなプロジェクトを開始できるとしたらどうでしょう? 誰でも使用できるように自分の設計要素を整理する Altium VaultはEDAの中核をなすデータ管理ソリューションであり、設計のためのキッチンを五つ星のレストランのように機能させることができます。Altium Vaultの主な機能はコンポーネントのデータを保存することにあります。ライフサイクルが管理されている承認済みの部品を組織内の全員が利用できるようにしておけば、作業の重複による時間の浪費を防止できます。新しい部品の開発が

Thought Leadership PCB設計で銅箔を最大化する方法: 銅箔流し込みと銅箔配置の長所と短所画像出典: Flickrユーザーbillautomata ( CC BY 2.0) PCB設計には「銅箔は自由」という格言があります。これは、PCB設計者は逆に考える必要があることを意味します。最初、基板には一面に銅箔が張られ、必要のない銅箔を取り除きます。ほとんどベアボード状態の同じサイズの基板と比べて、ほとんど銅箔である基板を作る方が、素早く作成でき、無駄がなく、コストも安くなります。適切なテクニックを選ぶかどうかで、作業が楽になるか、ストレスがたまるかの違いが生じます。銅箔を最大化する方法は、一般に2つあります: 手動 – 通常、この方法の方が迅速ですが、雑になります。具体的な図形を定義、配置することによって、銅箔をオブジェクトとして素早く配置できます。これらのオブジェクトは、ネットに割り当てることができ、導通試験の間に、ショートやエラーがないかチェックします。このテクニックは、短納期の場合やプロトタイプの作成に好まれます。自動 – この方法の方が、時間がかかります。一方、銅箔流し込みによって、銅箔使用の最大化がより簡単にできます。基板をレイアウトし、レイアウトに収まる銅箔の図形を配置する代わりに、基板領域の周囲に境界を描き、銅箔を流し込むことによって、銅箔を最大限に残すことができます。銅箔流し込みが時間を節約できる仕組み銅箔を流し込む場合、境界が定義され、流し込み操作が実行されると、その内部は全て自動的に接続されます。その領域が大きい場合、珍しい図形である場合、または形が不揃いの複数のオブジェクトで満たされている場合、通常、このテクニックの方が簡単で迅速です。流し込み操作によって、複数の不揃いな領域が自動的に塗りつぶされ、さらに、その領域の他のパーツやトレースを自動的に分離します。 GNDなど、同じネット上のオブジェクトは全て、セットアップページまたは設計ルールに従って接続されます。銅箔流し込みで自動的に対応できるオブジェクトは、ビア、トレース、ネット、デカル、空間領域、パッドです。適切に使用すれば、銅箔流し込みは、自動的に、必要な接続を行い、不必要な接続を行いません。これらの接続は、導通チェッカーツールを使用して再確認できます。画像出典: Flickrユーザー