サーキット・カード・アセンブリとは？

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サーキット・カード・アセンブリとは？

サーキットカードは、電子部品を搭載したプリント基板である。組み立てにはいくつかのステップがある。最初のステップは、回路を設計することである。これには、専用のソフトウェアや回路図キャプチャツールを使用します。回路図の準備ができたら、次のステップはPCBを印刷することです。その後、銅をエッチングし、PCB基板として使用される非導電性材料の両面にラミネートする。

プリント基板組立

プリント基板の組み立ては、電子部品をプリント基板に接続する複雑な工程である。プリント基板には、電子部品を互いに接続する導電性の経路が含まれている。これらの基板は、非導電性の基板に取り付けられます。最終的な組み立てが完了すると、電子部品ははんだ付けされるか、基板に挿入される。

プリント基板には片面、両面、多層がある。片面基板は1層の銅層で構成され、両面基板は2層です。多層PCBは、内層により多くの部品密度と回路トレースを可能にします。多層PCBは、電子部品や電子機器にますます普及しています。しかし、多層PCBは現場での修理や修正が難しい場合があります。

PCB組立工程は設計から始まる。PCB上の部品のレイアウトは、銅層の数と位置によって決まります。層数の多いPCBはより複雑で、製造に時間がかかります。層数と相互接続設計の選択は、設計する回路によって異なります。層数が多いほど、設計者は配線オプションを増やし、シグナルインテグリティをよりよく制御できますが、製造コストは高くなります。アセンブラーはまた、組み立て工程でパネル上に部品を配置する。

回路カードの組み立て工程

回路カードの組み立ては、プリント基板（PCB）に電子部品を接続する工程である。回路カードの組み立てには、回路を作り、電子部品を配置し、はんだ付けすることが含まれます。また、最終的な組み立ての前に、回路カードを洗浄し、品質を検査することも含まれます。

回路カードは片面または両面の製品である。コンポーネントやテストポイントを示すシルクスクリーンが付いている場合もある。それは、電子製品を接続するために使用することができ、またはそれは、コンピュータの機能を制御するために使用することができます。回路基板を組み立てるには、はんだ付けの技術と専門的な機器が必要です。また、先端が細いはんだごてが必要です。細いこて先を使えば、小さな部品をはんだ付けしやすくなり、生産速度をコントロールしやすくなる。また、はんだごてを調整し、PCBと部品を予熱して、確実に接続することも重要です。

回路カードは、PCBA基板によって一緒に保持された電子部品のいくつかの層を持っています。これらのPCBA基板は、銅または他の導電性材料で作られる。銅の層も回路基板に積層され、複数の層が使用されることもある。その後、銅はソルダーマスクで覆われ、部品をショートや腐食から保護する。初期の頃、回路は電池か直流電流で動いていた。その後、ニコラ・テスラが電流の電圧を変化させることができる交流電流を発明した。

回路カードの組み立てに使用される材料

回路カードの組み立て工程では、さまざまな材料が使用される。最も一般的なものは、誘電体材料であるFR-4である。銅張積層板も、現在広く使用されている材料です。銅張積層板は、エッチングされていない銅を含む基板材料の一種です。

回路カードの組み立てに使用される材料は、電気的および熱的特性に基づいて選択される。また、政府の要求を満たすために選択されることもある。例えば、欧州連合の有害物質使用制限（RoHS）指令は、特定の金属や化学物質の使用を制限しています。材料の性能を評価するもう一つの方法は、UL（Underwriters Laboratories）規格です。この格付けは、多くの電子機器に不可欠です。

回路カードの組み立てに使用される材料には、支持用の基板と接続用の導電層がある。基板はフレキシブルなもの、隆起したもの、あるいはメタル・コア・ボードであることもある。次に銅が基板にラミネートされます。PCBAのタイプによって、銅の層は何層かある。最後に、腐食を防ぎ、はんだショートのリスクを減らすため、回路カードの表面にはんだマスクが施される。

回路カードの組み立てコスト

サーキットカードは、プリント基板上のソケットに電子部品を接続する導電経路を持つ誘電体の平らな薄片である。回路カードを組み立てる工程はCCA（Circuit Card Assembly）と呼ばれ、誘電体基板にパターンをエッチングし、電子部品を追加する。

回路カードの組み立てコストは、いくつかの要因に左右される。重要な要因の一つは労働力である。北米の組立会社では、3日間の納期で回路基板1枚あたり平均$1,100ドルかかりますが、中国では同じ数量でわずか$545ドルです。さらに、人件費は地域によって異なる。例えば、北米では回路基板1枚に約$1,100かかるのに対し、中国では同じカードアセンブリに$550かかる。

PCB組み立て工程は高度にカスタマイズされるため、プリント基板のコストが高くなる。しかし、予算を超えることなくカスタマイズを可能にする中間地点があります。PCBアセンブリのコストは、費用対効果の高いサービスを提供する受託製造パートナーを利用することによっても最小限に抑えることができます。PCBアセンブリはまた、自動化された機械だけでなく、いくつかの人的プロセスが含まれます。

マイクロ波PCB用トップ8材料

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マイクロ波PCB用トップ8材料

マイクロ波PCBを購入する場合、これらの回路に使用される材料に注目することが重要です。様々な材料がありますが、マイクロ波PCBに最適な材料は、特定の要因によって決まります。例えば、材料のEr値は2.5以下であるべきで、マイクロ波アプリケーションに適した候補であることを示すDf値が低いべきです。高周波材料は、Dfのばらつきも小さいことが望ましい。

炭化水素系材料

炭化水素ベースのPCB材料は、マイクロ波周波数アプリケーションに最適なオプションです。一般的に、これらの材料は標準的なFR4 PCB製造プロセスと互換性があります。多くの場合、これらのPCB材料はPTFEやガラスよりも好まれます。しかし、マイクロ波周波数回路の材料の選択は、アプリケーションの要件に基づいて行う必要があります。

ガラス繊維

この種の素材は、従来の銅ベースの基板に比べて多くの利点がある。難燃性で、熱的・機械的特性も優れています。ガラス繊維強化プリント基板は、さまざまな理由から、メーカーの最重要選択肢のひとつとなっています。

アルミニウム

マイクロウェーブ用プリント基板は一般に、熱基板にラミネートされた薄いアルミニウム層から作られています。2つの層を接着するために熱接着材料を使用することができ、熱材料はアルミニウムの片面または両面にラミネートすることができます。その後、ラミネートされたアセンブリに貫通穴が開けられ、メッキが施されます。アルミニウム基板のスルーホールは電気絶縁を維持します。

銅

銅はマイクロ波プリント基板に最もよく使われる材料の一つですが、この種の設計には他の材料にも利点があります。手始めに、銅は非常に低い絶縁耐力を持っています。この特性は、ある用途ではマイクロ波PCBの性能を制限します。第二に、銅は融点が高く、マイクロウェーブ用PCBとしては最も高価な材料の一つです。

FR-4ガラス/エポキシ

PCB用FR-4ガラス/エポキシはPCBに使用される高周波材料である。この材料は電気的、機械的仕様に優れ、経年変化も比較的安定している。しかし、ドリルビットや切断鋏をすぐに鈍らせる傾向があるなど、いくつかの欠点がある。さらに、研磨性があり、ガラスの破片は痛みを伴うことがある。

FR-5ガラス/エポキシ

マイクロ波PCBは、従来のPCBとは異なるメタライゼーションプロセスを必要とする。一般的には、FR-4ガラス/エポキシ材料が好まれます。これは低コストで難燃性の材料であり、何十年もの間、業界標準となっています。

FR-2ガラス/エポキシ

マイクロ波プリント基板の材料を選択する場合、この材料が提供できる特性の範囲を理解することが重要です。ガラス/エポキシは、マイクロ波周波数での誘電損失が低いフレキシブルな回路材料です。FR-4は、難燃性エポキシ樹脂で接着されたガラス繊維強化ラミネートです。全米電機工業会は、この材料をUL94VO準拠と指定しており、マイクロ波PCBには良い選択です。

FR-3ガラス/エポキシ

マイクロ波PCB製造用のFR-3ガラス/エポキシは、織ガラス強化材料とエポキシ樹脂バインダーから生まれた高性能材料です。この材料は高温への耐性を含む例外的な機械特性を有する。また、低吸湿性、耐薬品性、絶大な強度でも知られています。これに比べ、FR-1とFR-2はガラス転移温度が低い紙ベースの材料である。

5Gの異なる周波数帯域におけるPCB回路材料の選択とその影響

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5Gの異なる周波数帯域におけるPCB回路材料の選択とその影響

5Gへの切り替えは多くの業界にとって重要な決断となるが、切り替えの可否はそのアプリケーションや業務によって異なる。競争力を維持するために新技術を迅速に採用する必要がある業界もあれば、時間をかけたい業界もあるだろう。どの業界であっても、新しい高速材料の使用に伴う潜在的なコストを考慮する必要があります。プリント基板のスタックアップ時間は、高速材料によって大幅に増加する可能性があるため、時間をかけて正しい決断をする価値があります。

誘電率

PCB材料の選択に関して、誘電率は重要な考慮事項です。誘電率は、温度変化にさらされたときに材料がどの程度の速さで膨張・収縮するかを決定します。PCB材料の熱伝導率は、通常、1メートルあたり1ケルビンあたりのワット数で測定されます。誘電体材料によって熱伝導率は異なります。例えば銅の熱伝導率は386W/M-oCです。

PCB材料を選択する際、基板の実効誘電率が電磁波の速度に影響することを覚えておいてください。PCB基板材料とトレース形状の誘電率は、信号が回路をどれだけ速く伝わるかを決定します。

誘電率は、5Gネットワーキング用のPCB材料を選択する際の重要な考慮事項である。誘電率が高いと電磁信号を吸収し、通信の感度が低下する。したがって、誘電率の低いPCB材料を選択することが極めて重要です。

トレース厚さ

5G技術の周波数範囲は、これまでの無線通信技術よりも広い。これは、より短い構造が信号によって励起されやすいことを意味する。通常、PCBトレース1本の波長は1センチメートルである。この周波数範囲であれば、トレース1本でも立派な受信アンテナになる。しかし、周波数帯域が広くなるにつれて、PCBトレースの感受性は高くなります。したがって、最適なシールド方法を決定することが不可欠です。

5G規格の周波数帯域は、ローバンドとハイバンドの2つに分かれている。第1バンドはミリ波領域で、第2バンドは6GHzの閾値以下である。30GHzと77GHzを中心とする帯域がモバイルネットワークに使用される。

つ目の帯域はローバンドで、遠隔地の風力発電所や採掘作業、油田と通信するためにエネルギー分野で一般的に使用されている。また、農業のスマートセンサーを接続するためにも使われる。ミッドバンド5Gは1.7GHzから2.5GHzで通信し、速度とカバレッジのバランスがとれている。広いエリアをカバーし、比較的高速な通信速度を提供するように設計されているが、それでも家庭のインターネットより速い。

コスト

電子製品の製造において、プリント基板の材料選択は非常に重要である。5Gのような高い周波数帯で製造する場合、多くの課題があります。幸いなことに、PCBA123はこの新しい周波数帯域の要件を満たす材料ファミリーを作成しました。

5Gネットワークで使用される高いキャリア周波数は、より高いデータレートと低遅延を可能にする。これにより、より多くのデバイスの接続性が向上する。つまり、5Gがモノのインターネットの標準になる可能性があるということだ。しかし、周波数帯域が増えるにつれて、デバイスの複雑さも増す。

幸い、プリント基板のコストを下げる方法はいくつかある。例えば、Tgの低い低損失液晶ポリマーを使うという方法がある。このオプションはコストを下げることができる反面、誘電率に関する新たな懸念が生じる可能性がある。また、低温用途に適したフレキシブル・セラミックやポリイミドを使用する方法もあります。

熱膨張

高周波プリント基板回路には、熱膨張特性の異なる材料が必要です。FR-4は高周波回路で最も一般的に使用される材料ですが、損失を最小限に抑えるために使用できる材料は他にも数多くあります。これらの材料の中には、純粋なポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、セラミック充填PTFE、炭化水素セラミック、高温熱可塑性プラスチックなどがあります。これらの材料はDk値が異なり、損失係数は表面の汚染物質、ラミネートの吸湿性、製造温度に基づいています。

5G技術で使用されるPCB回路材料は、より高い温度変化に耐える必要がある。耐熱性を高めることで、既存の回路基板加工設備を使用して回路基板を加工できるようになる。さらに、5G技術では、より高品質なPCB材料が必要となる。例えば、Isola MT40は厚さ方向の熱膨張係数が小さく、Dk/Dfが0.03であることから、高周波用途に適した材料であることがわかる。

シグナル・インテグリティを確保するため、5Gシステムには高速・高周波部品が必要となる。効果的な熱管理によって、これらのコンポーネントは可能な限り高速で動作するように設計することができます。熱伝導率（TCR）は、温度に対する基板の誘電率を測定する特性である。回路が高周波動作にさらされると発熱し、誘電性能が低下します。

高速PCB設計を始めるための3つのコンセプト

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高速PCB設計を始めるための3つのコンセプト

高速PCB設計を始める前に、理解しておくべき基本的な概念がいくつかあります。インピーダンス計算、回路図、フットプリント割り当てツールなどです。また、トレースの長さを維持することの重要性も考慮する必要があります。

回路図

回路図はPCB設計において重要な役割を果たします。設計上の問題を伝達し、最終的なPCBが必要な仕様をすべて満たしていることを確認するのに役立ちます。さらに、回路図は高速設計に適切なフレームワークを提供します。高速回路を整理する最適な方法がわからない場合は、回路図に関する最も重要な概念をお読みください。

高速プリント基板用の回路を設計する場合、部品や回路の流れを論理的なグループにまとめることが重要です。これは、基板上の回路をレイアウトする際に役立ちます。また、特定の敏感なコンポーネントをグループ化することもできます。対照的に、設計が低速製品の場合、回路フローは大きな関心事ではないかもしれません。その代わり、回路図シート上のスペースを最大限に活用することに気を使うかもしれません。

高速プリント基板を設計する場合、配線プロセスを慎重に検討する必要があります。このプロセスにはさまざまな手法が採用されるため、必ずその分野の専門家と協力してください。例えば、中央のプロセッサーを基板の中央付近に配置し、そこで基板上の他の部品とインターフェイスするようにします。そして、その周囲に周辺機器を配置します。

インピーダンス計算

高速PCB設計にはインピーダンス計算が必要です。計算には、誘電率とトレース幅が含まれる。これらの値を設計プロセスで使用し、最終的なインピーダンスを決定する。PCB設計は、インピーダンス計算機能を内蔵したスタックアップエディタを使用することで簡略化できます。

インピーダンスの計算に加え、シグナルインテグリティツールやインピーダンス制御配線も高速PCB設計には不可欠である。インピーダンスを適切に制御しなければ、回路を効果的に設計することはできない。その結果、 シグナルインテグリティが低下する可能性がある。基板のすべてのパラメータを管理するのは、時間のかかる作業である。

高速PCB設計では、基板上の信号のインピーダンスが1桁以内であることを確認することが必須である。例えば、CPCI信号線のインピーダンスは65Ω、差動信号のインピーダンスは100Ωでなければならない。基板上の他の信号のインピーダンスは、少なくとも50Ωでなければならない。さらに、PCBの配線スペースは少なくとも10層は必要である。これは、各信号層に隣接するイメージプレーンと完全なグランド層があるためである。これを達成するために、PCB設計は密度を最大にするためにトレースのバランスをとらなければならない。

フットプリント割り当てツール

高速PCB設計プロジェクトを成功させるには、基板上で信号がどのように操作されるかを理解することが重要です。信号は適切なタイミングで到着する必要があり、エラーがあるとデータが破損する可能性があります。さらに、不適切に配置されたトレースは、他の信号の干渉を引き起こす可能性があります。そのため、高速PCB設計はケースバイケースで慎重に評価する必要があります。

 

PCBデザイナーとは？

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PCBデザイナーとは？

この記事では、PCB設計者とは何か、彼らはどこにいるのか、どのようなコンピュータソフトウェアを使用するのか、そしてどのようなキャリアの機会があるのかについて説明します。PCB設計者はプリント回路基板の設計を担当します。彼らはまた、配置と配線が正しいことを確認するために設計ルールチェックを使用します。これにより、製造のやり直しを減らすことができます。

プリント基板設計者

プリント基板を作成する際、エンジニアは創造力を発揮し、革新的なソリューションを提供しなければなりません。回路図、部品リスト、ボードの機能に関する基本的な説明をもとに、顧客のニーズを満たすデザインを開発しなければなりません。さらに、プリント基板エンジニアは、設計基準を確立し、CAD/CAMソフトウェアを使用し、完成した設計要素を検証しなければなりません。その他の重要な仕事には、寸法、数量、材料のチェックが含まれます。

プリント回路基板設計者は、プリント回路基板の設計と配置を行う人である。コンピュータ支援製図（CAD）プログラムを使用してコンピュータ化されたデザインを作成し、部品を正確に配置します。また、クライアントの仕様を満たすために部品をどのように配置すべきかを決定する創造性も求められます。製品にもよるが、デザイナーは独立して働くこともあれば、企業で働くこともある。CADソフトを使ってカスタムデザインを作成したり、既存のデザインを最適化したりすることもあります。

PCB設計に使用されるCADソフトウェアは、PCB設計者が部品のライブラリを準備することを要求する。これらのライブラリ部品には、抵抗器、コンデンサ、コネクタ、集積回路などが含まれます。これらの部品は、最も効率的な機能を実現するために適切な場所に配置する必要があります。

基板設計の場所とルート

PCB設計者は、エレクトロニクスとCADソフトウェアへの強い理解が必要です。また、RFやアナログレイアウトに関する十分な経験も必要です。さらに、PCBに関連する一般的な設計ルールにも精通していなければなりません。さらに、エンジニアリング図面やライブラリーの扱いにも精通していなければなりません。また、BOMと構成管理の概念にも精通していなければなりません。

プリント基板設計者が使用するコンピュータ・ソフトウェア

The PCB designer uses a variety of tools and software to create circuit boards. PCB design software can automate processes and improve quality. It also allows designers and stakeholders to see changes and ensure that all project specifications are met. In addition to creating circuit boards, PCB design software also helps engineers collaborate on projects.

PCB design software can range in cost and features. Choose a program that is suitable for your needs. Some software is free, while others require a small investment. You should also consider the operating system you’re using. Some PCB design software is compatible with MacOS and Linux, but others require a Windows OS.

Some PCB designer software has advanced features that make it easy to create complex circuit boards. Some of these tools also export designs in multiple formats. Make sure that the PCB design software offers extensive support and has a large library of standard parts. This will help you avoid having to reinvent the wheel each time you want to make a new part.

Career opportunities for pcb designer

There are a variety of PCB design jobs available. These designers work with a variety of people, including engineers and other designers, to create the perfect board. They must be excellent communicators to ensure that the final design meets all specifications. They also communicate with clients and manufacturers to explain how their designs will benefit the final product. A good PCB designer should have excellent verbal and written communication skills.

Education is also a vital part of a PCB designer’s career. In addition to a bachelor’s degree, a PCB designer can pursue additional certifications and learning courses to increase their knowledge of PCB design. These courses can provide specialized training in PCB tools and technology trends. Some of these programs are offered online by a variety of institutions.

A PCB designer must have extensive knowledge of electronics and CAD software. They should also have a working knowledge of RF and analog layouts. It is also important that a designer knows how to create the PCB’s design on software, and be able to view the physical version of the PCB in a digital format to check for errors. This type of expertise is important, because it will allow the designer to save time and money on the creation of circuit boards.