PCB サイズ要件がますます小さくなるにつれて、デバイス密度要件はますます高くなり、PCB 設計はより困難になります。高い基板配置率を実現し、設計時間を短縮する方法について、基板計画、配置、配線の設計スキルについてお話します。
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必要があります。これにより、設計が要件にさらに適合するようになります。
1. PCB の層数を決定します。
回路基板のサイズと配線層の数は、設計の最初に決定する必要があります。配線層の数とスタックアップ方法は、プリントライン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、望ましいデザイン効果を実現するためのスタッキング方法と印刷ラインの幅を決定するのに役立ちます。現時点では、多層基板間のコスト差は非常に小さいため、設計時により多くの回路層を使用し、銅を均一に分布させる方が良いでしょう。
2. デザインのルールと制限事項
配線タスクを正常に完了するには、配線ツールが正しいルールと制限の下で動作する必要があります。特別な要件を持つすべての信号線を分類するには、各信号クラスに優先順位を付ける必要があります。優先順位が高いほど、ルールは厳しくなります。
ルールには、印刷ラインの幅、ビアの最大数、平行度、信号ライン間の相互影響、および層の制限が含まれます。これらのルールは配線ツールの性能に大きな影響を与えます。設計要件を慎重に検討することは、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
最適な組み立てプロセスでは、製造容易性設計 (DFM) ルールによりコンポーネントのレイアウトが制限されます。組立部門がコンポーネントの移動を許可すると、回路を適切に最適化して自動配線を容易にすることができます。
定義されたルールと制約は、レイアウト設計に影響します。自動配線ツールは一度に 1 つの信号のみを考慮します。配線ツールは、配線制約を設定し、信号線の層を設定することで、設計者のイメージ通りの配線を完成させることができます。
たとえば、電源コードのレイアウトの場合は次のようになります。
①PCBレイアウトにおいて、電源デカップリング回路は電源部ではなく、関連回路の近くに設計する必要があります。 そうしないと、バイパス効果に影響を及ぼし、電源ラインとグランドラインに脈流電流が流れ、干渉が発生します。 ;
②回路内の電源供給方向は、最終段から前段に向かって電源を供給し、この部分のパワーフィルタコンデンサは最終段近くに配置してください。
③デバッグやテスト中の電流の切断や測定など、一部の主要な電流チャネルについては、レイアウト時にプリント配線上に電流ギャップを配置する必要があります。
また、安定化電源は可能な限り別のプリント基板に配置してレイアウトすることにも注意してください。電源と回路がプリント基板を共有する場合、レイアウト上、安定化電源と回路部品の混在配置を避けるか、電源と回路のグランド線を共有する必要があります。このような配線は干渉しやすいだけでなく、メンテナンス時に負荷を切り離すことができないため、その際にプリント線の一部だけが切断され、プリント基板を損傷してしまう可能性があります。
4. ファンアウト設計
ファンアウト設計段階では、より多くの接続が必要な場合に回路基板が内部接続、オンライン テスト、および回路の再処理を実行できるように、表面実装デバイスの各ピンに少なくとも 1 つのビアが必要です。
自動配線ツールの効率を最大化するために、ビアサイズと印刷ラインは可能な限り最大のものを使用する必要があり、その間隔は50milに設定されています。配線経路の数を最大限に増やすビアタイプを採用する必要があります。慎重な検討と予測の後、回路オンラインテストの設計は設計の初期段階で実行され、生産プロセスの後期段階で実現されます。配線経路と回路のオンラインテストに応じて、ビアファンアウトタイプを決定します。電源とグランドも配線とファンアウト設計に影響します。
5. キー信号の手動配線と処理
手動配線は、現在も将来もプリント基板設計の重要なプロセスです。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できます。選択したネットワーク（ネット）を手動でルーティングして固定することで、自動ルーティングが可能なパスを形成できます。
主要な信号は、手動で、または自動配線ツールと組み合わせて、最初に配線されます。配線が完了したら、関連するエンジニアリングおよび技術担当者が信号配線をチェックします。検査に合格すると配線が修正され、残りの信号は自動的に配線されます。アース線にはインピーダンスが存在するため、回路に共通のインピーダンス干渉が発生します。
したがって、配線中に任意の点に接地記号を付けて接続しないでください。有害な結合が発生し、回路の動作に影響を与える可能性があります。より高い周波数では、ワイヤのインダクタンスはワイヤ自体の抵抗よりも数桁大きくなります。このとき、電線にわずかな高周波電流が流れただけでも、一定の高周波電圧降下が発生します。
したがって、高周波回路では、PCB レイアウトをできるだけコンパクトに配置し、プリント配線をできるだけ短くする必要があります。プリント配線間には相互インダクタンスと相互容量が存在します。使用周波数が大きいと、他の部品への干渉が発生します。これを寄生結合干渉といいます。
実行可能な抑制方法は次のとおりです。
① すべてのレベル間の信号配線を短くしてください。
②各レベルの信号線が交差しないように、すべてのレベルの回路を信号の順序で配置します。
③隣接する 2 つのパネルの配線は平行ではなく、直交または交差する必要があります。
④ 基板内で信号線を平行に配線する場合は、シールドの目的を達成するため、信号線同士を可能な限り一定の距離を離すか、アース線や電源線などで分離してください。
6. 自動配線
主要な信号の配線では、分布インダクタンスの低減など、配線時の電気パラメータの制御を考慮する必要があります。自動配線ツールの入力パラメータと、入力パラメータが配線に及ぼす影響を理解した上で、配線の品質を向上させることができます。自動配線がある程度保証できます。信号を自動的にルーティングする場合は、一般ルールを使用する必要があります。
配線ツールは、信号が使用する層や使用するビア数を制限するための制限条件や配線禁止領域を設定することで、エンジニアの設計思想に沿った配線を自動で行うことができます。制約を設定し、作成したルールを適用すると、自動ルーティングによって期待した結果と同様の結果が得られます。デザインの一部が完成したら、後続の配線プロセスに影響を与えないように修正します。
配線の数は、回路の複雑さと定義されている一般規則の数によって異なります。現在の自動配線ツールは非常に強力で、通常は配線を 100% 完了できます。ただし、自動配線ツールですべての信号の配線が完了していない場合は、残りの信号を手動で配線する必要があります。
7. 配線の取り回し
制約が少ない信号の場合、配線長が非常に長くなる場合があります。このとき、どの配線が合理的でどの配線が不合理であるかを判断し、手動で信号配線長を短くしたり、ビア数を減らしたりするように編集することができます。