当記事では、基板設計の基礎知識について紹介しています。
現代社会において電子機器は私たちの生活に欠かせない存在となっています。
スマートフォン、パソコン、家電製品など、様々な製品は精巧な電子回路で構成されています。そして、これらの回路を支えるのがプリント基板と呼ばれる板状の部品です。
基板設計は、このプリント基板に部品を配置、配線することで回路を物理的に具現化しています。
本記事では、基板設計の基礎知識について解説します。
基板設計にはパターン設計以外の基板の材質、各層の厚さ、表面処理等が含まれます。これらは、回路設計側で決まってからパターン設計に入るのが通常の流れですが、パターン設計に入ってから基板の外形や層数、各層の厚さや表面処理が変更になることもあります。
基板設計とは
基板設計とは、電子回路をプリント基板上に具現化するための設計工程になります。具体的には以下の作業を行います。
部品選定
回路図に基づき、必要な電子部品を選定します。
基板外形設計
基板の形状や寸法を決定します。製品筐体への収納性や製造コストなどを考慮する必要があります。
部品配置
選定された部品を基板上に配置します。部品間の干渉や熱放散などを考慮する必要があります。
配線
部品間を電気的に接続する配線を設計します。信号線と電源線の混線を防ぎノイズの影響を最小限に抑える必要があります。
これらの作業を基に、基板のパターン図を作成します。パターン図は、基板製造業者に渡して基板を製作するための指示図にもなります。
基板設計の流れ
基板設計は、一般的に以下の流れです。
要件定義
製品仕様に基づき、基板設計の要件を定義します。
回路設計
回路図を作成します。
部品選定
回路図に基づき、必要な電子部品をコストを考慮し選定します。
基板外形設計
基板の形状や寸法を決定します。
部品配置
基板設計CAD上で選定した部品を基板上に配置します。
配線
基板設計CAD上で部品間を電気的に接続する配線を設計します。
パターン図作成
基板設計CAD上で基板のパターン図を作成します。
デザインレビュー
設計内容を関係者でレビューし、問題点を修正します。
基板製造
基板設計CADで作成された基板製造用データとパターン図に基づいて、基板を製造します。
部品実装
基板に部品を実装します。
検査
製品を検査し、問題がないことを確認します。
基板設計で用いられるツール
基板設計には、以下のようなツールが用いられます。
基板設計CADソフト
基板設計用のCADソフトを使い基板設計を行います。基板設計に特化した様々な機能を搭載しており、基板設計作業を効率化することができます。
シミュレーションツール
回路の動作をシミュレーションするためのソフトウエアです。設計の妥当性を検証したり、ノイズの影響を評価したりすることができます。
解析ツール
基板の電磁界解析や熱解析を行うためのソフトウエアです。電磁干渉や発熱問題などを解決することができます。
これらのツールを効果的に活用することで、高品質な基板設計を実現することができます。
基板設計のポイント
基板設計を行う際の注意する必要があります。
機能性
製品仕様を満たす機能を実現する必要があります。
性能
ノイズや発熱などの問題を抑制し、製品の性能を最大限に引き出す必要があります。
コスト
製造コストを最小限に抑える必要があります。
信頼性
製品が長期間安定稼働できるよう、信頼性の高い設計にする必要があります。
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