EMF放射を制御するためのPCBレイヤースタックアップの使用方法

PCBレイヤースタックアップは、EMCを低減し、EMFエミッションを制御する最良の方法の一つである。しかし、リスクがないわけではありません。2つの信号層を持つPCBを設計すると、信号を配線するための基板スペースが不足し、PWRプレーンが切断される可能性があります。そのため、信号層は2つの積層導電プレーンの間に配置するのがよい。

6層PCBスタックアップの使用

6層PCBスタックアップは、高速信号と低速信号のデカップリングに効果的で、パワーインテグリティの向上にも使用できる。表面導電層と内部導電層の間に信号層を配置することで、EMIを効果的に抑制することができます。

PCBスタックアップの2層目と5層目に電源とグランドを配置することは、EMI放射を制御する上で重要な要素である。電源の銅抵抗は高く、コモンモードEMIの抑制に影響する可能性があるため、この配置は有利である。

6 層 PCB スタックアップには、さまざまな用途に役立つさまざまな構成があります。6層PCBスタックアップは、適切なアプリケーション仕様に合わせて設計する必要があります。そして、その機能を保証するために徹底的にテストされなければなりません。この後、設計はブループリントとなり、製造工程の指針となります。

かつてPCBはビアのない単層基板で、クロック速度は100kHz台だった。最近では50層にもなり、層間や両面に部品が配置されている。信号速度は28Gb/S以上に向上している。固体層スタックアップの利点は数多くある。放射を減らし、クロストークを改善し、インピーダンスの問題を最小限に抑えることができる。

コアラミネート・ボードの使用

コアラミネートPCBを使用することは、EMI放射から電子機器を保護する優れた方法です。この種の放射は、高速で変化する電流によって引き起こされます。これらの電流はループを形成し、急激に変化するときにノイズを放射します。放射を抑制するには、誘電率の低いコアラミネート基板を使用する必要があります。

EMIはさまざまな原因で発生する。最も一般的なのはブロードバンドEMIで、無線周波数で発生する。EMIは、回路、送電線、ランプなど、さまざまな原因で発生する。産業機器にダメージを与え、生産性を低下させます。

コアラミネート基板は、EMI低減回路を含むことができる。各EMI低減回路は、抵抗器とコンデンサから構成される。また、スイッチングデバイスを含むこともできる。制御回路ユニットは、EMI低減回路に選択信号および制御信号を送信することにより、各EMI低減回路を制御する。

インピーダンス不整合

PCB layered stackups are a great way to improve EMI control. They can help contain electrical and magnetic fields while minimizing common-mode EMI. The best stackup has solid power and ground planes on outer layers. Connecting components to these planes is faster and easier than routing power trees. But the trade-off is increased complexity and manufacturing costs. Multilayer PCBs are expensive, but the benefits may outweigh the trade-off. To get the best results, work with an experienced PCB supplier.

Designing a PCB layered stackup is an integral part of the signal integrity process. This process requires careful consideration of mechanical and electrical performance requirements. A PCB designer works closely with the fabricator to create the best possible PCB. Ultimately, the PCB layer stackup should be able to route all signals successfully, keep signal integrity rules intact, and provide adequate power and ground layers.

A PCB layered stack-up can help reduce EMI radiation and improve signal quality. It can also provide a decoupling power bus. While there is no one solution to all EMI issues, there are several good options for optimizing PCB layered stacks.

Trace separation

One of the best ways to control EMI radiation is to use layer stack up in PCB designs. This technique involves placing the ground plane and signal layers next to each other. This allows them to act as shields to the inner signal layers, which helps reduce common-mode radiation. Moreover, a layered stackup is much more efficient than a single-plane PCB when it comes to thermal management.

In addition to being effective in containing EMI radiation, a PCB layered stack design also helps improve component density. This is done by ensuring that the space around the components is larger. This can also reduce common-mode EMI.

To reduce EMI radiation, a PCB design should have four or more layers. A four-layer board will produce 15 dB less radiation than a two-layer board. It is important to place the signal layer close to the power plane. The use of good software for PCB design can aid in choosing the right materials and performing impedance calculations.

SMD対THT対SMT

どのタイプのPCBを使用するかを決める際には、SMDとTHTの違いを理解することが重要です。それぞれのタイプには利点と欠点があります。SMTは高度な設備とカスタムステンシルを必要とし、THTは手はんだで部品を取り付けます。このような違いがあるため、一般的にSMTは大規模生産や高速アプリケーションに適しています。対照的に、THTは小規模なプロジェクトや試作品に適しています。

smd vs tht vs smt

エレクトロニクスにおいて表面実装技術とは、電子部品をプリント基板に直接実装するプロセスを指す。その利点には、より小型のプリント基板を製造できることが含まれる。従来のスルーホール技術に取って代わるものです。

一般的に、SM部品はスルーホール部品よりも小さく、部品本体の端に接触端子がある。コンデンサ、インダクタ、抵抗器など、多くの部品がSMDパッケージで提供されています。

表面実装デバイスは一般的にスルーホールに比べて安価だが、より高度な生産技術と設計が必要となる。設備投資の増加は、完全に自動化されたセットアップによる高いスループットによって相殺される。生産時間の短縮は、多くのメーカーにとってより良い選択となります。

SMT部品とTH部品の主な違いは、機械的安定性と微細ピッチの要求です。SMT部品は、安価であることに加え、特に小型部品の場合、大量に組み立てることが容易です。ピックアンドプレイス機とリフローオーブンを使用して、SMT部品は高速で組み立てられます。しかし、SMT部品を適切にはんだ付けするには、より多くの訓練と高価な装置が必要です。

THTはSMTよりも穴あけが必要だが、より強力な機械的結合が得られる。部品がより大きなストレスにさらされる高信頼性アプリケーションに適している。しかし、余分な穴あけは欠点であり、回路基板のコストを増加させる。

SMTはプリント基板への穴あけが少なくて済むが、スルーホールアセンブリーはかなり高価になる。しかし、より効率的です。さらに、SMTではドリル穴の数が少なく、より小さなプリント基板を製造できるため、コストを削減できます。さらに、SMTは自動化された機械を使って部品を配置するため、THTよりも安くなります。

生半可な人人では人人にはー表面実装技術はー技術にー高い技術力とー設備と、ー高い技術力、ー設備費ーがーコスト削減に加え、表面実装部品はスルーホール部品よりも信頼性が高い。また、表面実装技術は、単位面積当たりの部品密度を高めることも可能です。

しかし、SMT部品はスルーホール部品よりも小さいことが多い。その大きさのため、マーキングを読むには拡大が必要なことが多い。このため、プロトタイピング、リワーク、修理にはあまり好ましくないが、はんだごてを使ってこれらの部品を修理することは可能である。しかし、これにはかなりの熟練を要し、常に実行可能というわけではない。

表面実装デバイスには様々な形状や材質があります。それらは異なるカテゴリーに分類される。コンデンサーや抵抗器のように受動的なものもあれば、ダイオードのように能動的なものもある。また、ダイオードのようにアクティブなものもあります。集積回路のように、両方のタイプのデバイスが混在している場合もあります。

PCB業界では表面実装技術が主流になりつつあるが、用途によってはスルーホール技術の方が優れている場合もあることを念頭に置いておく必要がある。スルーホール技術は表面実装技術よりも信頼性が高く、軍事用途にも多く使用されています。また、テストや試作、部品交換も容易です。スルーホール部品を使ったブレッドボードは、プロトタイピングに理想的です。

PCB相互接続設計におけるRFの影響を最小限に抑える方法

PCB相互接続設計においてRFの影響を最小化する方法はいくつかあります。その中には、トレースが互いに近接しないようにする、グランドグリッドを使用する、RF伝送ラインを他のトレースから分離する、などがあります。

多層構成

PCB相互接続設計におけるRF効果は一般的な問題である。この影響は主に非理想的な回路特性のために発生する。例えば、ICを2つの異なる回路基板に配置した場合、その動作範囲、高調波放射、干渉感受性は大幅に異なります。

この影響を最小限に抑えるためには、多層構成が必要である。このような基板は、合理的なレイアウト、高周波インピーダンス、シンプルな低周波配線を備えている必要がある。適切な基板材料を使用することで、信号損失を最小限に抑え、回路全体のインピーダンスを一定に保つことができる。信号が回路から伝送線路に移行する際には、インピーダンスを一定に保つ必要があるため、これは極めて重要である。

インピーダンスは、PCB相互接続設計におけるもう一つの問題である。インピー ダンスとは、2 つの伝送線路の相対インピーダンスのことで、PCB 表面から始まり、コネクタや同軸ケーブルに至る。周波数が高いほど、インピーダンスの管理は難しくなる。したがって、より高い周波数を使用することは、設計上の重要な課題であると思われる。

グラウンドグリッドの作成

RFの影響を減らす一つの方法は、PCB上にグランドグリッドを作ることです。グラウンド・グリッドとは、グラウンドにトレースで接続された一連のボックス・セクションのことである。その目的は、低インピーダンスを維持しながら、信号のリターンパスを最小化することです。グランド・グリッドは、単一のトレースでも、重なり合ったトレースのネットワークでもかまいません。

グランドプレーンは、信号トレースのインピーダンスを計算するための基準として機能する。理想的なシステムでは、リターン電流は信号トレースと同じプレーンに留まります。しかし、実際のシステムでは、プリント基板の銅メッキのばらつきや使用されているラミネート材など、さまざまな要因によって、リターン電流が理想的な経路から外れることがあります。

RF伝送ラインと他のトレースの分離

複数のトレースを持つ回路を設計する場合、RF伝送ラインを他の回路から分離することが重要である。クロストークを防ぐためには、これらのトレースを分離することが重要である。そのためには、RF伝送線路の間隔を少なくともトレース幅2本分離すのがベストである。この距離により、放射エミッションが減少し、容量性カップリングのリスクが最小化される。

RF伝送線路は通常、ストリップラインによって他のトレースから分離される。多層プリント回路基板では、ストリップラインは内層に最も簡単に構築できる。マイクロストリップと同様、ストリップラインにはRF伝送線の上下にグランドプレーンがある。ストリップラインはマイクロストリップよりもアイソレーションが良い反面、RF損失が高くなる傾向があります。このため、ストリップラインは一般的に高レベルのRF信号に使用されます。

PTFEセラミックスの使用

PCB相互接続設計において、RF効果は非常に現実的な懸念事項です。高周波のため、トレース上を移動する信号がシフトすることがあります。このため、信号の速度とトレース形状によって誘電率が変化します。PCB基板材料の誘電率も信号の速度に影響します。

セラミックスとはんだを比較した場合、PTFEセラミックスの方がFEPセラミックスよりも有利です。前者は安価で製造が容易ですが、信号の信頼性が低下します。その上、PTFEセラミックスは吸湿しにくい。しかし、PTFEセラミックスが炭化水素で覆われると、吸湿性が高まる。

対称ストリップライン配線

ストリップライン配線は、デジタル回路設計では一般的な手法である。これは、2つのグランドプレーンに挟まれた誘電体層を使用し、中央に信号を伝える導体を配置する。この方法は対称ストリップラインと呼ばれる。典型的なストリップラインの寸法は、s=2.0、w=3.0、t=1.0、b=5.0である。

この方式には、マイクロストリップと比較して2つの大きな利点がある。トレースを小さくできるため、攻撃的な信号に対する保護が強化される。さらに、ストリップライン配線は、相互接続設計におけるRFの影響を最小限に抑えることができる。しかし、基板層の積層とグランドプレーン間の誘電体材料を注意深く考慮する必要があります。

PCBトラック幅については、2インチを超えないこと。これは、立ち上がり/立ち下がり時間が5ナノ秒の高速ロジックにとって重要である。高速ロジックのPCBトラックは特性インピーダンスで終端し、基準プレーンのボイドを避けることが望ましい。

PCBシルクスクリーンをエレガントにアレンジする方法

PCBシルクスクリーンを使用する際に考慮すべきことがいくつかあります。まず、シルクスクリーンの文字をどのように配置するかを決めなければなりません。部品の下やビアパッドの上に配置されないようにしたいので、これは非常に重要です。また、文字が大きすぎないようにすることも重要です。

銅パッドの使用

PCBレイアウトは、慎重な計画を必要とする困難なプロセスです。望ましい結果を得るためには、適切なツールとテクニックを使用することが重要です。その一つの方法として、DOS上でPROTEL AUTOTRAXを使用すると、文字列やレイアウトを編集することができます。ただし、2本足のチップ部品や4列のパッチICでは、パッドサイズを手動で調整する必要がある場合があるので注意が必要です。

シルクスクリーンの作成を始める前に、推奨レイアウトをCMに確認してください。多くの場合、CMはシルクスクリーンをPCBの片面だけに留めるように指示します。

リファレンス・デジグネータの使用

プリント回路基板を設計する際、基板上の部品を明確に識別するには、参照デジネータを使用するのが便利です。通常、文字で始まり、数値が続きます。各参照デジグネータは、コンポーネントの特定のクラスを表します。リファレンス・デジグネータは、PCB に実装された後にはっきりと見えるように、コンポーネントの上に配置する必要があります。リファレンス・デジグネータは通常、黄色または白色のエポキシ・インクまたはシルクスクリーンで描かれます。

リファレンス・デジグネータの配置は非常に重要です。PCB に部品を配置する際は、関連する部品のできるだけ近くに配置するようにしてください。同様に、部品を垂直に配置する場合は、基板の左下端にリファレンス・デジグネータを配置する必要があります。リファレンス・デジグネータを配置することで、組み立てエラーを減らすことができます。しかし、部品記号の下に配置すると、実装後に読みにくくなることがあります。さらに、高速信号トレース上には配置しないことをお勧めします。

自動アライメントの使用

PCBAにはさまざまなシルクスクリーンマーキングや情報が含まれています。これらには、RoHS、FCC、CEなどの規制マークやE-waste廃棄マークが含まれます。さらに、ULマークが付いたPCBもあり、これはUL認定メーカーによって製造された基板であることを意味します。

これらの層は、レイヤーアップとボンディングと呼ばれるプロセスで融合される。外層の素材は、エポキシ樹脂をあらかじめ含浸させたガラス繊維やその他の素材、つまりプリプレグで構成される。また、元の基板と銅のトレース・エッチングも覆います。その後、層は重いスチールテーブルの上で組み立てられる。層がずれないように、ピンは互いにしっかりとはめ込まれる。

リファレンス・デジグネーターの位置は非常に重要である。デジグネータは、識別する部品の近くに配置し、適切に回転させて読みやすくする必要があります。また、配置する部品やコンポーネントがシルクスクリーンで見えないようにすることも重要です。これは、読み取りを困難にする可能性があります。

線幅を手動で指定する

PCBシルクスクリーンの部品を配置するとき、手動で線幅を指定するいくつかの理由があります。最初の理由は、線幅が PCB シルクスクリーンの見た目に影響を与えることです。線幅が大きすぎたり小さすぎたりすると、読むのに苦労するかもしれません。さらに、線が少なすぎると、文字が飛んだりぼやけたりすることがあります。このため、最小線幅を0.15mm（6ミル）に設定することが重要です。一般的には、0.18 mmから20 mmの線幅を指定するのがよい。

シルクスクリーンフォントのサイズなど、他にも考慮すべき点があります。PCB用のシルクスクリーンを作成する場合、最適な読みやすさのために少なくとも0.05インチのフォントサイズを選択する必要があります。リファレンス・デジグネータを配置する場合は、各行の間に約 5 ミルのスペースを空ける必要があります。また、シルクスクリーンのムラを避けるため、左から右へ、下から上へ配置するようにしてください。

製図機能の使用

PCBシルクスクリーンは、完成した回路基板の重要な部分であり、慎重に作成する必要があります。シルクスクリーンを最高の状態に仕上げるには、適切なフォントサイズと線幅を使用してください。そうしないと、インクが飛び散ったり、シルクスクリーンのレイアウトが悪くなったりします。

最も一般的なシルクスクリーンのミスの一つは、極性部品を明確にマークしないことです。例えば、電解コンデンサを使ってプリント基板を描くときは、必ずプラスピンをマークしてください。ダイオードの場合は、アノードとカソードを区別するために、常に「A」または「C」の記号を使用する必要があります。

PCB基板のはんだ付け不良のチェック方法

プリント基板のはんだ付け不良には、いくつかの一般的なタイプがあります。これらの欠陥には、ピンホールとブローホールが含まれます。ピンホールははんだ接合部の小さな穴で、ブローホールは大きな穴です。これらの欠陥はどちらも、不適切な手はんだ付けによって発生します。はんだ付けの過程で、基板内の水分が加熱されて気体になり、溶融したはんだの中を抜けていきます。こうなると基板は空洞となり、ピンホールやブローホールが発生する。

PCBはんだ付け不良の一般的なタイプ

PCBはんだ付けの欠陥のいくつかの一般的なタイプは、不適切なはんだ付け技術に起因する可能性があります。これらの問題には、不均一な加熱や不均一な熱分布が含まれます。その結果、はんだの溶融が不均一になり、部品のトンブストーニングを引き起こす可能性があります。この問題は、適切なはんだペーストを使用し、適切な温度範囲で基板をリフローすることで回避できます。

はんだ付け工程での欠陥は、美しいPCBデザインを台無しにする可能性があります。このような欠陥が設計者の責任であることはまれで、製造ミスの結果である可能性が高い。製造者は、検査段階でこれらの問題を発見する方法を知っておく必要があります。多くの場合、問題はウェーブはんだ付けプロセスにあります。

はんだボールは、はんだの小さなボールが積層板や導体の表面に付着するものです。PCBのはんだ付け技術では、この種の問題を避ける必要があります。はんだボールのあるプリント基板は、ゴツゴツしてくすんで見えます。

一般的な原因

はんだ付けの欠陥は、PCB基板の製造工程で発生する一般的な問題です。これらの欠陥は、短絡、オープンジョイント、または交差した信号線につながる可能性があります。また、はんだの温度や湿度の変化によっても発生します。さらに、はんだが不適切に塗布されると、表面が傾いたり、はんだ付けが不均一になったりします。

PCB故障の最も一般的な原因の一つは熱と湿度です。材料によって膨張と収縮の速度が異なるため、常に熱応力がかかるとはんだ接合部が弱くなり、部品が損傷する可能性があります。このため、高性能PCBには放熱性が求められます。

濡れが不十分な場合も、はんだ接合部が弱くなることがある。はんだ付けはきれいな表面で行い、はんだごての熱量が適切でなければなりません。これを怠ると、接合部が冷たくなり、接合力が不足します。

一般的な検査方法

PCB検査には様々な方法があり、欠陥を特定し、電子製品の品質を保証するために使用される。これらの方法には、目視検査と自動検査が含まれます。これらの検査は、PCBアセンブリプロセスのいくつかの段階で実行されます。これらの検査は、はんだ接合部の開き、部品の欠落や間違い、はんだブリッジなど、さまざまな欠陥を検出することができます。

PCBボードのはんだ付け不良を特定する最初のステップは、部品を特定することです。これを行うには、文字に数字を続けた参照デジグネーターを割り当てる必要があります。PCB上の各部品には固有の参照デジグネータがあります。例えば、抵抗器はRで示され、コンデンサはCで示されます。これらの文字は標準的な文字とは異なる場合がありますが、部品を識別する信頼性の高い方法です。次のステップは、検査テストのタイプを選択することである。これには、AOI、ICT、または機能検査を使用することができます。

もうひとつの一般的なPCBボード検査方法は、X線検査である。この技術では、PCBをあらゆる角度から検査できる機械を使用します。現在、PCBA123は2D X線検査システムを使用していますが、近い将来、3D AXIにアップグレードする予定です。

予防策

PCB基板のはんだ付け不良は、さまざまな問題によって引き起こされる可能性があります。簡単に特定できる問題もあれば、目に見えない問題もあります。PCB基板にこのような欠陥がないかチェックする最善の方法は、自動外観検査システムを使用することです。自動検査システムは、はんだ接合部やコンデンサーの極性などの欠陥を検出することができます。

基板のはんだ付け不良の最も一般的な原因の1つは、はんだが完全に濡れていないことです。これは、はんだの熱量が少なすぎたり、基板上に長く放置されたりした場合に起こります。適切に濡れていない基板は構造的な問題につながり、PCB全体の性能に影響します。しかし、基板の濡れ性を向上させるための予防策はいくつかあります。

PCB基板のはんだ付け不良のもう一つの原因は、不適切なステンシル設計である。ステンシルの設計が不適切な場合、はんだボールが完全に形成されないことがあります。適切なステンシルを使用することで、はんだボール不良を防ぎ、回路性能を確保することができます。