PCB 設計の合格率と設計効率のスキルを分析する

はじめに: PCB 配線設計では、分配率を改善するための完全な方法があります。ここでは、PCB 設計の流通率と設計効率を改善するための効果的なスキルを提供します。これにより、顧客のプロジェクト開発サイクルを節約できるだけでなく、設計製品の品質を最大化することもできます。

1. PCB の層数を決定する

回路基板のサイズと配線層の数は、設計の初期段階で決定する必要があります。設計で高密度ボールグリッドアレイ (BGA) コンポーネントを使用する必要がある場合、これらのデバイスの配線に必要な配線層の最小数を考慮する必要があります。配線の層数や積層方法は、プリント配線の配線やインピーダンスに直結します。ボードのサイズは、スタッキングモードとプリントラインの幅を決定して、目的のデザイン効果を実現するのに役立ちます。

長年にわたり、人々は回路基板の数が少ないほどコストが低いと常に信じてきました。ただし、回路基板の製造コストに影響を与える要因は他にもたくさんあります。近年、多層基板間のコスト差は大幅に縮小されています。設計の最初に、より多くの回路層を使用し、銅コーティングを均等に分散させることをお勧めします。これにより、少数の信号が、設計の最終段階で定義されたルールとスペース要件を満たさなくなることを回避できます。新しいレイヤーが強制的に追加されるようにします。設計前に綿密な計画を立てることで、配線のトラブルを大幅に減らすことができます。

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べきかわかりません。ルーティングタスクを完了するには、ルーティングツールが正しいルールと制限の下で機能する必要があります。信号線が異なれば、配線要件も異なります。特別な要件を持つすべての信号線は分類する必要があり、異なる設計分類も異なります。各信号クラスには優先度が必要です。優先度が高いほど、ルールが厳しくなります。ルールには、プリントワイヤの幅、ビアの最大数、平行度、信号ワイヤ間の相互作用、レイヤの制限が含まれます。これらのルールは、ワイヤリングツールのパフォーマンス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、ケーブル接続を成功させるための重要なステップです。

circuit board

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、製造性を考慮した設計 (DFM) ルールにより、コンポーネントのレイアウトに制限が課せられます。組立部門がコンポーネントの移動を許可する場合、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。定義された規則と制約は、レイアウトの設計に影響します。

レイアウトでは、ルーティングチャネルとビア領域を考慮する必要があります。これらのパスと領域は設計者には明らかですが、自動配線ツールは一度に 1 つの信号しか考慮しません。配線ツールは、配線制約条件を設定し、配線可能な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。

4. ファンアウト設計

ファンアウト設計段階では、自動配線ツールがコンポーネントピンを接続できるようにするために、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。これにより、より多くの接続が必要な場合に、回路基板がオンラインで内部接続を行うことができます。テスト（ICT）および回路の再処理。

自動配線ツールの効率を最大化するためには、可能な限り最大のビアサイズとプリントワイヤを使用する必要があり、間隔を 50mil に設定するのが理想的です。ルーティング直径の数を最大にするタイプのビアを使用してください。ファンアウト設計を行う場合、回路のオンラインテストの問題を考慮する必要があります。テストフィクスチャは高価になる可能性があり、通常、フル生産に入る直前に注文されます。 100% のテスト可能性を達成するためにノードを追加することを検討するには遅すぎます。

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。ビアファンアウトのタイプは、配線経路と回路のオンラインテストに従って決定できます。電源と接地も、配線とファンアウトの設計に影響します。フィルタコンデンサの接続ラインによって生成されるインダクタンスを減らすために、ビアはできるだけ表面実装デバイスのピンに近づける必要があります。必要に応じて、手動配線を使用できます。これは、当初想定されていた配線経路に影響を与える可能性があり、使用するビアを再検討する原因となる可能性さえあります。したがって、ビアと端子インダクタンスの関係を考慮し、ビア仕様の優先順位を設定する必要があります。

5. 手動配線とキー信号処理

このホワイトペーパーでは主に自動配線の問題について説明しますが、手動配線は現在および将来の PCB 設計の重要なプロセスです。手動ルーティングは、自動ルーティングツールに役立ちます。キー信号がいくつあっても、手動または自動配線ツールを使用して、これらの信号を最初に配線できます。通常、重要な信号は、目的のパフォーマンスを実現するために慎重に設計する必要があります。配線後、関係技術者がこれらの信号配線をチェックするのははるかに簡単です。検査に合格したら、これらのラインを修正し、残りの信号の自動ルーティングを開始します。

6.自動ルーティング

重要な信号の配線では、分布インダクタンスや EMC の低減など、配線中にいくつかの電気的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 メーカーは、これらのパラメーターを制御する方法を提供します。自動配線ツールが持つ入力パラメーターと、入力パラメーター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ます。

信号を自動的にルーティングするには、一般的なルールを使用する必要があります。配線ツールは、信号の使用層や使用ビア数を制限する制限条件や配線禁止領域を設定することで、設計者の設計思想に沿った配線を自動で行うことができます。自動配線ツールで使用するレイヤーとビアの数に制限がない場合、各レイヤーは自動配線中に使用され、多くのビアが生成されます。

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どおりの結果が得られます。もちろん、他の信号やネットワークルーティングのためのスペースを確保するだけでなく、いくつかのソート作業が必要になる場合があります。設計の一部が完了したら、後の配線プロセスの影響を受けないように修正します。

同じ手順を使用して、残りの信号をルーティングします。配線の数は、回路の複雑さと、定義する一般規則の数によって異なります。各タイプの信号が完成すると、他のネットワークルーティングの制約が軽減されます。ただし、多くの信号配線には手作業が必要です。今日の自動ルーティングツールは非常に強力で、通常は 100% のルーティングを完了できます。ただし、自動配線ツールですべての信号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. 自動配線設計のポイント自動配線設計のポイントは次のとおりです。

7.1 設定を少し変更し、配線に複数のパスを使用してみてください。

7.2 基本的なルールを変更せずに、異なる配線層、異なるプリントラインと間隔幅、および異なるライン幅と異なる種類のビア (ブラインドホールや埋め込みホールなど) を試し、これらの要因が設計結果にどのように影響するかを観察します。

7.3 必要に応じてワイヤリングツールでデフォルトネットワークを処理します。

7.4 信号の重要性が低いほど、自動配線ツールの配線の自由度が高くなります。

8. 配線の配置

使用している EDA ツールソフトウェアが信号配線長をリストし、これらのデータをチェックできる場合、いくつかの制約がほとんどない信号配線長が非常に長いことに気付く場合があります。この問題は比較的簡単に処理できます。手動編集により、信号配線長を短くし、ビア数を減らすことができます。選別工程では、どの配線が合理的で、どの配線が不合理であるかを判断する必要があります。手動ルーティング設計と同様に、自動ルーティング設計も検査中に整理および編集できます。 PCB アセンブリ、PCB 設計、および PCB 処理メーカーが、PCB 設計の合格率と設計効率のスキルを説明および分析します。

9. まとめ

このホワイトペーパーでは、PCB 設計のスループットと設計効率を向上させるための効果的なスキルを提供し、PCB ルーティングのフォロワーに役立つことを願っています。