PCB回路基板設計プロセス仕様

管理者 · 掲載地 2014/10/19 23:17:31

1. 回路基板設計の予備準備

1. 回路図を作成し、対応するネットワークテーブルを生成する。ネットワークテーブルがあれば、回路図設計なしで直接PCB設計システムに入ることもできます。

2. ネットワークテーブルを手動で変更する:回路図上にないパッド(例えば、一部のコンポーネントの固定フィートなど)をネットワークに定義する。回路図やPCBパッケージライブラリでピン名が一貫していないデバイスのピン名、特に2、トライオードなどは、PCBパッケージライブラリと一貫性のあるものに変更してください。

2. 定義した非標準デバイスのパッケージライブラリを描画します

作成したすべてのデバイスを、作成したPCBライブラリの設計ファイルにまとめることが推奨されます。

3. PCB設計環境を設定し、中央に空洞のある印刷回路の基板フレームを描きます。

1. PCBシステムに入った後の最初のステップは、グリッドのサイズとタイプ、カーソルタイプ、基板層パラメータ、配線パラメータの設定を含むPCB設計環境の設定です。ほとんどのパラメータはシステムのデフォルトで使用可能であり、これらのパラメータは個人の習慣に合わせて設定されており、今後変更する必要がありません。

2. 回路基板の計画は主に基板のフレームを決定することであり、基板のサイズなども含まれます。固定穴を設置する場所に適切なサイズのパッドを配置してください。 3mmネジには、6.5~8mm外径パッドと3.2~3.5mm外径パッドが用意されています。

4. 使用するすべてのPCBライブラリファイルを開く後、ネットワークテーブルファイルを呼び出して部品パッケージを修正します

このステップは非常に重要なリンクであり、ネットワークテーブルはPCB自動配線の魂であると同時に、回路設計と回路基板設計のインターフェースでもあります。ネットワークテーブルが設置されて初めて回路基板を配線できます。
回路図設計中に部品のフットプリントが忘れられることがありますが、ネットシートが導入される際に設計に応じて部品のパッケージを修正または補完することができます。

5. 部品パッケージの位置、別名部品レイアウトの配置

Protel99は自動レイアウトも手動レイアウトも可能です。自動レイアウトをしたいなら、「ツール」の「自動配置」を実行してください。このコマンドで焦らずに待つ必要があります。ルーティングの鍵はレイアウトであり、多くの設計者は手動レイアウトを用いています。マウスでコンポーネントを選択し、左クリックを押しながらコンポーネントを目的地にドラッグし、左ボタンを離してコンポーネントを固定します。 Protel99はレイアウト面でいくつかの新しい工夫を加えました。新しいインタラクティブレイアウトオプションには、自動選択と自動アライメントが含まれます。自動選択機能を使えば、類似したパッケージの部品を素早く集め、回転させたり、展開したり、基板上の目的の位置にまとめて移動させることができます。簡単なレイアウトが完成したら、自動アライメントを使って、類似した形で包み込むコンポーネントのセットをきれいに展開または縮小します。

注:部品の配置は、機械構造の熱放散、電磁干渉、将来の配線の利便性の観点から包括的に考慮されるべきです。まず、機械的寸法関連のデバイスが配置されロックされ、次に大きな空間占有デバイスと回路のコアコンポーネント、そして小さな周辺部品が続きます。

6. 状況に応じて適切な調整を行い、すべてのデバイスをロックする

基板上のスペースが許せば、実験用基板に似た配線部分を配置することも可能です。大きな板の場合は、中央に固定用のネジ穴をさらに追加すべきです。また、重い機器や基板上の大型コネクタなど、応力を受けた機器の側面には固定ネジ穴を追加し、必要に応じてテストパッドを適切な位置に配置することも可能で、できれば回路図に記載してください。小さなパッドビアを大きく変えたり、固定されたネジ穴パッドのネットワークをアースにしたり、アースを保護するなどを定義してください。

置いたらVIEW3D機能で実際の効果を確認し、保存してください。

7. 配線ルール設定

ルーティングルールは配線の仕様(使用レベル、各グループの幅、ビアの間隔、ルーティングのトポロジーなど)を設定するもので、これらはデザインルールのメニューを通じて他の基板からエクスポートし、この基板にインポートできます。
デザインルールには一般的に以下の設定が必要です:

1. 安全間隔(ルーティングラベルのクリアランス制約)

基板上の異なるネットワークごとに、トレースやパッドビア間で維持すべき距離を指定します。一般的に、基板は0.254mm、空の基板は0.3mm、密度の高いパッチボードは0.2〜0.22mmに設定できます。非常に少数の印刷版加工メーカーの生産能力は0.1〜0.15mmです。許可を得ればこの値を設定できます。 0.1mm未満は絶対に禁止されています。

2. ルーティングラベルの層

ここでは使用するトレースレイヤーと各レイヤーのメイントレース方向を設定できます。パッチの単一パネルはトップレイヤーのみを使用し、インラインのシングルパネルは下層のみを使用しますが、マルチレイヤーボードのパワーレイヤーはここでは設定されていません(Design Layer Stack Managerでトップレイヤーまたは下レイヤーをクリックした後にAdd Planeを追加し、左クリックで設定し、メインレイヤーをクリックしてDeleteで削除できます)。また、メカニカルレイヤーはここでは設定されていません(Design-Mechanical Layerで設定できます)。そして、単一レイヤー表示モードで視覚表示と同時表示の両方を表示するかどうかを選択できます。

機械層1は一般的にボードの境界線を描くために使われます。
機械層3は一般的に製図板上のブレーキなどの機械構造部品に使用されます。
機械的なレイヤー4は一般的に定規や注釈の描画に使われます。PCBウィザードを使ってPCAT構造基板をエクスポートして確認できます

3. ヴィア形状(ルーティングラベルのスタイルによるルーティング)

手動および自動配線中に自動的に生成されるビアの内径と外径を指定し、最小値、最大値、優先値に分け、そのうち優先値が最重要で以下に同様です。

4. トレースライン幅(ルーティングラベルの幅制約)

手動および自動ルーティングの際にトレースの幅を指定します。基板全体の好みは一般的に0.2〜0.6mmで、アース、+5ボルト電源ケーブル、交流電源入力線、出力電源線、電源パックなどのネットワークやネットワーククラスの線幅設定も追加されています。ネットワークグループはDesign-Netlist Managerで事前に定義でき、アース線の幅は一般的に1mm、各種電源ケーブルの幅は一般的に0.5〜1mm、印刷基板上の線幅と電流の関係は約1アンペアの電流を許容しています。詳細は関連情報をご参照ください。配線直径の好み値がSMDパッドを自動的にルーティングできないほど大きい場合、SMDパッド入口の最小幅とパッド幅の間のトレース区間に自動的に縮小します。ここでボードはボード全体の線幅制約であり、優先度は最も低いもの、すなわちルーティング時に最初に満たされるネットワークおよびネットワークグループの線幅制約です。以下の図はその一例です

5. 銅接続形状設定(製造ラベル用ポリゴン接続スタイル)

リリーフコネクション方式の使用が推奨されており、導体の幅は0.3〜0.5mm、4本のワイヤー、45度または90度です。

その他の項目は、配線のトポロジー、電源層の間隔、接続形状に合わせたネットワークの長さなど、元のデフォルト値に基づいて設定できます。

ツール設定を選択し、オプションバーのインタラクティブルーティングセクションで「障害物押し」モードを選択し、「自動削除(重複トレースを自動的に削除)」を選択してください。また、デフォルト欄でトラックとヴィアを変更でき、触る必要はありません。

FILL充填層は、ラジエーターの下の配線層や水平発振器の2つのピンなど、トレースが入らない場所に置き、錫打ちしたい場合は上または下のはんだにFILLを置いてください。

配線ルールの設定もプリント基板設計の鍵の一つであり、豊富な実践経験が求められます。

8. 自動配線および手動調整

1. メニューコマンド「Auto Route/Setup」をクリックして自動配線機能を設定します

テストポイントの追加以外はすべてチェックしてください。特に「すべての事前ルートをロック」オプション、1milのルーティンググリッドオプションなどです。自動配線が始まる前にPROTELは推奨値を提示しますが、それを無視するか推奨値に変更できます。基板が小さいほど100%展開しやすくなりますが、配線は難しく時間もかかります。

2. メニューコマンド「Auto Route/All」をクリックして自動配線を開始します

完全にルーティングできない場合は、手動で行うか一度取り消し(すべてのルーティング機能を元に戻さないでください。事前にルーティングされたパッドやビアがすべて削除されます)、レイアウトやルーティングルールを調整してからルートを再ルーティングできます。完了後はDRCを行い、間違いを修正してください。レイアウトや配線の過程で、回路図が誤っていることが判明した場合は、回路図とネットワークテーブルを適時に更新し、ネットワークテーブルは手動で変更し(最初のステップと同じ)、ネットワークテーブルは展開前に再インストールされるべきです。

3. 配線の手動で予備調整を行う

接地線、電源ケーブル、出力線などを太くし、巻きすぎた線は不要なビアを除去するために再配置し、実際の効果はVIEW3D機能で再度確認できます。手動調整では、配線密度を表示できるツール-密度マップを選択し、赤が最も密度が高く、黄色が次に、緑が緩い位置です。赤い部分は一般的にゆるく調整し、黄色や緑に変わるまで調整してください。

9. シングルレイヤー表示モードに切り替える(メニューの「ツール/設定」コマンドをクリックし、ダイアログボックスのディスプレイバーでシングルレイヤーモードを選択する)

各配線層の配線をきれいに引き抜いてください。手動で調整する際は、頻繁にDRCを行うべきです。なぜなら、時には一部の配線が切れて、その中間から複数の配線を歩き出すことがあるからです。ほぼ終わったら、配線レイヤーを個別に印刷してライン変更の際に参照しやすくし、3D表示や密度マップ機能で頻繁に確認することもおすすめします。

最後に、単一層表示モードをキャンセルしてディスクを保存します。

10. デバイスに再注釈が必要な場合は、メニューの「Tools/Re-Annotate」コマンドをクリックし、方向を選択し、OKボタンを押してください。

そして設計図に戻り、「Tools-Back Annotate」を選択し、新しく生成されたもの*を選択します。 WASファイルを作成し、OKボタンを押してください。設計図内のいくつかの指定は見た目のために再度ドラッグ&ドロップし、すべて調整・DRCが完了したら、シルクスクリーンレイヤーのキャラクターを適切な位置にドラッグ&ドロップします。

注意:キャラクターはコンポーネントの下やビアパッドの上に置かないでください。過大文字の場合、DrillDrawingレイヤーは適切に縮小でき、必要に応じて座標(Place-Coordinate)や寸法(Place-Dimension)を装備できます。

最後に、設計バージョン番号、文書の初処理日、印刷版のファイル名、文書の処理番号、その他の情報を入力します。

11. すべてのビアとパッドに涙滴をつけること

涙滴は硬さを高めますが、盤上の線がより見た目を悪くすることもあります。キーボードのSとAキー(すべて選択)を押し、次にTools-Teardropsを選択し、General列の最初の3つを選択し、「追加」と「Track」モードを選択してください。もし最終ファイルをPROTELのDOS版フォーマットファイルに変換する必要がなければ、他のモードも使え、OKボタンを押してください。終わったらキーボードのXキーとAキー(すべてチェックオフ)を押してください。パッチや単一パネルの場合は、必ず追加しなければなりません。

12. 銅板の部分を配置する

設計ルールの安全間隔を一時的に0.5〜1mmに変更し、誤差マークを削除し、各配線層にアース線ネットワークの銅板を配置するためにPlace-Polygon Planeを選択してください(パッドを巻く際にアークの代わりに八角形の形状を使うようにしてください)。

設定が完了したらOKを押してひねって銅被覆が必要な部分の境界線を描き、最後の端は描けないので右クリックで銅被覆を始めます。デフォルトでは、起点と終点が常に直線でつながっていると仮定しており、回路の周波数が高い場合はグリッドサイズをトラック幅より大きく設定してグリッドラインをカバーできます。

残りの配線層の銅クラッディングを適切に配置し、ある層の広い範囲で銅クラッディングがない箇所を観察し、他の層に銅クラッディングがある部分にビア(経路)を設け、銅クラッディングエリア内の任意のポイントをダブルクリックして銅クラッディングを選択し、OKを直接クリックしてから「はい」をクリックして銅クラッディングを更新します。複数の銅被覆層を何度も繰り返し、各銅被覆層が満タンになるまで繰り返します。設計ルールのセーフ間隔を元の値に戻してください。

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