Altium and others CAD

マウンターに関して調べていたらこちらのソフトウェアを見つけました。

http://kaizen.escad.jp/products.html

作業者用パソコン画面に実装の情報が表示されたり調べられるようです。
以前は実装用の現場にはパソコンは似合わない感じがあったようですが、実装する内容が
複雑になってきたのでこういう方法も主流なのでしょう。

以前のようにマンパワーだけで乗り切っていた部品実装会社は自然淘汰されて衰退
してまず見かけないように感じます。

こちらの「KiCad×LTspiceで始める本格プリント基板設計」を購入しました。

http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/46/46821.htm

KiCadについての記載もありますが、実際には基板関連の重要な情報が満載です。
他のCADの説明もあるので、どなたにも使える内容の書籍となっています。

丁度、基板の安全電流に関する式や熱抵抗についても触れています。
できればこの式を利用してスクリプトやプログラムが作成できたらいいです。

基板の熱抵抗について調べていたらこちらのコンポジット材が存在することを知りました。

こちらの「エクールは」熱伝導率が通常の基板の3倍という放熱に適した素材です。

秋月電子でも扱っていました。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-09502/

コンポジット材は加工性はいいのですが基板の歪みが気になるようです。
しかし、こちらの場合は熱を逃がすので小さいサイズの場合が多いでしょう。
LED電球に使用されているというのはとても理解しやすいです。

プリントパターンで細かいファインパターンに関しての記事がこちらに
ありました。

https://www.ritael.co.jp/document/detail16/

特に説明がありませんがクラス○の部分はクリーンルームの等級でCが最高クラスなのでは
ないでしょうか。

最小導体幅と最小導体間隔は同じサイズになっているようで
現在では50-20μｍになっています。

ここまで細いパターンは当然ながらクリーンルームを持っている大企業でないと実現できない
ということでしょう。

BGAのピッチが細かくなってきているのでそれを使用する場合はどうしてもパターン幅も
狭くするしかないでしょう。

基板の改版時の手順は、新規作成より意外と面倒です。
そこでその手順を具体的に記載しておきます。

1.新旧の回路図内のREF番号に違いを認識する。
　まずは見積もりのためにREF番号の増減だけでも調べる必要があります。
　しかし、そういったソフトウェアは存在していないでしょう。
　弊社ではEXCELマクロで新旧のネットリストを読み込んで2列にして
　増加したものと削除したものを色分けしています。

2.回路図のチェック
　上記の情報を元に回路図での違いをチェックします。

3.見積りの作成
　両者の情報があれば、ある程度は実際に近い見積りが作成できるでしょう。

4.基板の部品の増減
　ネットリストをロードする前に手動で回路図で削除された部品の周辺をパターンを
　込みで削除します。
　新規部品は配置してもいいですが、通常はネットリストのロードで基板外に
　配置されるのでどちらでもよいでしょう。

5.新旧のネットリストのコンペア
　通常はこれを最初にされるでしょうが、事情をある程度はわかってから
　比較した方が理解し易いです。

6.ネットリストのロード
　基板にネットリストをロードして改版処理を開始します。

7.3D化処理
　STEPファイルを貼り付けている場合は専用LIBに新規部品のSTEPファイルも
　貼り付け更新します。

8.ここからは通常通りの処理をして仕上げます。

こちらにシャント抵抗のパターンについて記載があります。
http://www.koaglobal.com/product/howtouse/currentsense

大きなシャント抵抗の場合はパッドの内側から電圧検出の細いパターンを引き出せますが
その幅が狭い場合はパッドのサイドからしか引き出せないでしょう。
下記の画像では中段が理想です。上段は一般的なものです。
下段は理想のものに近い引き出し方ですが、パッドのサイズが小さいと一般的なものと比べて
誤差の範囲となりそうです。

4端子タイプのシャント抵抗を利用すればこういったパッドの引き出しの問題は解決します。

こちらはインダクタ関連の記事ですが発熱するデバイスのVIAとべたアースの参考になります。
https://micro.rohm.com/jp/techweb/knowledge/dcdc/dcdc_pwm/dcdc_pwm03/3254

デバイスの直下は多くのVIAでそのすぐ近くにもVIAを打っています。
しかしながら、広いべたアース部分にはVIAは打っていません。
打っても問題はないけれど、熱が水平移動するのでさほど効果がないのをこの記事を
書いた方はご存知なのでしょう。

記事にも書かれていますが、インダクタ下のパターンや余分なパターンにも注意が必要です。

こちらにヤマハ製のマウンターの情報がありました。
https://www.yamaha-motor.co.jp/smt/software/pot2/index.html

こういった基板製造関連の情報は少ないので勉強になります。
部品実装する前の生基板の写真もスキャナー撮影したものを修正し作成するようです。

一番下の「標準CAM変換」では、ガーバーエディタに似た機能ではありますがより実践に
近い基板の写真との合成が可能です。

パターン幅が一定の場合、べたアースに比べその部分をクロスハッチングすることで
板厚を下げることが可能なのを知りました。

確かに静電容量が減るのでそれに対応するため板厚をより狭められます。
板厚を固定すればパターン幅を広くすることも可能ですが、現実的には部品実装密度が
高くなるので広くすることは少ないでしょう。
(パターン幅が広い方がエッチングのばらつきの影響が少ないでしょう。)

具体的な数式の理解が、自身では途中までなのでスクリプトにする予定は立っていません。

非常に地味で回顧的な内容の記事です。

Delphiスクリプト内でべき乗を使いたいのでその関数はSQRのようですが、IDE画面では
通常動作の関数の色になりません。
動作自体は正常でした。
しかし、その点が不思議だったので調べてみました。

POWERという関数があって、Xのべき乗は下記のようにすればいいことがわかりました。
k:=Power(X,2)　；

カンマの後の数字を2以外に変えれば3乗なども簡単に処理できます。

このように変更するとIDE画面は通常の関数と認識してくれました。
こういう部分で、スクリプトのプログラミングは古いDelphi5ならではの苦労があります。

32インチの4Kモニターも価格が下がってきて4万円台です。
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1147444.html

こちらは外部モニターやオプションもあるようです。

ただ、VESAマウントの位置がかなり上部にあります。
これを縦型で使用することは少ないのでこういう仕様なのでしょう。

Acerのモニターでは43インチでも廉価です。

べたアースをデバイスの熱をすぐに基板に伝えるという意味と、放熱器としての両方の面で考える
には発熱するデバイス部分でより多くのVIAを打ってデバイスの中心部から早めに熱を
銅箔パターンに伝えることです。

広いべたアースも重要ですが、デバイスの近くから遠い部分より、デバイスにより近い部分に
べたアースが切れ目がないことが重要です。
また、デバイスの遠くにあるべたアースのVIAの効果は限定的のようです。

具体的なイラストにするとこうなるでしょう。
露出パッドの場合はQFNなどのピン数が多いものがあるので現実的にはTOP面に多くのべたアースを
設けることが難しいのでそれを強化するVIAも打てないかもしれません。

多層基板の場合はべたアースとして利用する層数を増やすもの水平方向の熱を伝達する断面積を
増やせるので効果があります。

3種類の熱抵抗関連のスクリプトをまとめたものが完成しました。
しかし、簡易的な値なので当面はダウンロードの対象にはしないこととします。

AltiumのDelphi ScriptからEXCELのVBAに6種類のスクリプトを移植中です。
そこで気が付いたのがVBAのメニューフォームは味気ない感じがします。
ボタンの影の付き方やページコントロールの枠の境界なども見辛いです。

逆にVBAの方がプログラミングはし易いです。
驚いたのは平方根の記述です。
移植して動作チェックをしてみると答えがDelphiスクリプトと異なる場合がありました。
結局、Sqrという関数が違っていました。
VBAでは平方根はSqrなのですが、DelphiでSqrは二乗のことで、平方根はSqrtでした。
Delphiの値が正しいという基準で処理していたので、Delphiの関数の記述が違って
いるのに気が付くのに時間が掛かってしまいました。

第9世代でLGA1151タイプのCPUの情報をチェックしてみました。

http://ascii.jp/elem/000/001/754/1754643/
https://www.pc-koubou.jp/magazine/8720

こういうラインナップです。
「Core i9-9900K」(8コア/16スレッド/3.6GHz/TDP95W)、6万5980円
「Core i7-9700K」(8コア/8スレッド/3.6GHz/TDP95W)、5万1480円
「Core i5-9600K」(6コア/6スレッド/3.7GHz/TDP95W)、3万4980円

この中で気になるのが「Core i7-9700K」で、コア数とスレッドが同じです。
これまでのシリーズではコア数の倍がスレッドなので法則が変わったのでしょう。

こちらにチップ抵抗とディスクリート抵抗の熱に関する比較が載っていました。
https://www.akaneohm.com/column/thermal/

チップ抵抗は端子から基板パターン経由での熱伝導が主で、ディスクリート抵抗は
端子からの熱伝導と対流と放射を利用しています。

ディスクリート抵抗で熱を発する場合は基板から浮かして実装する場合がありました。
その場合は、断面が円ということもあって対流が起きやすいです。
基板に通風用の丸穴を複数開けたこともあります。

現在ではチップ部品を使用する場合が殆どですが、パターンで熱を逃がすしかないので
工夫がしにくいです。

以前にFC2ブログを2つ使用していたので、その記事にリンクしているものがあります。
しかし、この2つのブログが突然に閲覧できなくなりました。
恐らく、長期間使用していないブログは強制的に閉鎖したのでしょう。

いくつかの記事内の画像でそのブログにリンクしているものは画像が表示されません。
一部はブログの記事にリンクしているかもしれませんがそちらはリンク切れになってしまいます。
ご不便をお掛けしますがご了承ください。

ブログ閉鎖のメールをFC2からもらった記憶がないのに閉鎖とは、それが不思議です。

デバイスからの熱を垂直と水平で別々に考える必要があります。
それを2層、4層、露出パッドの3種類で計算させます。

VIAの熱抵抗と水平方向の熱抵抗を計算してオームの法則にしたがって積み上げます。
細かく処理するには微分、積分が必要になるので単純化しました。

水平方向の計算は面倒なので面積を半円や円に換算して処理しています。

べたアースのスクリプトを作成中ですが、参考にしているのはこちらのサイトです。

http://www.tij.co.jp/analog/jp/docs/analogsplash.tsp?contentId=49908

しかし、こちらの式に矛盾を感じました。
http://www.tij.co.jp/jp/graphics/aap/staticprod/power_pr_vol03_01-1.gif

べたアースは熱の水平移動なので、この図の一番上の図のように銅箔の断面で考察するのですが
http://www.tij.co.jp/jp/graphics/aap/staticprod/power_pr_vol03_05.gif

べたアースが大きい(広い)とLの値も大きくなってしまいます。それに応じて熱抵抗が
計算式では大きくなるということになります。
べたアースが広いと放熱効果がある筈なので熱抵抗が小さい筈と思ってしまい矛盾を感じます。

しかし、大きなべたアースの場合は、その銅箔の端っこなどは熱くならないことが多いでしょう。
それを考慮するとその部分は寄与していないので無くてもいいことになりますし、その部分が
トータルの熱抵抗の値を上げていることになるのでしょう。
熱抵抗は熱をどれだけロスなく伝達できるかという数値で、放熱効果と同じ意味ではありません。

そこでこういう考え方があります。
べたアースをシリコングリスなどの伝達物質と考えるか、それとも放熱器と考えるかです。
前者の場合は、当然ながら熱抵抗が低い方が有利です。
後者の場合は、熱抵抗という数値よりは空気と接する面積を増やして放熱効果を高くすると
いう考え方です。
ある程度のべたアースの面積がないとVIAが打てないともいえます。

回路図の2割ぐらいを修正し、REF番号を付け直した基板の改版はどうするかという話です。
8割ぐらいは以前のパターンが利用可能ですが、REF番号が異なっているのでそういう訳にも
いきません。

回路図はORCADなので複数台のパソコンで画面を並べてチェックしながら修正しました。
印刷して比較することも可能ですが、パソコンと異なりそのREF番号にジャンプしてくれないので
止めました。

設計後に気が付いたのですが、まずは該当する回路図の部分だけのWAS/ISファイルを手動で作成し
ます。
それをEXCELマクロを作成し、ピックアンドプレースファイルの該当するREF番号を差し替えて
Altiumに読み込ませて再配置するとい手です。

手動で作成したWAS/ISファイルにREF番号に矛盾がないかをチェックするプログラムが必要ですし
それでピックアンドプレースファイルを差し替えるEXCELマクロも作成する必要があります。