PCBニュース - PCBの効率的な自動配線を実現する設計

現在のEDAツールは非常に強力ですが、PCBサイズの要件が小さくなるにつれて、デバイス密度が高くなり、PCB設計の難しさも小さくありません。どのようにして高いPCBレイアウト率を実現し、設計時間を短縮しますか？本文はPCBの計画、配置と配線の設計技術と要点を紹介した。現在PCBの設計時間はますます短くなり、回路基板空間はますます小さくなり、デバイス密度はますます高くなり、配置規則と大型部品の要求は極めて高く、これは設計者の仕事に更なる困難をもたらした。設計の難題を解決し、製品の発売を迅速にするために、現在多くのメーカーはPCB設計を実現するために専用EDAツールを使用する傾向にある。しかし、専用EDAツールは理想的な結果を生み出すことができず、100%の導入率を実現することもできず、非常に混乱しています。残りの仕事を完成するには通常多くの時間がかかります。

市場には多くの流行しているEDAツールソフトウェアがありますが、使用されている用語やファンクションキーの位置が異なる以外は、すべて同じです。どのようにしてこれらのツールを使用してPCB設計をより良く実現しますか？配線を開始する前に、設計を慎重に分析し、ツールソフトウェアを慎重に設定することで、設計が要件を満たすようになります。以下は全体的な設計プロセスと手順です。

1.PCBの階層数を決定する

回路基板のサイズと配線層の数は設計開始時に決定する必要がある。設計に高密度グリッドアレイ（BGA）コンポーネントを使用する必要がある場合は、これらのデバイスの配線に必要な最小配線層数を考慮する必要があります。配線層数とスタック方法は、印刷回路の配線とインピーダンスに直接影響します。ボードのサイズは、必要な設計効果を達成するためのスタック方法と印刷ラインの幅を決定するのに役立ちます。

長年、回路基板の層数が低いほどコストが下がると考えられてきたが、他にも回路基板の製造コストに影響を与える要因はたくさんある。近年、多層板間のコスト差は大幅に減少している。設計の最初により多くの回路層を使用して銅を均一に分配することが好ましく、設計の終了前に少量の信号が定義された規則と空間的要件を満たしていないことが発見され、新しい層の追加を余儀なくされることを回避する。設計する前に綿密に計画すると、配線の手間が少なくなります。

2、設計規則と制限

自動ルーティングツール自体は何をすればよいか分かりません。ルーティングタスクを完了するためには、ルーティングツールは正しい規則と制限の下で動作する必要があります。異なる信号線には異なる配線要件があります。特別な要求があるすべての信号線は分類しなければならず、異なる設計分類は異なる。各信号カテゴリには優先度があり、優先度が高いほどルールが厳しくなります。これらの規則は、印刷線の幅、ビアの最大数、平行度、信号線間の相互影響、および層の制限に関する。これらの規則は、配線ツールの性能に大きな影響を与えます。設計要件をよく考慮することは、配線を成功させるための重要なステップです。

3、コンポーネントのレイアウト

アセンブリプロセスを最適化するために、製造可能な設計規則はコンポーネントレイアウトを制限します。アセンブリ部門がコンポーネントの移動を許可している場合は、回路を適切に最適化することができ、自動配線が容易になります。定義された規則と制約はレイアウト設計に影響します。

レイアウト時には、配線チャネルとビア面積を考慮する必要があります。これらの経路と領域は設計者にとって明らかであるが、自動配線ツールは一度に1つの信号しか考慮していない。配線拘束を設定し、信号線のレイヤーを設定することで、配線ツールはデザイナーが想像するように配線を完了することができます。

4.扇出し設計

ファンアウト設計段階では、自動配線ツールがアセンブリピンを接続できるようにするために、表面実装装置の各ピンには少なくとも1つのビアが必要であり、それにより多くの接続が必要な場合には、回路基板は内部階層接続、オンラインテスト（ICT）、および回路再処理であってもよい。

自動配線ツールの効率を最大限に高めるためには、できるだけ最大のビアサイズとプリントラインを使用し、間隔を50 mlに設定する必要があります。ルーティングパスの数を最大化するビアタイプを使用します。ファンアウト設計を行う際には、回路のオンラインテストの問題を考慮する必要がある。テスト治具は高価である可能性があり、通常はフル生産の直前に注文します。100%のテスト可能性を実現するためにノードを追加することだけを考えている場合は、遅すぎます。

よく考え、予測した結果、回路のオンラインテストの設計は設計の早期に行うことができ、生産過程の後期に実現することができる。ビア扇動の種類は、配線経路と回路のオンラインテストに基づいて決定されます。電源や接地も配線や扇出し設計に影響します。フィルタコンデンサ接続線によるインダクタンスリアクタンスを低減するためには、ビアはできるだけ表面実装装置のピンに近づけるべきであり、必要に応じて手動配線を使用することができる。これは、最初に考えられた配線経路に影響を与え、どのタイプのビアを使用するかを再検討することにもつながる可能性があるため、ビアとピンインダクタンスの関係を考慮し、ビア仕様の優先度を設定する必要があります。

5.キー信号の手動配線と処理

本文は主に自動配線問題について議論しているが、手動配線は現在と将来のプリント基板設計の重要な過程である。手動配線を使用すると、自動配線ツールを使用して配線作業を完了するのに役立ちます。図2 aと図2 bに示すように、手動配線と選択したネットワークを固定することで、自動配線時に従うことができる経路を形成することができます。

キー信号の数にかかわらず、これらの信号は最初にルーティング、手動、または自動ルーティングツールと組み合わせる必要があります。重要な信号は通常、必要な性能を達成するためには、注意深い回路設計を行う必要があります。配線が完了すると、関係工事者が信号配線を検査します。このプロセスは比較的容易です。検査に合格したら、これらの回線を固定し、残りの信号の自動ルーティングを開始します。

6、自動配線

重要な信号の配線には、分散インダクタンスやEMCの低減など、配線中に電気パラメータを制御することを考慮する必要があります。他の信号の配線も同様です。すべてのEDAベンダーは、これらのパラメータを制御する方法を提供しています。自動配線ツールの入力パラメータ及び入力パラメータが配線に与える影響を理解した後、自動配線の品質をある程度保証することができる。

信号を自動的にルーティングするには、一般的な規則を使用する必要があります。制限領域を設定し、配線禁止領域を設定することで、所定の信号に使用されるレイヤと使用されるビアの数を制限することで、配線ツールはエンジニアの設計思想に基づいて自動的に配線することができます。自動ルーティングツールで使用されるレイヤ数とビアの数に制限がない場合は、自動ルーティング中に各レイヤが使用され、多くのビアが生成されます。

コンストレイントを設定して作成したルールを適用すると、自動ルーティングにより予想通りの結果が得られます。もちろん、いくつかの選別作業が必要であり、他の信号やネットワーク配線のための空間を確保する必要があります。設計の一部が完了したら、その後の配線プロセスの影響を受けないように固定します。

残りの信号を同じ手順で配線します。配線の数は、回路の複雑さと定義した一般的な規則の数に依存します。各タイプの信号が完了すると、残りのネットワーク配線の制限が減少します。しかし、手動介入が必要な信号配線が大量に発生しています。現在の自動配線ツールは非常に強力で、通常は100%の配線を完了することができます。しかし、自動配線ツールがすべての信号配線を完了していない場合、残りの信号は手動で配線する必要があります。

7、自動配線の設計要点：

7.1設定を少し変えて、各種路線の配線を試みる、7.2基本規則を維持し、異なる配線層、異なる印刷線と間隔幅、異なる線幅及び異なるタイプのビア、例えばブラインドホール、埋め込み式ビアなどを試み、そしてこれらの要素がどのように設計結果に影響するかを観察する。7.3配線ツールに必要に応じてこれらのデフォルトネットワークを処理させる、7.4信号が重要でないほど、自動配線ツールの配線は自由になる。

8.配線配置

使用しているEDAツールソフトウェアで信号配線長をリストしたり、データをチェックしたりすることができる場合は、ほとんど制約のない信号配線長が非常に長いことがわかります。この問題は比較的容易に処理でき、手動編集により信号配線長を短縮し、ビア数を減らすことができる。整理の過程で、どの配線が合理的で、どの配線が合理的ではないかを判断する必要があります。自動ルーティング設計は、手動ルーティング設計と同様に、検査中にソートおよび編集することもできます。

9.PCB基板外観

以前のデザインは回路基板の視覚効果を重視していたが、今は違う。自動設計された回路基板は手動設計ほど美しいものではありませんが、電子特性は規定の要求を満たすことができ、設計の完全な性能を保証することができます。