テクノロジーはますます小型化しており、この傾向が近い将来も続かないと考える理由はありません。設計者やレイアウト エンジニアは、基板サイズを縮小するというプレッシャーに常にさらされているため、PCBを縮小するために使用できる5つの一般的な方法を紹介します。
#1: テストツールを削除する
ボードの初期ドラフトには、多くの場合 (そして当然のことですが)、余分なパッド、 ヘッダー、さらにはデバッグとテストを容易にするためのコンポーネントが含まれています。生産のためにボードを可能な限り縮小する準備ができたら、これらを最初に削除する必要があります。 オフボード デバッガー 用のヘッダー全体や、 マイクロプロセッサの データ ピンを オシロスコープでチェックするための大きなパッドはもう必要ありませんが、製品がベッド オブ ネイル タイプ検証の対象となる場合は、露出したパッドがまだいくつか必要になる場合があります。
#2: 多層回路基板の使用
ほとんどのプロトタイプは、2層または1層のボードで作成されます。これにより、すべてのコンポーネントとトレースに表面からアクセスできるようになり、回路の修理、再作業、テストが可能になります。デザインに満足し、ボードを縮小する準備ができたら、配線するためのスペースが必要なため、コンポーネントを一緒に移動してもできることは限られています。4層ボードへの移行は思ったほど難しくなく、外層のスペースを占有せずにトレースを配線するためのスペースが大幅に広がります。内部層を電源レールの注入に使用するだけでも、ボード全体のサイズを大幅に削減できます。
#3: Wi-Fi Bluetoothコンボモジュール
ボードの一部、たとえば 電力変換 やワイヤレス接続にモジュールを使用する場合とディスクリート ソリューションを使用する場合には、多くの長所と短所があります。この決定は通常、設計プロセスのかなり早い段階で行われますが、コスト効率が高いと思われるディスクリート ソリューションではボードの占有面積が大きすぎることが判明し、切り替えが必要になる場合があります。これは、Wi-FiとBluetoothを統合アンテナ付きの単一の モジュール に統合するか、外部MOSFETではなく内部MOSFETを備えたスイッチング レギュレータに切り替えることを意味する場合があります。
#4: 厚銅の回路基板
PCB領域のかなりの部分を 熱管理 または高電流トレースに割り当てている場合は、より厚い銅を使用してボードを縮小できます。最小トレース幅について話す傾向がありますが、実際に考慮すべきなのはトレースの総面積です。PCBの銅層は通常1オンスなので、その厚さを2オンスに倍増すると、同じ電流容量でトレース幅を半分にすることができます。2オンスは、ほとんどのボード ハウスで処理できる一般的なアップグレードですが、より厚い銅も利用できます。 業界では、重い銅は約4オンスから10オンスの間であると考えられていますが、実際には最大200オンスの銅でボードを作ることができます。このような極端な重量が適切な状況は非常に特殊なので、ここに行く必要がある場合はおそらくすでにご存知でしょうが、ボードを1オンスから2オンスにすることは、縮小するボードの電力問題に対する非常に現実的な解決策です。
#5: 回路基板のサイズをカスタマイズ: 幅と長さ
場合によっては、ボードの高さの制限が幅や長さよりも厳しいことがあります。設計で電解コンデンサーやヘッダーなどの背の高いコンポーネントを使用している場合、これが問題になる可能性があります。ヘッドルームが限られている場合は、直角にワイヤを受け入れるヘッダーが適切なソリューションになる可能性があります。
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大きなコンデンサが邪魔になる場合は、その容量を非常に接近して配置された小さなコンポーネントに分割できる場合があります。この戦術は通常、コストを削減することはありませんが、狭いスペースで必要なクリアランスを確保できます。たとえば、フットプリントが10mm x 10mmの 100uFリード付きコンデンサ を使用している場合、ボードの両側にその領域が必要なため、合計で200mm2 を使用します。コンデンサの高さは25mmで、設計には高すぎます。 10個の10uFコンデンサ を並列にPCBの上部と下部に分散して使用し、ボード自体の高さを含めて全体の高さを7mm未満に減らすことができます。複数の小型コンデンサを使用すると、1つの大型コンデンサを使用するよりもコストがかかりますが、スペースが本当に主な懸念事項である場合は、有効なトレードオフになる可能性があります。
#6: より小さな抵抗とコンデンサーのサイズを使用する
通常、最初のバージョンの回路は手作業で実装するため、0805 抵抗器 と コンデンサ を十分なクリアランスでよく使用します。これは、取り扱いが容易で、シルクスクリーンに参照番号をマークするためのスペースが広いためです。設計を圧縮する準備ができたら、これらのコンポーネントのパッケージ サイズを縮小できます。 パナソニック の01005抵抗器のラインのような非常に小さなコンポーネントがあり、抵抗器をボード上で平らに置くのではなく狭い側に配置するなどのばかげたスタントを実行できますが、0402より小さくすることはほとんど現実的ではありません。
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標準的なピックアンドプレース マシンは、0402パッケージでは非常に高い成功率を実現しますが、より小さなコンポーネントでは問題が生じ、製品全体の歩留まりが低下する可能性があります。コンポーネントの電力定格もサイズとともに低下する傾向があり、設計では受け入れられない可能性があります。前述の01005抵抗器の定格は1/32ワットのみであり、0201 1uFコンデンサの上限は約10VDCです。
#7: 回路面積の縮小
コンポーネント自体を可能な限り縮小したら、フットプリントを変更して、もう少し狭くすることができるかもしれません。フットプリントでは、機械図面ほど許容差が明確に定義されておらず、寛大すぎる傾向があります。0805などの一般的なフットプリントのデフォルトは、できるだけ多くのバリエーションをカバーする必要があるため、設計に実際に必要なサイズよりも大きくなる可能性があります。特定のコンポーネントの データシート をチェックして、各パッドに実際にどれだけのスペースを残す必要があるかを確認し、それに応じて設計を変更してください。
ビアやスルーホール部品の 環状リング など、他の一般的なフットプリントにも余分なミルが見つかる場合があります。お気に入りのボード製造元の精度仕様を把握していれば、 CADソフトウェアで推奨されているサイズだけでなく、実際に必要なパッドのサイズを効果的に判断できます。設計ルールの変更を開始する場合は、実際の問題から注意をそらす可能性のある何百もの不要なエラーを回避するために、DFMチェッカーでそれらの設定を変更する必要があることに注意してください。
#8. 回路基板コネクタ
コネクタ 多くの設計を台無しにしています。予想外に高価で大きく、後から設計に組み込まれる傾向があります。接続ワイヤをはんだ付けするために必要なパッドでさえ、他のコンポーネントのパッドに比べて不釣り合いに大きいようです。 USB または 通信 ポートは特に交渉の余地がないので、選択する余裕があります ワイヤー・ツー・ボード ソリューション。 ヘッダーソケット 非常に一般的ですが、あまり張力緩和効果はありません。 端子台 優れた接続性が得られますが、高価で、かなり後回しになってしまいます。Lite-Trapファミリーのような取り外し可能な直角コネクタは、 モレックス 頻繁に使用される 点灯 目立たず使いやすいことから人気があり、同じ理由からより主流のデザインに採用されつつあります。
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ボーナス: 回路サイズを削減するその他のコツ
時には、巧みなボード設計で達成できる範囲を超える制約が課せられることがあります。上記のヒントは、コスト上の理由から縮小する必要のある標準ボードの小型化に役立ちますが、非常に狭いスペースや形状の制約がある場合は、工夫が必要になるかもしれません。ボードの層を増やしたり、曲面に沿ってフィットするようにフレキシブルPCB基板などの特殊な素材を使用したり、設計を複数の小さなボードに分割して、どこにでも配置できるようにしたりする必要があるかもしれません。専門家の意見が必要だと感じた場合は、当社のエンジニアが対応いたします。 助けるためにここにいる。