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レイアウト変更の英断 [プリント基板設計]

パターン設計もCADの場合はレイアウト変更は比較的簡単ですが、終盤になってから変更を
決断するのことには勇気がいるのかもしれません。

これはパターン設計者の性格によることが多いかもしれません。
私は鉛筆で下書きをしていた時でも終盤によくレイアウトを変更していました。
答えがそれであれば問題ないのですが、そうではないのに強引に進めても最後に破綻するからです。

私自身は二十歳になったころに左利きから右利きの練習をし2-3年ぐらい掛かりました。
その前後にコペルニクス的展開に寛容になりました。
何が正解なのかを別の面から見るようにもなれました。

基板設計CADの種類にも拘らす、設計手順に関しても色々試しています。
良いものだけを集めた集大成という考え方もしないようにしています。


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半導体の熱抵抗 [プリント基板設計]

放熱器の熱抵抗は気にしていますが半導体素子自体のTj以外の項目は
あまり気にしていませんでした。

プログラミングの都合で色々探していたらこちらに半導体の熱抵抗の年代による推移があったので
載せておきます。

http://www.mitsubishielectric.co.jp/semiconductors/triple_a_plus/trend_tech/119/index10.html


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放熱器の互換 [プリント基板設計]

複数の放熱器のカタログを見ていると殆ど同じ形状の場合があります。

3DCADで寸法を入力している時はそれを利用して別名保存して修正しています。
しかし、その処理を終えた後はそのままです。

後から互換表を作成しておけばよかったのにと後悔してしまいます。

特にTO-220用では似たものが多いので互換表があったら役に立つでしょう。


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フットプリントの配置の癖 [プリント基板設計]

フットプリントを自分でひとつひとつ確認しながら配置しないと気がすまないという方が
いらっしゃいます。

しかし、チップCRまでそのようにしなくてもよいでしょう。
重要でチェックが必要な部分だけそのように手動で配置し、その途中でネットリストを
ロードすれば不足分だけが自動で配置されるでしょう。

ネットリストでロードされるフットプリントは基板外形の外側の右下に配置されます。
手動配置後に見分けるようにその部分以外の場所に配置しておくといいでしょう。

どちらの方法でもCADからフットプリントの情報を取得して再チェックをする必要が
あります。


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外層内層の許容電流値 [プリント基板設計]

パターンの幅による許容電流値が異なります。
銅箔厚に依存するのは当然です。

どれぐらいの温度上昇で許容値を定義するかもあります。
また通常は外層だけですが内層では放熱面で外層とは異なるので
これも計算できればよいでしょう。


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オフセットストリップライン2 [プリント基板設計]

内層で処理するストリップラインで上下のべたGNDまでの距離が異なる場合の計算が
できるサイトがありました。

https://www.allaboutcircuits.com/tools/asymmetric-stripline-impedance-calculator/

これで具体的に数値を入れて表にしてみました。
Trace Thickness = 35um
Trace Width = 0.2mm  
そして、比誘電率は4.5にしてあります。

1:1、1:3、1:7 まで変えてみました。
1:7はかなり偏芯していますがインピーダンスにさほどの変化はありませんでした。

Strip_Excel.png

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P板.COMの基板の説明サイト [プリント基板設計]

こちらに基板関連の説明がこちらで詳しくされています。
デフォルトはリジッド基板にしてあります。


フレキやCADに関する内容も記載されています。

CADの部分は「Allegroで学ぶ実践プリント配線板設計」からの転載もあるようです。


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オフセットストリップライン [プリント基板設計]

内層で処理するストリップラインで上下のべたGNDまでの距離が大幅に異なる場合は
オフセットストリップラインと呼ぶようです。

上下の対象性はどれぐらい許容されるのかは不明です。
電気力線からすると6:4または4:6ぐらいは許容してもらえるのでしょうか。

意識してずらす場合は、サスペンデッドという言葉を使う場合があるようですが詳しいことは
不明です。

https://www.maximintegrated.com/jp/app-notes/index.mvp/id/5100


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実装作業 [プリント基板設計]

実装図はシルク+レジスト図を組み合わせたもので自社の実装図としています。
また各面の部品表を貼り付けた「ドラフトマン」も添付しています。

しかし、実際の実装現場ではこれではきっと情報不足でしょう。
複数のマウンターの切替や後付、手実装、未実装などの手順があるからです。

それを色分けした図面を作成するソフトウェアもあるようです。
個別に実装を誰が担当するかも割振れるようです。

価格面もあるのでパターン設計者側での購入は躊躇してしまいます。


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配線パターンの抵抗値計算 [プリント基板設計]

基板上のパターン幅による抵抗値の計算をするサイトがいくつかあります。

こちらでは銅箔厚が3種類プリセットされていて、それ以外の入力値は上部のラジオボタンを
押した後で数値を入力してください。
http://www.trance-cat.com/electrical-circuit-calculators/pcb-trace-resistance-calculator.php

こちらのサイトでは抵抗値以外にインダクタンスもわかります。
http://gate.ruru.ne.jp/rfdn/Tools/PrintWForm.asp#

2つの抵抗値の計算結果を比較するとほぼ一緒で誤差の範囲内です。



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P板.COMの仕様書でのZdiffの検討2 [プリント基板設計]

P板.COMでの仕様を続きです。

こちらのPDFの9ページ(実際の内容でのページ数は7ページ目)に記載があります。
http://ic-proto.com/information/data/manufacture_standard.pdf

差動ペアの上下の誘電体のサイズを上下対称となるかどうかを検討しました。
板厚1.6mmの6層基板での話です。

1.韓国工場の6層基板ではプリプレグやコアは
0.2mm + 0.4mm + 0.2mm + 0.4mm + 0.2mm です。

P_Str_BrdV2a.jpg

これを利用して上下対称となる部分を見つけ出して作図してみました。
(説明を優先しているので断面のコア層の色合いの矛盾はご了承ください。)
これによると
W=0.33mm、S=0.37mm であれば良さそうです。

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P板.COMの仕様書でのZdiffの検討 [プリント基板設計]

顧客の基板製造の依頼先のかなりの部分がP板.COMなのでどうしてもそこの仕様を
意識してしまいます。

こちらのPDFの8ページ(実際の内容でのページ数は6ページ目)に記載があります。
http://ic-proto.com/information/data/manufacture_standard.pdf

板厚1.6mmの4層基板での話です。

1.韓国工場の4層基板ではプリプレグは
0.2mm + 1.1mm + 0.2mm です。

2.台湾工場の4層基板ではプリプレグは
0.23mm + 0.93mm + 0.23mm です。

韓国工場での例で図示して説明します。
表面層ではAとC(半田面)で作成が可能です。
内層ではBを例としています。(別の層でBと同じことが可能です。)

表面層ではt=0.2mmなので
W=0.24mm、S=0.24mmとなります。

内層は1.1mmと勘違いしてしまいそうですが実際はその中にはパターンを作成できないので
2つの内層のどちらかを抜いて、片側をパターンとして差動パターンを作成することになります。
ということでt=1.335mm (0.2mm + 1.1mm + 0.035mm)
W=0.33mm、S=0.37mmとなります。
ただ、差動パターンの上下のサイズが大幅に違うのでできれば6層基板で同じようなサイズになる
ように処理した方がいいでしょう。

基板製造業者はプリプレグを変更するのはいやがりますし別費用が発生したりします。
そういう意味でもパターン設計側で回避する必要があります。

P_Str_Brd.jpg

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AppCADによる伝送線路計算 [プリント基板設計]

下記のサイトからマイクロストリップラインを計算するプログラムがダウンロード可能です。

AppCAD Version 4.0.0
http://www.hp.woodshot.com/

インストールしてみましたが値は微妙に自作のスクリプトの値とはずれていました。

ラインの周辺にGNDが近づいた場合を想定しているのでべたアースのある中で使用したい
場合には有利です。

AppCad_Strip.png

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海外の伝送線路計算サイト [プリント基板設計]

国内の伝送線路を計算できるサイトはいくつかありますが
海外サイトも調べてみました。

その中でこちらはそのバリエーションが多いでしょう。
https://www.eeweb.com/toolbox/microstrip-impedance

エンターキーではなく数値を入力した時点で計算するようです。

Edge Coupled Microstrip」の計算結果などでは
4種類のインピーダンスを表示できるのはすばらしいです。


タグ:Altium Designer
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差動とシングルエンド・インピーダンス [プリント基板設計]

単体で計算したインピーダンスであるシングルエンド・インピーダンスの値としては
50~65Ωが一般的です。

それに対して2本の線を差動ペアとして使用する場合のインピーダンスである
差動インピーダンスZdiffは下記のようになります。

USB 2.0/3.0 : 90Ω
PCI Express : 100Ω (シングルエンド・インピーダンスは60Ω)
シリアルATA : 100Ω



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複雑なフラットケーブルコネクタ [プリント基板設計]

以前に紹介した「コネクタ作成のスクリプト」でどれぐらいのコネクタに対応できるか調べてみました。
http://sophil3.blog.so-net.ne.jp/2017-03-22

JSTのこちらのフラットケーブルコネクタで2列のタイプの中にはそれぞれの列でパッドサイズが
異なるものがありました。
これでは作成したスクリプトでは対応できそうにありません。
http://www.jst-mfg.com/product/search.php?type=1&id=5&page=1

後から片方の列を修正するなどして対応するしかないでしょう。
また取り付けパッドの位置があまりに特殊な場合はスクリプトではマイナス値が入力できないので
仮想的にどれにもわかり易いバイアスを掛けて作成することになるでしょう。


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シルクの文字高さ [プリント基板設計]

シルクの文字の高さと太さに関して
チップ部品で込み合ってしまうとどうしても文字の高さを低くするしかありません。
弊社ではあまりに込み合ってしまうとシルクを省略しドラフトマンで処理することにしています。

知り合いの会社で文字の太さを1mm高でも0.15mmまで細くされているようです。
以前に比べれば若干シルクの文字の精度や綺麗さもアップしているのでそうされているのでしょう。
事前にフットプリント登録しているのでこれを一気に変えるのには勇気がいります。


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KICADのQFPフットプリント [プリント基板設計]

QFPのフットプリントの1番ピンの位置について検索していたら
こちらのサイトを見つけました。
海外サイトなのかもしれませんがこちらでもQFPの1番ピンは左上のみとなっていました。

http://kicad.rohrbacher.net/quicklib.php


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フットプリント形状管理ソフト [プリント基板設計]

「フットプリント形状管理ソフト」で検索したらこちらのサイトがヒットしました。

http://www.ss-technologies.co.jp/service/system/product/parts_control_sys/index.html

こちらではカタログがDL可能です。
http://www.ss-technologies.co.jp/en/products/parts_control_sys/index.html

フットプリントを管理するソフトウェアは非常に少ないのでこういった情報収集が
必要でしょう。


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基板設計とUtility [プリント基板設計]

基板設計の手順と弊社で使用しているUtilityを併記してみます。

1.ネットリストの型番名の自社登録したフットプリントとの差し替え作業
 EXCELのマクロにて全フットプリントのデータベース比較して差し替えます。
 事前に全フットプリントを収集するにはDelphiスクリプトを使用しています。

2.フットプリント作成
 複数のDelphiスクリプトを組み合わせて作成しています。

3.部品配置
 回路図AltiumSCHから生成したREF番号の位置情報をEXCELマクロで間隔を調整して
 AltiumPCBにピックアンドプレースファイルとして位置を移動させます。

4.部品チェック
 PCBとSCHの部品情報をチェックするにはEXCELマクロで型番を厳密に比較しています。
 似たような文字は目視での消し込みをするには限界があります。

5.3D化
 ステップファイルをAltiumPCBに貼り付ける為にデータベースからEXCELマクロで
 一箇所に集めます。
 Delphiスクリプトで専用LIB内でステップファイルを自動で貼り付けます。

主なUtilityとしては以上ですが、場合によってはここには記載していないECXELマクロを
使い分けています。


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