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PCB技術

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ipcb社がPCB設計のノウハウを解説
2021-08-11
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Author:ipcb      Share

1、工場の製造プロセスに慣れている

高速回路基板設計エンジニアの多くは、板を引いたり、糸を引いたりすることしか知らず、PCBの製造手順や化学処理のプロセスをまったく知らないことは驚くべきことではない。しかしこのような実作の知識の欠乏、往々にして新米のエンジニアは不必要なより復雑な設計の決定をします。デザインにそんなに複雑さが必要なのでしょうか?より大きなグリッドで配線することで,回路基板のコスト削減と信頼性向上につながるのではないか。設計初心者が犯しやすい他の間違いとしては、不必要な小さな貫通孔の寸法やブラインド(blind via)や埋め穴(buried via)がある。それらの先進的な貫通孔構造はPCB設計者の利器であるが、有効性は高度に状況化(effectiveness)されており、それらは利用可能なツールではあるが、必ずしも使用する必要はない。


回路基板設計の専門家Bert Simonovichのブログ記事には、貫通孔の寸法の問題が書かれています。「縦横比6:1の貫通孔は、あなたの回路基板をどこでも生産できるようにする」。多くの設計では、少し考えて計画するだけで、高密度(HDI)の特徴を避け、再度コストを削減し、設計の製造性を高めることができる。これらの超小型サイズまたは単端貫通孔による銅メッキに要求される物理学的、流体力学的能力は、すべてのPCBファウンドリが得意とするものではない。覚えていて、ただ1つの不良の通孔があるだけで回路基板全体を破壊することができます;もしあなたのデザインに2万個の穴があれば2万回の失敗のチャンスがあります不必要にHDI貫通孔を使うと、すぐに失敗率が跳ね上がる。

回路基板設計

2、高速回路基板図は設計タスクを簡略化できる

単純な回路基板を設計するだけで回路図を描くのは時間の無駄のような場合もあります。特に、1つや2つのデザインを完成させた経験があれば。PCBを初めて設計する人にとっては、回路図を描くのも大変な作業になるだろう。飛び越え回路図は新人と中等程度の経験を備えた設計エンジニア一種の戦略を駆使して、よくができるから一つを参考にしてみてくださいあなたの配線の完全回路図を基点に発展し、あなたの確保に役立つ配線の連結がすべて完了;以下はその理由です。


まず、回路図はPCB回路の視覚的な表現であり、複数のレベルの情報を伝達することができる。回路のサブ領域は何ページにも分けて詳細に描画され、機能の対応するゼロコンポーネントは、最終的なエンティティの配置にかかわらず、隣接した位置に配置することができる。第二に、回路図記号はゼロコンポーネントのそれぞれのキャッチを表示することができ(ありえ)るので、テザリングされていないキャッチを検査しやすいです;言い換えれば、回路を説明する正式な規則が守られているかどうかにかかわらず、回路図は視覚的に迅速に判定し、回路の完全性を確保するのに役立つ。


PCBを設計する際に1つの回路図を基とするテンプレートがあれば,配線タスクを簡略化することができる。回路図記号を利用してリンクを完成して、同時にあなたはそれらの連結を繰り返し考える必要がない前提でラインを歩く挑戦を克服します;最終的には1回目の修正で抜けていた糸のつながりがつかめたので、設計のやり直しが省けるようになる。

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3、自動配線器を使用するが、依存してはいけない

大多数の専門レベルのPCB CADツールは自働配線器を持っていますが、PCBの設計がとても専門的でない限り、自働配線器はせいぜい設計を初歩的にクリアするために使用されるだけです;回路基板のリンクの場合、自動配線器は一回のクリックで完結する解決策ではなく、手作業で配線する方法を知っておく必要がある。


自働配線器は高度に構成可能なツールであり、その機能を十分に発揮するために、タスクごとに配線器パラメータを綿密に考慮して設定し、PCBの個々のモジュールを個別に考慮しなければならないが、いずれにしても適切な基本的な共通のデフォルト値は何もない。経験豊富な設計エンジニアに「どの自動配線器が一番使いやすいか?」と尋ねたとき「両方の耳の真ん中にあるもの(目)」と答えますしかも彼らは本気だった。配線というプロセスは、アルゴリズムのような芸術であり、それ自体がヒューリスティック(heuristic)であるため、従来のバックトラッキング・アルゴリズムに似ている。


バックトラッキングアルゴリズムは解決策を見つけるのに適しています。特に迷路やジグソーパズルなど、経路選択が制限されている場合に適しています。しかし、限定されない開放的な場面、例えばPCBがゼロ構成要素をあらかじめ置いてある場合、バックトラッキングアルゴリズムは、最適化された解決策を見つけるという強みを発揮できない。自動配線器の制約条件がエンジニアによって細かく調整されない限り、配線の完成品はバックトラッキング・アルゴリズムの弱点を人工的にチェックする必要がある。

線の寸法は別の問題点で、自働配線器は100%あなたが1本の線を通ってどれだけの電流を通るつもりかを確定することができなくて、だからあなたを助けることができなくてどのくらいの幅の線を使用します;その結果,多くの自動配線器では配線幅が規格に合わない。


自動配線器の使用を考えているときは、「自動配線器の制約を板にセットし、高速回路基板図上の配線ごとに制約をセットした後、あとどれくらいの時間があるだろうか」と自問してみましょう。設計エンジニアのベテランは、最初の部品レイアウトにほとんどの力を注ぎ、設計時間のほぼ半分を次の3つの要素レイアウトの最適化に費やしている。


配線を簡単にするために、フライ糸(rat's nest、またはラット糸、マウスネット)のクロスなどを極力減らしましょう。

コンポーネントの接線は短いほうがよい。

このように信号のタイミングを考えてみる。


大先輩たちはよく配線を混合する方法を使用します—手作業でキー配線を行って、それらの位置を固定して、それから自働配線器で非キー配線を処理します;設計における自動配線領域は、手配線の制御可能性と自動配線の速度との間に良好なトレードオフをもたらすことがある配線アルゴリズムにおける「暴走状態」を管理するのに役立つ。

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4、回路基板のサイズと電流を考慮する



大多数の電子設計に従事する人はすべて知っていて、川の道に沿って歩く川のように、流れている電子も喉とボトルネックにぶつかるかもしれません;これは自動車用ヒューズ(automotive fuse)の設計にそのまま応用されている。走行線の厚さと形状(U字曲げ、V字曲げ、S字曲げなど)を制御することで、ヒューズがキャリブレーションを経て電流オーバー時に喉に溶断する。


問題は、設計技師はたまに彼らのPCB設計の中で類似の電気の咽喉点に遭遇することがあります;例:45度の急な2つの場所でも、90度のカーブを使用する;屈曲度が90度より大きい場合は字の形を取る。その量を充てるあれらのワイヤはシグナルの伝播速度を遅くするだけです;最悪の場合は車のヒューズのように電気抵抗点で溶断します


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5、スライスリスクを避ける



スライバー(sliver)とは、適切な回路基板設計によって最適な管理が可能な製造上のミスである(図1)。スライス問題を理解するためには、化学エッチングを復習する必要がある。化学エッチングは不要な銅を分解するためのものですが、エッチングする部分が特に長く、薄く、フラップ状になっている場合、それらの形状は完全に分解される前に丸ごとはがれてしまうことがあります。この破片は化学溶液中に浮遊し、別の回路基板にランダムに落下する可能性がある。

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【図1】図1の例では、配線間の狭いシールドは回路基板にとって安全である。


同様に起こり得るリスクは、亀裂が元の回路基板上に残っていることです。割れ片が十分に狭ければ、酸液プールは腐食して下の方の十分な銅を落とし、割れ片の部分を剝離することがある。そして、その破片が旗のように回路基板にくっついて流れ、その板に落下して別の配線がショートする。


では潜在的な亀裂をどこに探せばいいのか?そして、どのようにして破片を発生させないのか。PCB配線を行う場合には、銅配線領域を非常に狭く残すことは避けた方がよい(図2)。このような領域は、ラインとパッドの隙間が交差し、平面が埋まっている場合が多い(図3)。銅線の最小幅をメーカーが許容する最小値よりも大きくすれば、あなたの設計には問題がないはずです。標準の最小エッチング幅は0.006インチである。

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【図2】図2の非常に狭い割れ目のリスク領域、例えば図中のこのオリジナルの設計ファイル内のケースは、製造時に制御されずに剝離することがあり、ショートと良率の問題を引き起こす。

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【図3】このケースでは、化学エッチングは、狭窄亀裂充填の形状/寸法を変化させる。割れが剝離すると予期せぬ破片や浮遊物が発生する。


6、DRCに注目

自動配線器のセットアップは一般に設計機能に向けられ、設計ルールチェッカー(DRC)は一般にメーカーの設計制約を取り込むために使用される。設置の手間は同じで、自動配線器に比べればずっといい。多くの設計チームは最終的には裸板の製作コストを標準化し、良率を最大化し、組み立て、検査、テストを可能な限り一致させるための設計規則一式を構築する。設計の有用性に加えて、これらの設計規則は——設計を所定の製造制限内に維持することによって——購買部門における整合性を確立することにも役立つ。回路基板製造の価格が一致していれば、通常の調達でメンテナンスが必要な特定のPCB製造プロトコル数を減らすことができる。


これらすべての問題を解決するために、多くのPCB設計ツールはDRCを内蔵している。いくつかのツールはこれらを「制約マネージャ(constraint managers)」と呼んでいる。一度選択したメーカーにDRCルールを設定したら、ミスを真剣に受け止める準備をしましょう。DRCツールは一般的に保守的に設計されており、可能性のあるエラーを報告する際にもエラーを犯し、あなたが判定しなければならない;何百もの「可能性」を洗い出すのは面倒ですが、どうしてもしなければなりません。この質問リストの中には、あなたの最初のストリーミング映画が必ず失敗する理由が隠されているかもしれません。それに加えて、もしあなたの設計が大量の可能性のあるエラーを引き起こすならば、それはあなたの歩き方を改善する必要があることを意味します。


20年以上の経験を持つSunstone Circuitsの回路基板設計エンジニアDave Baker氏は、「配線ツールが提供する制約システムを理解し、正しく設定するために時間をかけ、あらゆるレベルの制約を精査する。制約ツールは非常に強力で柔軟なものであり得るが、混乱や危険をもたらすものでもある。誤った制約は欠陥や製造不能な回路基板につながりやすく、制約設定における誤りはDRCを制限したり、機能しなくする可能性が高い」と述べた。その例として,「DRCは毎回通過したのに,回路基板が作れなかったり機能しなかったりすることが起こり得る。私は以前、回路基板がDRC検査を通過したことを喜んでいた設計チームが、最初の製品をテスト台に置いたとたんに煙が出てきたことがあった。故障の原因を追跡するために、チームはCADツールの制約マネージャに戻ります;制約マネージャにはデザイン意識がなくどんなことでもさせる」


以上の6つの基本的なテクニックをすべてマスターしていれば、あなたは早くて確実で専門的な品質のPCB設計を実現する道を歩んでいることを意味します。PCB設計、PCB改版の需要の友達がいて、深センの電子ipcb連絡することができます!

記事は(www.ipcb.jp)から愛彼回路は専門の高精密回路基板開発生産メーカーで、4-46層回路基板、高速回路基板、HDI回路基板、プリント基板、ICパッケージ基板、ICテスト板、多層回路基板、混圧回路を量産することができる基板、高周波回路基板、FPCB基板などです。