PCB設計の4つの黄金律

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PCB設計の4つの黄金律

PCBを設計する際には、必ず守らなければならないいくつかの黄金律があります。例えば、DRC（Design Rule Check）をできるだけ頻繁に行うこと、部品をグループ化すること、トレースを分離すること、サーマルリリーフパターンなどです。これらはすべて、設計プロセスをよりスムーズに進め、コストを削減するものです。さらに、これらのルールは、在庫の判断を容易にすることで、時間とコストの節約につながります。

デザインルールチェック(DRC)を我慢できる範囲内で何度も行う

デザインルールチェック（DRC）は、エンジニアがコストのかかるデザインエラーを回避するのに役立つ重要なプロセスです。DRCは、PCBデザインに実装される前に、欠陥を特定するのに役立ちます。デザインルールチェックは、設計が仕様を満たしているか、最終的な組み立てに問題がないかを確認する効率的な方法です。

PCB設計者は、回路図やレイアウト設計に対してDRCを実行し、エラーを特定し修正することができます。これらのツールは、違反の詳細を示す包括的なレポートを生成します。これらのレポートには、違反したルールや、参照デジグネータに関連する特定のコンポーネントなどの詳細が含まれています。これらのツールは、手動で使用することも可能です。ただし、DRCの代わりにはならないことを念頭に置いておく必要があります。

PCB設計のDRCには時間がかかりますが、後々の頭痛の種を軽減することができます。たとえPCB設計がシンプルであっても、頻繁にチェックすることで、面倒な作業の時間を短縮することができます。特に複雑なPCBに取り組んでいる場合は、習慣にしておくとよいでしょう。

コンポーネントのグループ化

部品をグループ化することはPCB設計の重要な部分です。似たような機能を持つ部品は一緒に配置する。例えば、パワーマネージメントICは、LDOや他の類似デバイスとグループ化すべきである。また、パワーマネージメントICなど大電流のデバイスは、アナログ部品やデジタル部品と分離する。また、スイッチング周波数の高い部品や電磁ノイズの多い部品は、他の部品から分離する。機能別に部品をグループ化することで、リターン・パスをコントロールしやすくなり、特定の部品の過熱を避けることもできる。

PCB設計においてコンポーネントをグループ化することは、デジタル信号とアナログ信号間のクロストークや干渉を避けるために不可欠です。クロストークは信号の完全性を損なう問題です。この問題を防ぐには、非同質部品を異なる領域にグループ化するのが最も簡単な解決策です。こうすれば、アナログとデジタルの塊が互いに混乱することはない。

部品の配置は、全体のプロセスや製品の全体的なデザインに影響するため、重要です。不適切な配置は、機能性、製造性、保守性を低下させる可能性があります。また、誤った配置をすると、信号によっては破損することもあります。コンポーネントを正しく配置することで、設計プロセスを改善し、時間を大幅に節約することができます。

トレースの分離

PCB設計のプロセスでは、トレースを分離します。トレースの正確な幅と数は、伝送される信号の性質によって異なります。細いトレースは通常、ノイズ保護や大電流通電を必要としない低電流のTTL信号に使用される。回路基板上で最も一般的なタイプのトレースです。しかし、一部のPCB設計では、大電力信号やその他の電力関連機能を伝送するために、より太いトレースが必要になります。

トレースの形状は、回路を正しく動作させるために非常に重要です。トレースは電気信号の伝送に使用されるため、過熱を防ぎ、PCBの面積を最小にするためには、適切な幅でなければなりません。オンラインには、トレースの適切な幅を計算するのに役立つ電卓ツールがたくさんあります。

プリント基板を設計する場合、アナログ信号とデジタル信号を分離することが重要です。これらの信号は互いに干渉する可能性があり、クロストークを防ぐために分離しておくことが重要です。

サーマルリリーフパターン

サーマルリリーフパターンは、回路基板が広い面積で熱を放散するのを助けるものです。これは、スルーホールのデバイスをはんだ付けするときに便利です。回路基板は、はんだ付けの際に熱がこもるリスクを最小限にするように設計することが重要です。

サーマルリリーフパターンは、部品プレートとビアやグランドプレーンが接する場所に使用する必要があります。サーマルリリーフパターンは、部品の支持を強化し、熱応力を軽減する効果があります。サーマルリリーフは、設計段階で定期的にチェックする必要があります。早期に発見すれば、問題を最小化したり、完全に回避することができます。

また、サーマルリリーフの大きさは、パワートレースの幅に合わせる必要があることも重要なポイントです。サーマルリリーフが小さすぎると、過剰な熱が発生し、接続部が焼損することがあります。より良いサーマルリリーフの設計は、十分な金属と少ないスポークを特徴とするものです。

カスタムプリント基板を作るための5つのポイント

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カスタムプリント基板を作るための5つのポイント

カスタムプリント回路基板を作成する場合、従うべき4つの重要なヒントがあります。これらには、設計プロセスの早い段階で適切な回路基板設計ソフトウェアとコンポーネントを選択することが含まれます。正しい材料を選択することも重要なステップです。最後に、回路図の中で部品が物理的、電気的に近接していることを確認してください。

正しい回路基板設計ソフトウェアの選択

いくつかの異なるソフトウェア・ソリューションから選択することができます。あなたのプロジェクトに適したソフトウェアを選択することで、プリント回路基板の設計が容易になります。オプションによっては、他よりも高度な機能を提供するものもあります。例えば、OrCAD PCB Designerには、シグナルインテグリティ、回路図キャプチャ、自動配線、制約管理のためのライブラリが含まれています。また、さまざまな電子ソリューション、英語、Windowsオペレーティングシステムをサポートしています。

回路基板設計ソフトウェアは、電子製品の設計に欠かせないものです。エンジニアが電子回路を視覚化し、解析するのに役立ちます。また、機械エンジニアと設計を共有するのにも役立ちます。優れたPCB設計ソフトウェアには、豊富な部品ライブラリが用意されています。あらかじめ定義された部品のライブラリがあれば、新しい部品を作成するたびに車輪を再発明する必要はありません。

世の中には多くのEDAツールがあるが、最高のものは無料ではない。堅牢な機能を備えたプレミアム・ツールなのだ。ニーズに合ったものを選ぶのは難しいかもしれません。考慮すべき最も重要な点は、選択したソフトウェアのコミュニティ・サポートです。カスタムプリント回路基板に適したソフトウェアを選択することで、設計がより容易になります。

設計の初期段階での部品の選択

カスタムプリント回路基板を作成する際には、設計プロセスの早い段階で部品を選択することが非常に重要です。早期に部品を選択することで、PCBレイアウトや製造における問題を回避することができます。設計プロセスには、基板がお客様のニーズに適していることを確認するためのいくつかのステップが含まれています。最初のステップは、PCBの範囲を定義することです。これは、ボード上のすべてのコンポーネントとその位置を指定するプロセスです。

カスタム回路基板のサイズによって、最適な部品が決まります。適切なサイズを選択することは、回路の最終的な機能によって異なります。例えば、デバイス全体にフィットするように、特定のサイズの回路基板を選択したい場合があります。また、大きな回路は1層の銅では収まらないため、2層の銅を選択する必要があるかもしれません。その場合、トレースはPCBの両面に配線する必要があります。

早期の部品選定は、プリント基板の性能と寿命にとって非常に重要です。部品の配置は、熱分布、重量、性能に影響を与えます。カスタムPCBを設計する際には、業界のベストプラクティスを遵守する必要がありますが、設計プロセスにもあなたの個人的なスタイルを注入することをお勧めします。あなたの個人的なアイデア、スタイル、創造性を設計プロセスに統合することで、カスタムPCBを競合他社から際立たせることができます。

デザインルールチェックの実施

デザイン・ルール・チェック（DRC）の実施は、カスタムプリント基板を作成するエンジニアにとって重要なプロセスです。これにより、潜在的なエラーを特定し、製造開始前に修正することができます。デザイン・ルール・チェックは、基板設計がすべての製造パラメータを満たしていることを確認するために、頻繁に実施する必要があります。例えば、DDRルールでは、PCBに対称でなければならない差動インピーダンスを持つトレースが含まれているかどうかをチェックします。

デザインルールチェックを行うことで、エンジニアは基板が顧客の要求を満たしているかどうかを判断することができます。デザインルールチェックは、カスタム基板の製造性を向上させるのにも役立ちます。最新のPCB設計では、何千ものコンポーネントと接続を管理する必要があります。基板によっては複数のレイヤーを持つ場合もあるため、デザインルールチェックは許容可能な製造歩留まりを確保するために不可欠です。

DRCは設計とレイアウトを一緒に実行し、2つの間の緊密なコラボレーションを可能にします。そうすることで、設計者はPCBが必要なデザインルールを満たしていることを確認し、予期せぬSI、EMI、安全違反を回避することができます。また、設計要件に合わせてテストを修正し、コストのかかる基板不良を最小限に抑えることができます。このような改善により、製品の市場投入までの時間を短縮し、収益性を最大化することができます。

素材選び

カスタムプリント回路基板の材料を選ぶ際には、PCBが使用される環境や用途など、いくつかの要素を考慮する必要があります。また、業界特有の規格や規制要件も考慮する必要があります。例えば、火災や熱の安全性に関する厳しい要件に準拠する必要がある場合があります。適切な特性を持つ材料を選択することで、手頃な価格で望ましい性能を達成することができます。

PCBに使用される材料は、完成品の全体的な性能にとって極めて重要です。PCB材料によって電気的特性は異なり、それによって特定の用途への適合性が決まります。例えば、高周波伝送用の回路基板を設計する場合、熱膨張率（CTE）の低い材料を選択する必要があります。

カスタムPCBの材料を選ぶ第一歩は、回路基板がどのように作られるかを理解することです。PCBは、基板とラミネートの2つのコンポーネントで構成されています。基板は、銅箔や他の表面材料を含む回路基板の構造と基盤を提供します。一部の基板にはコア材も含まれます。

回路基板は何をするものなのか？

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回路基板は何をするものなのか？

回路基板を構成する部品やコンポーネントは数多くある。この記事では、プリント回路基板の部品と機能について説明する。また、回路基板のレイアウトについても取り上げます。これらの部品やコンポーネントの基本的な理解ができれば、回路基板がどのように機能するかをより理解することができます。ご不明な点がございましたら、ご遠慮なくお問い合わせください！私たちのフレンドリーなスタッフがいつでもご質問にお答えします！この記事が皆様のお役に立てれば幸いです！

プリント基板

プリント回路基板は、携帯電話からコンピューターまで、ほとんどの電子機器の基幹部分である。これらの回路基板は、導電性経路を挟んだ金属層でできている。通常、別々にエッチングされた層が積層され、パターンが形成される。プリント回路基板にはトレースも含まれており、これは基板内を信号が移動し、異なる部品間で情報を伝達する経路である。

これらの層は、プロッターと呼ばれる特殊な装置を使用して作成されます。この機械は、プリント基板の写真フィルムを作成し、正確なディテールと高品質の印刷を達成することができます。プロッターは、PCB上のさまざまな層に似たインクを印刷する。基板は通常、グラスファイバーかエポキシ樹脂でできている。次に、パネルの片面または両面に銅を接着します。これが終わると、感光性フィルムがパネルに追加される。

機能

回路基板は、特定の機能を完成させるために協働するさまざまな部品でできている。主な部品は、コンデンサ、抵抗器、トランジスタである。これらの部品は、電流が高い電圧から低い電圧に流れるようにし、電化製品が適切な量の電力を受け取るようにします。

コンポーネント

回路基板で最も重要な部品のひとつがトランスだ。電圧を変えることで電気エネルギーを変換し、回路を機能させます。これらのデバイスにはさまざまな構成があり、専門の回路設計者は回路を設計する際に電圧変換のプロセスを考慮することがよくあります。トランスは通常、一連のコイルに囲まれた金属コアで構成されています。これらのコイルの1つは2次コイルとして知られ、もう1つは1次コイルです。

その他のPCB部品には、スイッチやリレーがある。これらのデバイスは、電力を調整し、オン・オフするために使用される。半導体スイッチの一種にシリコン制御整流器（SCR）があり、小さな入力で大電力を制御できます。コンデンサーや抵抗器などの受動素子もPCBに搭載されている。

レイアウト

回路基板のレイアウトは、PCB設計の重要な部分である。これは、基板上のさまざまな部品や穴の配置を決定する複雑なプロセスです。回路基板には、産業用や民生用などさまざまな種類があります。これらのタイプの回路基板はほとんど類似していますが、PCBレイアウト設計者は、各技術に固有の要件と基板が使用される環境を考慮する必要があります。

電磁両立性

電磁両立性（EMC）は、電子回路を設計する際に重要な概念である。回路内の信号に干渉する電磁ノイズの問題を扱う。EMCは完成品に大きな影響を与える可能性があるため、設計の初期段階で考慮することが不可欠です。適切なPCB設計により、EMC問題を回避し、システムの機能性を確保することができます。

回路基板は、電磁干渉による機能への影響を防ぐため、EMC規格とガイドラインに準拠する必要があります。最も一般的なEMC問題は、不適切に設計された回路に起因します。その結果、互換性のない信号が互いに干渉し、回路基板が故障する原因となります。これは、EMC設計の原則に従うことで回避することができ、回路設計に概説する必要があります。

耐久性

PCBの耐久性は、特にPCBが過酷な環境にさらされる場合、電子設計において重要な考慮事項です。例えば、産業用PCBは頑丈で耐久性が必要な場合があります。また、高温に耐える必要がある場合もあります。また、産業用PCBには、スルーホール技術のような特殊な組立工程が必要になることもあります。産業用PCBは、電動ドリルやプレスなどの機器の電源として使用されることが多い。その他の用途としては、DC-ACパワーインバータや太陽光発電コージェネレーション機器などがあります。

PCBの耐久性は、受動部品やデバイスを組み込むことで向上させることができます。パルス耐久性は、受動素子や能動素子を選択する際に考慮すべき最も重要なパラメータの一つである。これは、最大消費電力とパルスサージ後に発生する抵抗変化を決定するのに役立ちます。また、パルス回路の実用性を判断する際にも役立ちます。回路基板の耐久性を向上させるために、薄膜抵抗器をPCB表面に作製したり、PCBに埋め込んだりすることができます。一例として、FR-4ラミネート上のニッケル-リン合金があります。これはシート抵抗が25 O/sqである。

安全性

回路基板は、あらゆる電子機器の重要な部品である。回路基板に不具合が生じると、機器が正常に機能しなくなったり、完全に故障したりすることさえある。消費者市場の要求が高まっているため、エンジニアはより小さく、より効率的で、フレキシブルな回路基板の設計に取り組んでいる。さらに、市場投入までの厳しい期限を守らなければなりません。そのため、設計にミスが生じ、製品の評判を損なう可能性があります。

職場が安全であり、従業員が適切な訓練を受けることが極めて重要である。PCBへの暴露は、目や皮膚の炎症、呼吸器の炎症など、深刻な健康被害をもたらす可能性がある。従業員は、防毒マスクや手袋などの保護服を着用すべきである。また、EPAのガイドラインに従って、有害化学物質を適切に保管・廃棄しなければならない。