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。