PCB設計の懸念に対処する

適切なプリント回路基板（PCB）の設計は、運用上および商業上効率の高い電子機器のプロトタイプを作成するために重要です。これは、組み込みアプリケーションに特に当てはまります。組み込み回路のサイズとタイプは、マイクロプロセッサ、コンポーネント、およびオペレーティングシステムによって異なりますが、とりわけソフトウェアの複雑さによって異なり、数百バイトから数メガバイトのコードまでさまざまです。

開発した回路図から、ガーバー/ドリルファイルをエクスポートすることにより、シミュレーションを実行し、PCBを設計することができます。設計に関係なく、エンジニアは電気回路（および電子部品）をどのように配置し、どのように機能するかを正確に知る必要があります。 EEにとって、PCB設計に適したソフトウェアツールを見つけることは困難な作業になる可能性があります。 1つのPCBプロジェクトに理想的なソフトウェアツールは、他のプロジェクトにはあまり適していない可能性があります。 EEは、直感的で、便利な機能を備え、リスクを制限するのに十分安定しており、複数のプロジェクトに適用できる堅牢なライブラリを備えたボード設計ツールを求めています。

ハードウェアの懸念

統合がパフォーマンスと信頼性の中心であるモノのインターネットを対象とするプロジェクトの場合、PCB内の導電性材料と非導電性材料の統合では、IoT設計者が設計のさまざまな電気的側面と機械的側面の間の相互作用を研究する必要があります。特に、PCBの電気加熱は、コンポーネントのサイズが縮小し続けるにつれてますます重要な要素になります。同時に、機能要件が高まっています。設計どおりのメリットベースのパフォーマンスを実現するには、システムの機能と信頼性にとって、温度応答、ボード上の電気部品の動作、および全体的な熱管理が重要です。

保護を確実にするために、PCBを分離する必要があります。ボード上に配置された銅トレースを保護して電子システムを作成することにより、短絡を防ぎます。 FR-4は、その物理的/機械的特性、特に高周波でデータを保持する能力、耐熱性が高く、他の素材よりも吸収性が低い。 FR-4は、ハイエンドの建設や産業用および軍事用機器に広く使用されています。超高絶縁（超高真空、またはUHV）と互換性があります。

しかし、FR-4は、製造で使用される化学処理に起因するPCB基板として、いくつかの制限に直面しています。特に、この材料は、介在物（気泡）および縞（縦方向の気泡）の形成、ならびにガラス布の変形の影響を受けやすい。これらの欠陥は、絶縁耐力の不整合につながり、PCBトレースの性能を損ないます。新しいエポキシガラス材料がこれらの問題を解決します。

他の一般的に使用される材料は、より高い温度をサポートし、より剛性の高いポリイミド/グラスファイバー、および柔軟性があり、軽量で、ディスプレイやキーボードなどのアプリケーションに適したKAPTONです。誘電体（基板）を選択する際に考慮すべき要素には、熱膨張係数（CTE）、ガラス転移温度（Tg）、熱伝導率、および機械的剛性が含まれます。

軍事/航空宇宙PCBは、レイアウト仕様と100％のDesign-for-Test（DFT）カバレッジに基づいて、特別な設計上の考慮事項が必要です。 MIL-STD-883規格は、軍事および航空宇宙システムでの使用に適したマイクロエレクトロニクスデバイスをテストするための方法と手順を確立します。これには、機械的および電気的テスト、製造およびトレーニング手順、その他の制御が含まれ、そのようなデバイスのさまざまなアプリケーション。

自動車システム用の電子デバイスの設計は、パッケージ化された集積回路のAEC-Q100機械的および電子的テストなどのさまざまな基準を満たすことに加えて、一連の規則に従う必要があります。クロストーク効果は、車両の安全性を妨げる可能性があります。これらの影響を最小限に抑えるために、PCB設計者は信号線と電力線の間に最小距離を課す必要があります。設計と標準化は、システムの動作を損なうことを避けるために、干渉限界と熱放散条件を満たすためにさらに変更が必要な設計の側面を自動的に強調するソフトウェアツールによって促進されます。

図1：Altium Designer（画像：Altium）

信号品質に対する脅威は、回路自体からの干渉だけではありません。車のPCBは、車体と複雑に相互作用するノイズにさらされ、回路に不要な電流を誘導します。また、自動車の点火システムによって引き起こされる電圧のピークと変動により、コンポーネントが機械加工の許容範囲をはるかに超えてしまう可能性があります。