完璧に実装できるPCB設計のための12のエキスパートヒント

どのような目的であっても、PCBを設計する際は慎重であることが不可欠です。多くの設計者は、回路基板コンポーネントの設計に特定の方法を持っています。しかし、それは包括的ではないかもしれません。いくつかの複雑な問題は解決可能です。この記事では、プリント基板実装について詳しく説明し、望む結果を得るのを助けます。それでは、早速始めましょう：

プリント基板実装 — 適切な設計ツールを使用する

プリント基板を設計または実装する前に、それがどのように仕上がるかを考える必要があります。

ほとんどの設計者は、Framer XのようなPCB専用に設計されたツールを含む、さまざまなツールを使用しています。これは大量のインタラクティブなプロトタイプを作成しますが、これが唯一の選択肢ではありません。TinyCAD、Eagle PCB、CircuitMakerなどの他の人気ツールもあります。

プロトタイプ設計が最終製品への期待を強調していない場合、仕事を依頼した会社があなたの期待する結果を決して提供することはありません。したがって、ここでは相応の時間を費やすことを期待してください。

設計ツールの理解がない初心者の場合、オプションを提供してくれる会社と協力することを選択できます。ほとんどのプロフェッショナルなプロトタイプPCB実装プロバイダーには、あなたのために仕事をこなせる経験豊富な設計者がいます。

プリント基板実装 — PCBコンポーネント配置

PCB設計は90%がレイアウト、10%が配線です。これは完全に正確です。コンポーネントを正確に配置する時間を取ることは、すべてを配線する時間が関わるため、あなたの人生を楽にします。

• 時間の浪費

一部の部品が配線するのに十分なスペースすらないことに気づいたとき、それらがあまりに密接に配置されているためにミスを犯す可能性があります。最悪の実装配置は、回路基板全体を最初からやり直す必要に迫られる結果になります。

• 破損

一部のコンポーネントとトレースを落としてからファイルをメーカーに送ったとします。次にわかることは、部品が正しく半田付けされていないために回路基板が戻ってくるかもしれません（これは後で詳しく説明します）、そうするとこれは機能しません。

• 悪い美観

正直になりましょう。私たちは対称性と精密さを好みます。コンポーネント配置時に適切な注意と配慮が欠けた回路基板を見るほど、エンジニアを悩ませるものはありません。ただの怠惰です。

プリント基板実装 — ビアの使用を排除または最小限に抑える

プリント基板実装では、スルーホールビア、ブラインドビア、マイクロビアの3種類のビアから選択できます。機能と価格は異なりますが、すべて同じことをします。

コストを管理したい場合、埋め込みビアやレーザービアではなくスルーホールビアを選択することを提案します。ビアは、不適切な選択が最終製品の相互接続性に影響を与えるため不可欠です。さらに、全体的なコストにも大きく影響します。

スルーホールビアはトップ層からボトム層まで貫通し、完全な接続を確立します。このオプションはNPTHまたはPTHのいずれかです。

他のビアはより多くのビアを使用するため、コストが高くなり、扱いも少し複雑になる可能性があります。

プリント基板実装 — コンポーネントとパッケージがBOMと整合していることを確認する

プリント基板実装の世界では、BOM（部品表）は、この場合ボードである製品を構築するために必要な材料のリストです。BOMは製品購入に使用され、プロセス全体を通じて正しい最終製品を得るために必要です。仕事を依頼した会社に送る必要があるかもしれません。

これは以下の要因を決定するのに役立ちます：

材料調達のリードタイム
製造プロセス
売上原価 (COGS)
組み立てのための設計品質
キャッシュフロー要件
サプライチェーンの堅牢性

したがって、コンポーネントとパッケージがBOMで説明されている通りであることを確認することが不可欠です。

プリント基板実装 — コンポーネントとコネクタの向きをマークする

特にスルーホール接続のコネクタは、実装とレイアウトの両方でエラーの大きな機会を提示します。

レイアウトスペシャリストがコネクタをどのサイトに配置すべきか常に知っているとは限りません。さらに、どこに穴を開けるべきかも明確でなければなりません。見た目ほど明確ではないため、向きと位置をマークすることが重要です。

明確なマークはエラーのリスクを減らし、最終製品が到着したときに期待する結果が得られることを保証します。

プリント基板実装 — 平らな表面でヒートシンクを使用する

プリント基板実装では、定常的な電流の流れが基板を加熱し、性能に影響を与え、1つ以上の電気コンポーネントを損傷させる可能性があるため、ヒートシンクは不可欠です。

ヒートシンクの目的は、熱を制御し内部温度を最小限に抑えて、ユニットがより長く稼働し続けられるようにすることです。

交換面を変更するかファンを使用するのが、熱を制御する2つの最良の方法です。ラジエーターが効果的に温度を制御できることが判明していますが、慎重に選択する必要があります。ここにいくつかの注意点があります：

材料は慎重に選択する必要があります。アルミニウムと銅がトップ2の選択肢ですが、正しいものは基板の選択に依存します。
フィン構成には特別な注意が必要です。フィンのレイアウトと幾何学は熱放散に重要な役割を果たします。
フットプリントは制御下に置く必要があります。大きすぎるヒートシンクは基板にストレスをかけ、さらなる損傷を引き起こす可能性があります。
フィンの高さにも注意が必要です。ただし、場合によってはより短いフィンが必要となるため、トレードオフが発生します。

シンクの取り付け方法も全体的な性能に重要な役割を果たします。良い結果を望むなら適切な方法を選択してください。

プリント基板実装 — サイズに注意する

PCB基板を構築し、その他のプリント基板実装タスクを完了する前に、これらをどこでどのように使用するつもりかを正確に知ることが不可欠です。

これらのタブレットは、テレビからラップトップまであらゆる用途に使用されます。しかし、電子機器のサイズと設計は主に異なるため、1つのPCB基板が常に他に適合するとは限りません。

追跡デバイスのサイズに特化したツール。また、これは設計前に行うべきです。なぜなら、サイズに合わせて設計する必要があるからです。完成品はあなたの必須スペースに収まらなければなりません。そうでなければ、役に立たない可能性があります。

プリント基板実装 — 小さなループを目指す

あなたが指定するトレースはループと呼ばれ、小さくなければなりません。そうでなければノイズを生み、混乱を招きます。

この点は設計段階で覚えておくべきであり、新しい層をスタックする時やグラウンディングを検討する時はいつでも特別な注意を払う必要があります。なぜなら、あらゆる追加がループに影響を与える可能性があるからです。

プリント基板実装 — ノイズ源を考慮する

PCBの電子ノイズは基板の動作に悪影響を与える可能性があります。したがって特別な注意が必要です。特に回路がMHz以上の周波数で動作する場合。

高周波はノイズのリスクを増大させ、性能低下を招きます。ノイズを減らす最善の方法は、潜在的な発生源に注意を払い、設計段階で芽のうちに摘み取ることです。

それでも、ノイズを制御するためのいくつかのヒントを示します：

基板のできるだけ多くの領域を電源プレーンとグラウンドで覆う。
元の単一トレースを可能な限り小さく薄く保つ。
デジタル回路とアナログ回路を基板上で別々に配置する。
90度の曲がりは避け、必要なら2つの45度の曲がりで90度のねじれを作る。
トレースを発振器から離して配置する。

プリント基板実装 — 正しい材料を選択する

基板を完成させるにはいくつかの材料が必要です。これらには、FR-2（フェノール綿紙）、FR-3（綿紙とエポキシ）、FR-5（織りガラスとエポキシ）、FR-4（紡績ガラスとエポキシ）、FR-6（マットガラスとポリエステル）、CEM-1（綿紙とエポキシ）、G-10（織りガラスとエポキシ）、CEM-2（綿紙とエポキシ）などがあります。

これらのオプションにはいくつかのバリエーションがあります。おそらく誰か他の人に基板製造を依頼するため、使用される材料を完全に制御できないかもしれません。それでも、この要素についてプロバイダーと話し合い、期待と納品について同じページに立つことは重要です。そうすれば、最終的に何を期待できるかがわかります。