PCB設計の10の黄金律

現在の半導体集積度はますます高くなっており、多くのアプリケーションではシステムオンチップがいつでも利用可能で、強力ですぐに使える開発ボードもますます容易に入手できるようになっていますが、電子製品における多くのユースケースのアプリケーションでは、依然としてカスタムPCBを使用する必要があります。ワンタイム開発においては、たとえ一般的なPCBであっても非常に重要な役割を果たすことができます。PCBは設計のための物理的なプラットフォームであり、ディスクリート部品による電子システム設計において最も柔軟な部分です。

この記事では、電子設計エンジニアが PCB レイアウト設計および商用製造のために設計ソフトウェアを使用する際に、常に念頭に置き実践すべき 10 の黄金律を紹介します。これらのルールのほとんどは、25 年前に商用 PCB 設計が誕生して以来変わっておらず、さまざまな PCB 設計プロジェクトに広く適用できます。これらは、若手の電子設計エンジニアや成熟したプリント基板メーカーにとって、非常に大きな指針となります。

ルール1：適切なグリッドセットを選び、最も多くのコンポーネントに合うグリッド間隔を常に使用すること。

マルチグリッドは効果的であるように思われますが、エンジニアが初期段階でもっと考えることができればPCBレイアウト設計これにより、インターバル設定で発生する問題を回避し、回路基板の適用範囲を最大化することができる。多くのデバイスは複数のパッケージサイズを使用しているため、エンジニアは自分の設計に最も適した製品を選択すべきである。さらに、多角形は回路基板の銅箔処理にとって非常に重要である。マルチグリッドの回路基板では、多角形の銅箔を適用する際に、多角形フィルのずれが生じることが一般的である。単一グリッドに基づく場合ほど標準的ではないものの、要求される回路基板の寿命を上回る性能を提供することができる。

ルール2：経路はできるだけ短く、最も直接的に保つこと。

これは単純で一般的なことのように聞こえますが、配線の長さを最適化するために回路基板のレイアウトを変更することになったとしても、あらゆる段階で念頭に置いておくべきです。

ルール3：電源層をできるだけ活用して、電源ラインとグランドラインの配線を管理すること。

多くのPCB設計ソフトウェアにおいて、電源層の銅箔は、より高速かつ簡便な選択肢となります。多数の配線を共通接続することで、最高の効率と最小のインピーダンスまたは電圧降下を持つ電流を供給すると同時に、十分なグラウンドリターンパスを確保することが可能になります。

ルール4：関連するコンポーネントを必要なテストポイントと一緒にまとめて配置すること。

ルール5：必要な回路基板を、PCB面付けのために別のより大きな回路基板上に複数回コピーすること。

メーカーが使用する設備に最も適したサイズを選択することで、試作および製造コストを削減するのに役立ちます。まずパネル上で回路基板のレイアウトを行い、回路基板メーカーに連絡して、各パネルに対する推奨サイズ仕様を取得します。その後、設計仕様を修正し、これらのパネルサイズ内で設計を複数回繰り返し配置できるようにしてみてください。

ルール6：コンポーネントの値を統合する。

設計者として、あなたは同じ性能を維持しつつ、値が高いまたは低い個別部品を選択することになります。より狭い標準値の範囲に統合することで、部品表を簡素化し、コストを削減できます。優先部品の値に基づく一連のPCB製品を持っていれば、長期的な観点から正しい在庫管理の判断を行ううえで、より有利になります。

ルール7：可能な限りデザインルールチェック（DRC）を実行すること。

PCBソフトウェア上でDRC機能を実行する時間自体は短くて済みますが、より複雑な設計環境では、設計プロセスの途中で常にチェックを行うようにしておけば、多くの時間を節約できます。これは維持する価値のある良い習慣です。

ルール8：シルクスクリーン印刷を柔軟に活用すること。

スクリーン印刷は、将来回路基板メーカー、サービスまたはテストエンジニア、設置作業者、あるいは装置デバッガーが使用するための、さまざまな有用な情報をマーキングするために利用できます。明確な機能やテストポイントのラベルを表示するだけでなく、可能な限り部品やコネクタの方向も表示します。たとえこれらの注記が、（回路基板の組み立て後に）回路基板上で使用される部品の下面に印刷される場合であっても同様です。回路基板の表面および裏面にスクリーン印刷技術を十分に適用することで、反復作業を減らし、生産プロセスを合理化することができます。

ルール9：デカップリングコンデンサを選定しなければならない。

コンポーネントのデータシートに記載された限界値だけを根拠に、電源ラインのデカップリングを省いて設計を最適化しようとしてはいけません。コンデンサは安価で耐久性があります。できるだけ多くの時間をかけてコンデンサを実装して構いません。同時に、ルール6に従い、標準的な定数の範囲を使用して在庫を整理された状態に保ちましょう。

ルール10：PCB製造パラメータを作成し、生産に回す前にそれらを検証すること。

ほとんどの基板メーカーは、データをそのままダウンロードして検証してくれますが、誤解を避けるためにも、自分で Gerber ファイルを出力し、フリーのビューアで期待どおりになっているか確認したほうがよいでしょう。自分で検証することで、見落としていたミスを発見できる場合もあり、その結果、誤ったパラメータに基づいて製造を完了してしまうことによる損失を回避できます。