PCB設計リスクを低減する3つのヒント

PCB設計に関連するリスクを低減する方法は数多くあります。すべての部品を同じ方向に配置する、レイヤーの切り替えに複数のビアを使用する、などです。また、アナログ回路とデジタル回路を別々にする、発振回路を熱から遠ざける、といった方法もあります。

コンポーネントを同じ方向に向ける

PCB設計のリスクは、部品を同じ方向に配置することで最小化されます。この方法は、組み立てとハンドリングにかかる時間を最小限に抑え、手戻りとコストを削減するのに役立ちます。また、部品を同じ方向に向けることで、試験や組み立ての際に部品が180度回転する可能性を減らすことができます。

部品の向きは、フットプリントの構造から始まります。誤ったフットプリントは、部品の接続ミスにつながります。例えば、ダイオードのカソードが一方向を向いている場合、カソードは間違ったピンに接続される可能性があります。また、複数ピンの部品が間違った向きで取り付けられることもあります。これは、部品がパッド上で浮いたり、立ち上がったりする原因となり、トンブストーニング効果を引き起こします。

古い回路基板では、部品の大半は一方向に向いていた。しかし、最近の回路基板は、高速で動く信号を考慮しなければならず、パワーインテグリティの懸念がある。さらに、熱的な考慮も必要です。その結果、レイアウトチームは電気的性能と製造性のバランスを取らなければなりません。

レイヤー・トランジションでのマルチ・ビア使用

レイヤー遷移のビアを完全になくすことはできないが、ステッチング・ビアを使用することで、ビアからの放射を最小限に抑えることは可能である。これらのビアは、信号の移動距離を最短にするため、信号ビアに近づけるべきである。これらのビアでのカップリングを避けることが重要である。これは、伝送中の信号の完全性を損なうからである。

PCB設計のリスクを減らすもう一つの方法は、レイヤーの切り替えに複数のビアを使用することです。これはPCB上のピン数を減らし、機械的強度を向上させる。また、寄生容量の低減にも役立ち、これは高周波を扱う場合には特に重要です。さらに、レイヤー・トランジションに複数のビアを使用することで、差動ペアやピン数の多い部品を使用することもできます。ただし、信号カップリング、クロストーク、ノイズを最小限に抑えるため、並列信号の数を少なくすることが重要である。また、信号結合を減らすために、ノイズ信号を別々の層で別々に配線することを推奨する。

発振回路から熱を遠ざける

プリント基板を設計する際に最も重要なことのひとつは、温度をできるだけ低く保つことです。これを実現するには、部品の幾何学的配置に注意する必要がある。また、高電流トレースを熱に敏感な部品から離して配線することも重要です。銅トレースの厚みもPCB熱設計において重要な役割を果たします。銅トレースの厚さは、電流に対して低インピーダンスの経路を提供する必要があります。

発振回路から熱を遠ざけることは、PCB設計プロセスの重要な部分です。最適なパフォーマンスを得るためには、発振回路部品は基板の端ではなく、中央付近に配置する必要があります。基板の端に近い部品は熱がこもりやすく、局所的な温度上昇を招きます。このリスクを減らすため、大電力部品はPCBの中央に配置すべきである。さらに、高電流トレースは熱を蓄積させる可能性があるため、敏感な部品から離して配線すべきである。

Avoiding electrostatic discharge

Avoiding electrostatic discharge while designing PCBs is an essential aspect of electronic engineering. Electrostatic discharge can damage the precision semiconductor chips inside your circuit. It can also melt bonding wires and short-circuit PN junctions. Luckily, there are many technical methods to avoid this problem, including proper layout and layering. Most of these methods can be carried out with very little modification to your design.

First, you should understand how ESD works. In a nutshell, ESD causes a massive amount of current to flow. This current travels to the ground through the metal chassis of the device. In some cases, the current can follow multiple paths to the ground.