Basic Rules of Layout and Components Wiring

There are some basic rules that should be followed when designing a layout. These include keeping the power and ground planes within the board, avoiding cross-netting, and placing the most critical components first. You should also try to place ICs and large processors inside the board. By following these rules, you should have no trouble designing and creating a circuit board.

Avoid crossing nets

When wiring components together, you must avoid crossing nets. If there are vias, make sure they are far enough apart to avoid cross-netting. Another way to avoid crossing nets is to place one IC’s positive pin ahead of the other IC’s negative pin. This way, you’ll avoid crossing nets on the PCB.

Place large processors and ICs inside your board

Microprocessors, ICs, and other large electronic components are the heart of most circuits. They are ubiquitous and can be found on nearly every circuit board. They can be simple devices with just a few transistors or complex devices with millions or even billions of transistors. There are many types of ICs available, including 8-bit microcontrollers, 64-bit microprocessors, and advanced packages.

Avoid placing vias on power and ground planes

Placing vias on power and ground planes creates voids, which can create hot spots in the circuit. For this reason, it is best to keep signal lines away from these planes. A general rule of thumb is to place vias 15 mils apart. In addition, when placing signal lines, ensure there are 1350 bends per via.

In a typical PCB power distribution system, power and ground planes are located on the outer layers. These layers are characterized by their low inductance and high capacitance. In high-speed digital systems, switching noise can result. To mitigate this, use thermal relief pads to make electrical connections.

Avoid placing vias on traces

When wiring components, it is important to avoid placing vias on traces. Vias are holes drilled in the board through which thin copper wires pass and are soldered on both sides. Ideally, vias should be placed at least one-eighth wavelength away from the traces. This practice will decrease the operating temperature of the IC and make the design more reliable.

Vias are very useful in moving signals from one layer to another. Unlike traces that run from layer to layer, they are also easy to identify if any design changes are needed. Vias are the jack-of-all-trades of a PCB layout, providing electrical connectivity between layers. Additionally, they serve as an effective tool in transferring heat from one side of the board to the other.

プリント基板設計におけるはんだペースト不良の原因と対策トップ3

PCB設計におけるはんだペースト不足には、いくつかの原因と対策があります。その中には、はんだ接合部の冷え、配置の不正確さ、はんだ付け時の熱すぎ、化学薬品の漏れなどがあります。ここでは、最も一般的な原因とその解決方法について説明します。

冷間はんだ接合

コールドソルダージョイントの形成を避けるために、PCB設計者は、すべてのコンポーネントが同様の方向に配置され、コンポーネントのフットプリントが良好になるようにPCBを設計する必要があります。これにより、はんだ接合部の熱的不均衡や非対称性の問題を避けることができます。また、各部品がD型パッドに配置されるようにPCBを設計することも重要です。また、背の高い部品はPCB設計にコールドゾーンを作るため、使用を避けることが重要です。さらに、基板の端に近い部品は、中央の部品よりも熱くなりやすい。

はんだ接合部の不良は、フラックスの不足や接合不良など、さまざまな要因の結果生じる可能性があります。はんだ接合部の品質をよくするためには、作業場所を清潔にすることが不可欠です。また、酸化を防ぐために、はんだごてを再度錫メッキすることも重要です。

化学物質の漏洩

プリント基板の設計者であれば、ケミカル・リークを回避する方法に関心があるかもしれません。この問題は、PCBのラミネート、レジスト、導体の表面に付着した小さな球状のはんだであるはんだボールによって引き起こされます。発生する熱により、PCBのスルーホール付近の水分が蒸気に変わり、はんだが押し出されることがあります。

はんだブリッジは、はんだペーストの不足によって引き起こされるもう一つの問題である。はんだが凝固する前にリードから分離できない場合、短絡回路が形成される。ショートは目に見えないことが多いが、部品に大惨事をもたらすことがある。PCB上のピン数、ピン間の距離、リフロー炉の設定など、いくつかの要因がこの問題を引き起こす可能性があります。場合によっては、材質の変化もはんだブリッジの原因となります。

はんだ付け時の熱が高すぎる

はんだペーストは、はんだ付け時に一定の温度に達すると変形しやすくなります。はんだ付け時の熱が高すぎると、はんだボールが発生し、ばらつきが生じます。また、はんだペーストの量が多すぎると、フラックスのアウトガスが多くなります。これらの要因がプリント基板設計におけるはんだボールや変形の原因となります。

ソルダーペーストは水分や湿気と決して相互作用してはならない。ソルダーマスクは正しく位置決めされ、ステンシルの底は定期的に清掃されなければならない。はんだ付け時の力の不均衡によって生じる「墓石効果」または「マンハッタン効果」として知られる、もうひとつの一般的なPCB設計エラーがあります。これは墓地にある墓石の形に似ています。しかし、これは回路がオープンになっているPCB設計を表しています。

穴あけ後の材料の適切な洗浄

はんだペーストの不足は、穴あけ後の材料の洗浄が不適切であったために生じる。はんだ線は適切な温度に保たれ、パッドやピンと完全に濡れることが理想的です。はんだが十分に濡れていないと、はんだブリッジやその他の欠陥の形成につながる可能性があります。パッドとピンを均一に濡らすためには、適切な量のはんだが必要です。そうでない場合、被接合物に金属酸化物層が形成されることがある。これは、材料をよく洗浄し、適切なはんだごてを使用することで解決できます。

はんだが不十分な場合、回路基板にいくつかの問題が生じることがある。はんだが不足すると、サンドホール、断線、「ブローホール」、「はんだ接合部の空隙」などが発生します。また、はんだペーストの不足は、部品から錫を取り除くことにもつながります。このような問題を避けるためには、PCB設計プロセスに従うことが不可欠です。

予防措置

はんだブリッジは、はんだがあるべきでないスペースに入り込むことで発生します。はんだブリッジは、部品のリードを大きくすることで防ぐことができます。パッドが小さすぎると、はんだはより広い面積を濡らさなければならず、リードを流れる量も少なくなります。その結果、はんだボールが形成され、ショートの原因となります。はんだ付け工程では、パッドを最適な位置に配置し、適切なはんだペーストを使用することが重要です。

基板上のはんだペーストが不足すると、部品のリードは熱質量が少なく、周囲の空気の流れが多いため、パッドよりも温度が高くなることがあります。はんだペーストの浸漬時間を長くすることで、この問題を防ぎ、アセンブリ全体の温度を均等にすることができます。また、はんだがより温度の高い表面に向かって流れる傾向も抑えることができます。もうひとつの予防法は、トラブル部分のはんだペースト量を最小限に抑えるよう、ステンシル設計を最適化することです。ステンシルの使用に加えて、部品を配置する前に部品が損傷していないことを確認することで、問題のある部分のはんだペーストを減らすことができます。銅バランシングは、プリント基板の加熱と冷却を均等にするために使用することもできます。

SMTアセンブリ時のESD保護方法

静電気による損傷は、デバイス故障の主な原因である。電子デバイスの10%もの直接的な故障の原因となっています。この静電気は、SMTアセンブリ工程全体で問題を引き起こす可能性があります。幸い、この問題から身を守る方法があります。

静電気保護素材

損傷や故障の原因となる静電気放電（ESD）から電子部品を保護することは不可欠です。静電気はいつでもどこでも発生する可能性があり、多くの場合、摩擦によって引き起こされます。SMTアセンブリ工程で電子デバイスを保護し、最適な性能と信頼性を維持できるようにすることが重要です。静電気保護材は、組立工程の最初から使用し、完了後も継続する必要があります。

製造環境のRHもESDの発生に重要な役割を果たすため、工場のRHは慎重に管理されるべきである。RHが正しく維持されないと、非常に高レベルのESDを引き起こす可能性がある。また、高レベルの静電気を帯びた物質を組立ラインから遠ざけることも推奨されます。ESDから電子機器を保護するために、組立工程では静電気保護材を使用する必要があります。

ESD抑制部品

SMT組立工程でのESDによる損傷を防ぐため、部品はESD防止袋に入れて保管・運搬する必要がある。このような作業には、専門の組立業者を強くお勧めします。

静電気を防止するため、組立作業員は静電気防止服を着用すべきである。また、鋭利なもので部品に触れないようにすべきである。静電気防止服は、電子機器の接地回路としても機能する。組立作業者は、導電性衣類の着用に加え、保護スーツと靴を着用し、静電気のリスクを軽減すべきである。絶縁材料の使用を最小限に抑えることも重要である。

静電気は、静電荷を伝導する金属部品が原因で発生することがある。また、誘導や体内静電気によっても発生する。その影響は、特に電子部品に有害である。

静電気保護フォーム

静電気放電（ESD）は、電子機器に莫大な損害を与える可能性があります。これを防ぐ方法はありますが、すべてのデバイスをESDの影響から保護することは不可能です。幸いなことに、静電気防止フォームは静電気放電フォームとしても知られ、繊細な部品を保護するために利用可能です。

ESDに関連するリスクを最小限に抑えるため、電子部品には保護梱包を使用する。梱包材は適切な表面抵抗率と体積抵抗率で作られていることを確認してください。また、輸送中の移動による摩擦帯電の影響に耐えるものでなければなりません。通常、静電気に敏感な部品は、黒色の導電性発泡体または帯電防止袋に入れて提供されます。帯電防止袋には、ファラデーケージとして機能する部分導電性プラスチックが含まれています。

静電気は、SMT組立工程でよく発生する問題です。これは摩擦の副産物であり、部品の故障の原因となります。人間の動きは、数百ボルトから数千ボルトの静電気を発生させます。このダメージは、SMTアセンブリから生じる電子部品に影響を与え、早期故障につながる可能性があります。

ESDバッグ

電子機器を扱う場合、影響を受けやすいものを輸送・保管する際には、ESD保護梱包を使用することが重要です。ESD保護は、感電や火傷のリスクを最小限に抑え、輸送や保管の保護にも役立ちます。また、保護パッケージは、工場への輸送時など、使用していない間も部品やコンポーネントを保護することができます。

プリント基板を取り扱う際には、メーカーの指示に従い、そのガイドラインに従うことが重要です。ESD対策が不十分な場合、電子部品が損傷する可能性があるためです。組み立て工程での部品の適切な扱い方がわからない場合は、専門家に尋ねてください。

両方の組み合わせ

SMTアセンブリー中の静電気を避けるためには、電子機器のアースが不可欠である。接地には、ソフト接地とハード接地の2種類がある。ソフト・グラウンドとは、電子機器を低インピーダンスのグラウンドに接続することであり、ハード・グラウンドとは、電子部品を高インピーダンスのグラウンドに接続することである。どちらのタイプの接地も静電気を防ぎ、電子部品を損傷から守ることができる。

ESD はエレクトロニクス産業における主要な損傷原因である。ESD は性能劣化を引き起こし、部品の故障さえも引き起こします。エレクトロニクスの全故障のうち8%から33%がESDによるものと推定されています。この種の損傷を制御することで、効率、品質、利益を向上させることができます。

EMI抑制におけるレイヤースタック設計の役割を分析する

レイヤースタック設計とは、シグナルインテグリティを改善しEMIを低減するために、多くの層を持つPCBを使用するプロセスである。例えば、汎用の高性能6層基板では、第1層と第6層をグランド層と電源層として配置します。この2つの層の間には、優れたEMI抑制を提供する中央2重マイクロストリップ信号線層がある。しかし、この設計には、トレース層の厚さが2層しかないなどの欠点がある。従来の6層基板は外側のトレースが短く、EMIを低減できる。

インピーダンス解析ツール

EMIの影響を最小限に抑えるPCB設計ツールをお探しですか？インピーダンス解析ソフトウェアは、PCBに適切な材料を決定し、EMIを抑制する可能性が最も高い構成を決定するのに役立ちます。また、これらのツールを使用することで、EMIの影響を最小限に抑える方法でPCBのレイヤースタックを設計することができます。

PCBレイヤースタック設計に関しては、EMIは多くのメーカーにとってしばしば大きな懸念事項です。この問題を軽減するには、隣接する層間を3～6ミル離したPCBレイヤースタック設計を使用することができます。この設計手法は、コモンモードEMIを最小限に抑えるのに役立ちます。

プレーン・レイヤーとシグナル・レイヤーの配置

プリント基板を設計する際には、プレーン層と信号層の配置を考慮することが重要です。これにより、EMIの影響を最小限に抑えることができる。一般的に、信号層は電源プレーンとグランドプレーンに隣接して配置されるべきである。これにより、熱管理がしやすくなる。信号層の導体は、アクティブまたはパッシブ冷却によって熱を放散することができる。同様に、複数のプレーンやレイヤーは、信号層と電源プレーンやグランドプレーンとの間の直接経路の数を最小限に抑えることによって、EMIを抑制するのに役立つ。

最も一般的なPCBレイヤースタック設計の1つは、6層PCBスタックアップです。この設計は、低速トレースにシールドを提供し、直交またはデュアルバンド信号配線に最適です。理想的には、より高速のアナログまたはデジタル信号は外層に配線されるべきです。

インピーダンス・マッチング

PCBレイヤースタック設計は、EMIを抑制する貴重なツールとなり得る。層構造は、良好なフィールド封じ込めとプレーンセットを提供する。層構造は、GNDへの低インピーダンス接続を直接可能にし、ビアを不要にします。また、層数を増やすこともできます。

PCB設計の最も重要な側面のひとつがインピーダンス整合である。インピーダンス整合により、PCBトレースが基板材料と一致するため、信号強度を必要な範囲内に保つことができる。スイッチング速度の高速化に伴い、シグナルインテグリティの重要性はますます高まっている。これが、プリント回路基板をポイント・ツー・ポイント接続として扱えなくなった理由のひとつである。信号はトレースに沿って移動するため、インピーダンスが大きく変化し、信号が反射してソースに戻る可能性があります。

PCB レイヤースタックを設計する際、電源のインダクタンスを考慮することが重要です。電源の銅抵抗が高いと、差動モード EMI が発生する可能性が高くなります。この問題を最小限に抑えることで、信号線が少なく、トレース長が短い回路を設計することができる。

制御されたインピーダンス・ルーティング

電子回路の設計において、インピーダンス配線の制御は重要な検討事項である。制御されたインピーダンス配線は、レイヤースタックアップ戦略を用いることで実現できる。レイヤースタックアップ設計では、複数の電源プレーンの代わりに、単一の電源プレーンを使用して電源電流を流す。この設計にはいくつかの利点がある。その一つは、EMI の回避に役立つことである。

インピーダンスの制御された配線は、EMIを抑制するための重要な設計要素である。3～6 mil 離れたプレーンを使用することで、磁界と電界を抑制することができる。さらに、この種の設計はコモンモードEMIを低減するのに役立ちます。

繊細な痕跡の保護

層スタック設計はEMIを抑制する上で重要な要素である。優れた基板スタックアップは、良好なフィールド封じ込めを達成し、良好なプレーンセットを提供することができる。しかし、EMC問題を引き起こさないように注意深く設計する必要があります。

一般的に、3～6ミルの分離プレーンは、ハイエンドの高調波、低トランジェント、コモンモードEMIを抑制することができる。しかし、この方法は低周波ノイズによるEMIの抑制には適していない。3～6mil間隔のスタックアップがEMIを抑制できるのは、プレーン間隔がトレース幅と同じかそれ以上の場合のみである。

高性能汎用6層基板設計は、第1層と第6層をグランドとして敷く。第3層と第4層は電源を取る。その間に、中央の二重マイクロストリップ信号線層が敷設されています。この設計は優れたEMI抑制を提供する。しかし、この設計の欠点は、トレース層の厚さが2層しかないことである。したがって、従来の6層基板が好ましい。

How to Understand Some Important Steps in the Design of PCB Boards

If you are interested in designing a PCB board, there are a number of important steps that you must know. These steps include Ideation, Definition, Validation, and Placement of components. Understanding these steps will help you make the best design possible.

Ideation

Creating an effective PCB board design starts with defining the purpose of the device. It is essential to match the board’s dimensions and height constraints with the intended components. Other considerations include the components’ ESR at high frequencies and temperature stability. In addition, it is necessary to choose the proper trace width and spacing. Failure to adhere to this general rule can lead to an explosion of costs.

The PCB design process begins with ideation, definition, and validation. This step is critical and occurs before designing a prototype or executing a design. It highlights the designer’s creativity and makes sure that all hardware components are aligned and congruent. It also enables cross-collaboration among the various team members, resulting in synergy.

Definition

The design of a PCB is a complex process. It includes choosing the right materials for the PCB base, selecting a design rule, and selecting the final dimensions. The PCB must also be tested to ensure that it will function properly under the intended operating conditions. If the design is not done correctly, the project could end in failure.

The first step in PCB design is to create a set of blueprints. This is done through computer software. The blueprints serve as a model for the design. The designer can also use a trace width calculator to determine the inner and outer layers. The conductive copper traces and circuits are marked in black ink. The traces are known as layers in the PCB design. There are two types of layers, the outer and the inner.

Validation

PCB boards go through validation processes to ensure they are designed correctly. These tests are performed by examining the board’s structures. These structures include probes and connectors, as well as the Beatty standard for material parameters. These tests are performed in order to eliminate any design errors, such as reflections.

The PCB boards are then prepared for manufacturing. The process depends on the CAD tool used and the manufacturing facility. It usually involves the generation of Gerber files, which are drawings of each layer. There are several Gerber viewer and verification tools available, some of which are built into CAD tools, while others are standalone applications. One example is ViewMate, which is free to download and use.

The validation process also involves testing the device. The design is tested with a prototype to ensure it meets the expected response. In addition, it includes an analysis of the circuit to determine if the design is stable. The results of this test determine if any changes are required. Some modifications should be made in order to improve the design and ensure that it meets the specifications of the customer.

Placement of components

Placement of components on PCB boards can be done in many ways. You can place them above or below another component, or you can use a combination of these methods. Placements can be made tidy by aligning components by choosing Align Top or Align Bottom. You can also evenly distribute components on the board by selecting components and right-clicking on them. You can also move components to the top or bottom side of the PCB by pressing L.

When designing PCBs, placement of components is crucial. Ideally, components are placed on the top side of the board. However, if the component has a low thermal dissipation, then it can be placed on the bottom side. It is also recommended to group similar components together and place them in an even row. Moreover, you should also place decoupling capacitors in close proximity to active components. In addition, you should place connectors according to the design requirements.

Dielectric breakdown voltage

Whether you’re designing your own PCB or sourcing a PCB from a manufacturer, there are several steps that you should know about. Some of these steps include: testing the PCB’s electrical components and layout for functionality. This is done by running it through a battery of tests in accordance with IPC-9252 standards. Two of the most common tests are isolation and circuit continuity tests. These tests check whether there are any disconnections or shorts in the board.

After the design process is complete, it’s important to consider the thermal expansion and thermal resistance of the components. These two areas are important because the thermal expansion of the board components increases when it gets hotter. The Tg of a board’s components must be high enough to prevent the components from being damaged or deformed. If Tg is too low, it can cause the components to fail prematurely.