PCB技術 - PCB計画、レイアウト、配線の設計ノウハウとポイント

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、レイアウト規則に対する要求はますます高くなっている。大きいサイズの部品は設計者の仕事をますます困難にしている。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のEDAツールを使用する傾向にある。しかし、専用のEDAツールでは理想的な結果が得られず、100%の導入率も達成できず、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。

市場には流行しているEDAツールやソフトウェアがたくさんありますが、用語やファンクションキーの位置が異なる以外は同じです。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ことができます。以下は一般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、これらのデバイスを配線するため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低減されている。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

組み立てプロセスを最適化するために、製造性設計（DFM）規則は部品レイアウトに制限を加えた。アセンブリ部門が部品の移動を許可する場合は、自動配線を容易にするために、回路を適切に最適化することができます。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、理想的な間隔を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.手動配線とキー信号処理

本文は主に自動配線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。手動配線の使用は、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。選択したネットワーク（ネットワーク）を手動でルーティングし、固定することにより、自動ルーティングに使用できる経路を形成することができる。

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。

信号の自動ルーティング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。

7.自動配線の設計要点は以下の通りである：

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、埋め込みホールなどを試み、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自由度は大きくなる。

8.回路基板外観

以前のPCB設計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。