無料プレゼント！『ノイズ対策　ハンドブック』技術資料・事例集 | カタログ

最終更新日: 2024-08-22 17:09:40.0

上記では、電子ブックの一部をご紹介しております。

プリント基板設計での“ノイズ対策”のポイントが満載！抜粋版ハンドブック無料進呈中！
アート電子では、プリント基板を扱う電子回路の設計・開発者のための
『ノイズ対策　ハンドブック』を無料プレゼント中！

そもそも「ノイズとは？」といった基本から、ノイズ対策の方法、
プリント基板の回路設計におけるポイントなど、
実践的な内容がたっぷり詰まった大充実の１冊です。

【掲載内容】
■ノイズについて
■ノイズ対策の方法
■プリント基板設計から行なうノイズ対策
■プリント基板設計における勘所
■技術資料

※PDFダウンロードよりすぐにご覧いただけます。
※ダウンロードは抜粋版となります。全編ご希望の方はお問い合わせください。

関連情報

無料プレゼント！『ノイズ対策　ハンドブック』

【目次】
I 　ノイズについて
　　　1.ノイズとは
　　　2.ノイズの分類
II 　ノイズ対策の方法
　　　1.部品によるノイズ対策
　　　2.プリント基板によるノイズ対策
III　プリント基板の設計段階から行うノイズ対策
　　　1.ノイズ対策を行なう上で押さえておくべきポイント
　　　2.ノイズ対策を行なう際のシミュレーション解析の必要性
IV 　プリント基板設計における勘所
　　　1.ノイズ対策を考慮したプリント基板設計のポイント
　　　2.実装を考慮したプリント基板設計のポイント
　　　3.品質を向上させるプリント基板設計のポイント
　　　4.発熱を考慮したパターン設計のポイント
　　　5.電流・熱を考慮したパターン設計のポイント
V 　技術資料
VI 　アート電子のご紹介

厚銅基板　設計・実装サービス　2000μmまでの大電流基板

【対応層】　　数片面・両面・4層・6層

【外層銅箔厚】70μ,105μ,140μ,175μ,200μ,210μ,300μ,400μ,500μ　最大2,000μ

【内層銅箔厚】70μ,105μ,140μ,175μ,200μ,210μ,300μ,400μ,500μ　最大2,000μ

【板厚】　　　1.6～5.0mm（層構成による）

【電流値】　　最大500【A】

【外層銅箔厚】最大500【μm】

【厚銅基板　実例の一例】銅箔厚200μm ＋銅インレイ基板（4層）
銅箔厚500μm ＋アルミベース基板（片面）
銅箔厚105μm ＋銅ベース基板（片面）
外層銅箔厚300μm・内層銅箔厚70μm　4層基板

ノイズに強いパターン設計サービス

CAD
　CADVANCE αDesign
　CR-5000BD
　CR-8000DF

シミュレーション
　Hyper Lynx
　(BOARD SIM/LIN SIM)
　DEMITAS NX

回路図ソフト
　CADVANCE α Schema
　CR-5000SD
　OrCAD

DFB構造による5～10μm可変波長型レーザー

動作波長 3.5～10.0μm
（これ以外の波長についてもお問い合わせください。）
最高動作温度 200K
駆動電流ピークパルス電流2A以下
ピーク出力 2mW
レーザチップサイズ～0.7×0.7×0.7 mm3

材料 PbS、PbSe
及びこれらの混晶結晶
サイズ φ10mm、長さ10mm以上
成長法封管気相成長
価格仕様により要相談（¥100,000～）

ノイズに強いパターン設計のポイント　プレーン共振解析

解析後の対策方法としてはプレーン形状の変更、デカップリングコンデンサ、RCスナバ回路の追加等を行って、
共振レベルを抑える対策し共振周波数を高い周波数帯へずらしEMIを抑制します。

設計の基礎　パスコンの配置のポイント

パスコンというと大体このように回路図の電源ピンに付いていますが、
書き方が異なっていることがあります。
◆ICに直接取り付いているもの
◆電源、GNDピンだけ取り出して、別で書いてあるもの
◆大きなIC等で電源、GNDピンがたくさんあるものは、電源,GNDブロックだけまとめて記載し、必要なパスコンもまとめて書いてあるもの

信号波形シミュレーション（SIチェック）サービス

信号波形シミュレーションを利用すれば、基板を作成する前に波形検証できます。　
設計初期段階で改善が可能です。

回路と配線を最適化でき、手戻りを減らすことが出来ます。

EMIチェックサービス

使用ソフト：DEMITASNX
１５項目のチェック
・配線長チェック
・ビア数チェック
・GV プレーンまたぎチェック
・リターンパス不連続チェック
・基板端チェック
・放射電界チェック
・SGパターン有無チェック
・SGパターンビア間隔チェック
・プレーン外周チェック
・フィルタチェック
・デカップリングキャパシタチェック
・差動信号チェック
・クロストークチェック
・デジアナ干渉チェック
・LSIグランド分離チェック

回路図トレースサービス

使用ソフト：ORCAD,SD(System Designer）

作成データ
・回路図データ
・PDF回路図
・ネットリスト

ノイズ対策の基礎：BGAにおけるパスコン配置の最適化！

【QFPの場合】
QFPにおいては、パスコンは電源ピンのすぐそば、部品面に設置するのが最適です。これは、「パスコンが裏面にある＝電源ピンからビアを通りパスコンに繋がる」ということであり、ビアのインピーダンスが入り込むことでノイズ除去効果が下がってしまうためです。

【BGAの場合】
BGAにおいては、パスコンを表面におくと、内側のボール端子からデバイスの外側まで配線を引き出す必要があり、配線が長くなります。引き出し線が長くなると、ノイズ除去効果が大きく低下するため、ビアのインピーダンスが入り込んでしまうことを考慮しても、すぐ裏面に配置する方がいいという考え方です。

ノイズ対策の基礎：終端抵抗を配置する際はここに注意！

今回は、この並列終端に関するお話。
では、並列終端はどこに配置するのがベストでしょうか。

それは、「最終受信端の後」です。
受信端のすぐ横がベストですが、基板設計によっては近接して設置できないこともあります。
その場合、少し離した位置に設置することになります。
では、少し離した位置に終端抵抗を設置した場合、どのように波形の変化が表れるのでしょうか。
今回は受信端から5mm前と5mm後に終端抵抗を設置した場合の波形の変化を見てみます。
並列終端の最適な設置箇所について、ご理解頂けましたでしょうか。

大電流基板の開発における以外な落とし穴

ここまではどなたでもご理解頂けるかと思いますし、必要な電流値に対して銅箔厚と幅が不足して発生するトラブルはごく稀です。

問題は、外層⇔内層で電流を流す層を切り替えるときに発生しがちです。

100Aの電流を外層から内層などに層を切り替える為には、上記のようにビアを打つ必要がありますが、直径0.5mmのビアの場合に流せる電流は0.5A程度なので、単純計算で200個必要になります。
このビアの切り替えし部分でビアの数が不足すると、電流許容量が減るので、その分、異常発熱の原因となり、最悪の場合、基板が焦げたりする原因となります。
また、今回の題材のように外層と内層の銅箔厚が異なる場合に、ビアを打つことに加えて注意しなければいけないことがあります。
それは、内層から外層へ電流を切り替える際の銅箔厚の違いで発生してしまうことがあります。

ノイズ低減のための一筆書き配線のポイント

一筆書き配線は配線もしやすくプリント基板配線でよく使用されている配線方法です。しかし、上記のようなCAD図上では簡単に描くことができますが、実際の配線時にはデバイスのピンの所をうまく通過するように配線するのは、なかなか難しいのではないかと思います。
それでは、信号品質や反射などの影響をどうやって抑えるのか？　については、下記のYoutube動画で詳しく解説をしていますのでぜひご覧になってください。
見ている時間がない方のために簡単に要約しますと、
・１つ目のレシーバと２つ目のレシーバの間の配線を長くすると、オーバーシュート・リンギングが悪化。
・この配線を短くすると、レシーバ２つともオーバーシュート・リンギングが改善。
・さらにダンピング抵抗を調整することで綺麗な波形となる。

パスコンの正しい使い方を知り、トラブルを回避する

2同じ電源ピンに容量の異なるパスコンを取り付ける場合は、電源ピン側から小さい順に配置する。
パスコンは一つだけではなく複数個設置することもあります。この場合は、たとえば、電源ピン ← 0.01uF ← 0.1uF ← １uFといった具合に電源ピン側から容量の小さい順に並べるようにします。なお、10μFや電解コンデンサなど大きな容量のものについては、少し離れた個所に設置しても良いとされています。
3電源ピンまでの経路は、大元の電源　内層の電源プレーン　からコンデンサを通過して接続する
ここも重要なポイントになりますが、図示すると、電源ピン ← 0.01uF ← 0.1uF ← １uF ←　大本の電源　という具合になります。なおこちらも前述の2と同様、少し大きな容量の10μFや電解コンデンサなどは、電源ピンから少し離れた個所でも良いとされています。
4GND側も電源ピンの配線と同様にする
以上お伝えした4つのポイントは基本ですので、皆様も様々な専門書やインターネットで目にしたことがあると思いますが、一方で、パスコンの間違った使い方に起因するトラブルは身近で発生しているのではないでしょうか。

プリント基板の熱対策におけるポイント

２．熱シミュレーションを活用する
　　パターン設計時に、熱解析ソフトを用いた熱シミュレーションを行えば、発熱箇所をデータの段階で把握でき、
事前検討・対策を行うことが可能です。当社では、パターン設計図から熱流体解析ツールを使用しての熱
シミュレーションが可能です。電子機器の小型化が進み、高密度設計が要求されます。

３．大電流を取り扱う場合は、銅箔厚や幅を考慮する
　　我々のようなパターン設計を行う会社に委ねられる場合も多いですが、プリント基板に関わる皆様にはぜひ知って
おいて頂きたいポイントです。

C．プリント基板の材質変更による放熱対策
　１．高耐熱・高放熱基材を採用する
　　面実装部品は基板を介しての放熱が前提で、通常のガラエポ基板でも効果はありますが、下記にて紹介する高耐熱基材を
　　採用した方が、より放熱性が高いため発熱対策としては有効です。
　・高放熱性基材（アルミ基板やメタルコア基板）
　・厚銅基板
　・メタルベース基板
　・銅インレイ基板

ノイズ対策はリターンパスを見直そう

しかし、入念に設計したプリント基板でも、それが確実に反映されているか･･･というと、実はそうでないことが多いようです。
なぜなら、我々アート電子が日々お客様からご相談を頂く、ノイズがどうしても抑えらず何とかして欲しい･･･という案件を紐解いてみると、
リターンパスが確保できていない例が、けっこう多いからです。
せっかくGNDプレーンを生成しても、配置・配線の状況で
リターンパス電流が迂回をして、ノイズ発生の原因になってしまう、というケースもよく見受けられます。

こうなってしまう原因としては、我々の経験上、
１．内層のスリットが複雑になり、リターンパスを分断させてしまう

２．VIAを密集して配置することで、リターンパスが分断される

の大きく２つのパターンに分けることができるのではないか？

と考えています。

ノイズ対策基礎のきそ

しかし、こうしたトラブルがどうしても起こってしまう背景としては、回路設計が自社・パターン設計は外注、というケースで外注に任せっきりになっている、回路設計を行っていると、パターン設計の深くまでなかなか配慮ができない、あるいは、シビアなノイズ対策を行うよう対策（指示）ができていないなど、様々な事が考えられると思います。
もしくは、ノイズ対策の基礎を理解はしているが、使えるに至っていない、という事も、あるかも知れません。
そこでアート電子では、これまでノイズ対策.com で情報発信してきたノイズ対策の基礎的な情報に加えて、より皆様にお分かり頂けるよう、超プロでも初心者でもお分かり頂けるよう、解説動画を作成いたしました。
上記3ベタパターンが不必要に大きい。という項目ではGNDや電源プレーンをただ大きくするだけではノイズの原因になっていることも考えられます。特に内層での電源やGNDプレーンでは配線が無いため、ケアされていない基板も見受けられます。また、電源-GND層間のプレーンでは共振が発生し放射ノイズが大きくなることもあります。今回は電源-GND層間のプレーンでの共振を解析した解説動画をご紹介いたします。

パターン設計エンジニアの最新動向

そんな中、当社ではプリント配線板製造技能士の資格取得を通じてパターン設計における技術力の向上、さらには永続的なサービス提供を目指し、日々取り組んでおります。
具体的な取り組みとしては下記になります。
プリント配線板製造技能士には、下記の２つがあり、

　1プリント配線板製造技能士（プリント配線板設計作業）　1～3級

　　　･･･我々のような電子回路の開発・設計を行う会社が取得

　2プリント配線板製造技能士（プリント配線板製造作業）　1～3級

　　　･･･プリント基板そのものを製造する会社が取得

このうちアート電子のエンジニアには、

1プリント配線板製造技能士（プリント配線板設計作業）の取得を積極的に進めており、現在では、1級取得者が5名在籍しています。
今後はさらに、2プリント配線板製造技能士（プリント配線板製造作業）の取得も目指し、プリント基板における総合的な技術力・提案力の向上を進めて参ります。
なお、当社の営業についても、プリント配線板設計作業の3級を取得しており、お客様とのスムーズなコミュニケーションに努めています。

最適なパターン設計に近づけるための優先順位とは？

まず、パターン設計は基本的に、
配置　→　配線　→　ベタ　の順番で行われます。
例えば、配置を考える際、バスコンの配置をとにかくICの近くに置けるようパターン設計する必要があります。しかし、電源配線をバスコン経由で接続することを優先してしまい、いざ配置してみたら、バスコンがICの近くに置けないなどのケースがあります。このようなことが起きてしまう原因は、やはり”優先順位”を立てたパターン設計が行えていないことが挙げられます。
そこで、作業工程において上記の「パターン設計３つのポイント」を整理すると、

一番目：パスコンはＩＣ（電源ピン）の近傍に配置する　　　　　　　（配置）

二番目：信号線は短く、電源配線はパスコンを経由して配線する　　　（配線）

三番目：ＧＮＤベタは浮き島やアンテナとならない様に広く大きくとる（ベタ）

の順番にポイントを押さえてパターン設計をしていくということになります。
基本的にこの３つを最低限抑えることで、ほとんどのトラブルは回避できます。

また、上記３つ以外に押さえるべきポイントとしては、

基板が動かない！？そんなトラブルを解決するたった３つのポイント

ポイント1：ＧＮＤベタは浮き島やアンテナとならない様に広く大きくとる

http://www.noise-counterplan.com/article/14968743.html

ポイント2：パスコンはＩＣ（電源ピン）の近傍に配置する

http://www.noise-counterplan.com/article/14968754.html

ポイント3：信号線は短く、電源配線はパスコンを経由して配線する

http://www.noise-counterplan.com/article/14968762.html

え？たった３つだけ？と思われるかも知れませんが、こうした「落とし穴」は高速デジタル回路に限らず、
意外に低周波の回路で多く見受けられるのです。

イミュニティを抑えたい！そんな時、当社にお任せください

〇プリント基板によるノイズ対策
　１．VCC・GNDパターンを大きく取る　２．パターンは並走させない　３．配線をできるだけ短くする
　４．配線パターンのインピーダンスを変化させない　５．リターンパスを確保する６．パターンがアンテナにならないようにする　これに加えて、イミュニティ対策においては、
・基板外周をグランドで囲い、ビアで全層繋げる　・取付穴を筐体などのグランドに繋げる　の２点も重要です。

実際に当社がイミュニティを抑えるために、パターン設計で必ず気を付けていることは、
１．GNDが途切れないように、リターンパスを考慮して配線を引き回す
２．直角配線をしない（信号が反射を起こしてノイズの元になる）
３．パスコンを電源ICの近くに置く
４．ICの端子を起点にしたときに、パスコンは容量の小さいものから配置する　の４つのポイントは必ず確認しています。
＜イミュニティが発生した場合、どう抑えるか＞
イミュニティが発生した場合に確認すべきことは、
・どのような設計になっているかを確認　・どのような状況で発生するかを確認の２点で、それぞれについて整理、対策を練っていく必要があります。

フレキシブル基板設計の際に押さえておきたい５つのポイント

ポイントその1　表面実装部品は問題なく使えるが、パッド部は工夫
　フレキシブル基板が使われる用途により、部品は小型のもの選ばれますが、
リジット基板に使われる表面実装部品は、基本的に使用できます。
ただし、部品のはんだ付けを行うパッド部は標準ではなく、出来る限り大きく
設計することが推奨されますので、注意が必要です。

ポイントその2　パターン設計･形状はフレキ基板仕様用とする
　フレキシブル基板の回路パターンは、目的に合った形状で設計することが
　必要です。例えば、端子部への引き込み部はテーパー形成が望ましい、
配線を曲げる場合は、直角にではなく、円弧を描くようにする、などがあります。

ポイントその3　薄いフレキ基板が裂けないよう形状に配慮
　薄いフレキシブル基板は、耐久性も考慮した形状にしておく必要があります。
例えば外形コーナー部の形状は、裂けを回避するために、角を作らない、
補強を入れる、ストップホールを入れる　など対策を行うことが必要です。

「回路設計を外部委託したい・・・そんな時の２つのポイント

【実際の質問内容】
１．製品概要
　　例）どのような用途で使用されますか？
２．入出力
　　例）どのような信号を入力して、処理をして、どのような出力をしますか？
３．使用環境
　　例）屋内で使用でしょうか。または、屋外に設置されますか？

　　使用温度範囲を教えてください。
４．電源
　　例）電源はAC100Vでしょうか？それともDCでしょうか？

　　　　それとも、上記以外でしょうか。
５．回路構成
　　例）デジタル回路、アナログ回路、デジタル・アナログ回路混在どれになりますでしょうか。

６．マイコンを使用
　　例）マイコンを使用しますか？

【単品～量産まで対応可！】基板改造・基板改修サービス

1台でも、100台でも、お気軽にご相談ください！
スピーディかつ確実に基板を改造・改修します。
基板改造・基板改修ならアート電子にお任せください。1台単位の小ロットはもちろんのこと、例えば100台程度の纏まった数量でもお気軽にご相談ください。回路設計エンジニアの指示のもと、当社に在籍する基板改造・基板改修に必要な高いスキルを持ったスペシャリストが、スピーディかつ確実に基板を改造・改修します。

難易度の高い基板改造・改修こそ当社へ！
0402、狭ピッチIC、高密度実装品もお任せください。
アート電子ではリワーク装置を設備している事に加え、0402のリワークにも対応できるスペシャリストが多数在籍しておりますので、高密度実装品など基板改造・基板改修の難易度が高いものでも対応する事が可能です。ジャンパー配線に関しても、当社にて線材の仕様を選択し、効率的かつ美しい配線を行います。

効率的な基板改造・改修方法をご提案！
結線／パターンカットの指示のみでも対応が可能です。

当社ではもちろんご指示通りに行うことも可能ですが、より効率の良い配線を考えた積極的なご提案を行っています。

フローパレット使用時は開口部周辺の部品実装に注意する

通常は、プリント基板には
必要な場所以外にはんだが付着しないよう
ソルダーレジスト（ソルダーマスク）と呼ばれる、
緑色の絶縁塗料が塗られています。
しかし、基板設計の時に、部品同士の間隔を詰め過ぎると、
ソルダーレジスト（ソルダーマスク）を跨ぐ形で、
隣り合う部品のパッド同士ではんだがくっついてしまい、
はんだブリッジ（短絡ショート）する不具合が生じる可能性があります。
また、最近では、裏面に実装するSMD部品を
ボンドで仮止めできない極小部品の種類も増えてきています。
このようなSMD部品を、裏面(はんだ面)にリフロー実装後、そのままの状態でフロー実装をした場合リフローではんだ付けしたクリームはんだにフロー槽の噴流はんだが接触すると、噴流はんだの熱で、クリームはんだが溶けてしまい、リフローではんだ付けしたSMD部品の位置がズレたり
最悪、基板からSMD部品が外れ、フロー槽の中に部品が落下してしまいます。

基板端と部品の距離

はじめに、マウンターで、SMD部品が、
どのように機械実装されているか、簡単にご紹介します。
マウンターで、SMD部品を実装する時は、
赤矢印の基板搬入口に基板をセットして、基板をマウンターの中へ搬入します。
搬入された基板は、黄矢印のベルトコンベアで部品実装位置へ移動して部品実装を行います。

穴径の交差を考慮する

プリント基板に設置される穴の種類は、
リード部品を実装する為の穴、基板の表裏を電気的に導通させる為の穴、
基板を筐体に固定する為の穴などがあります。
プリント基板に設置される穴は、それぞれの役割に応じて穴のサイズや種類を適切に選択する必要があります。

基板連結部は加工法に注意する

シート面付は、面付する基板の形状や、
部品実装工程の事を考慮してシート外形を検討します。
ブイカット加工と、ルーター加工を上手く組み合わせて、基板同士を結合しなければ、
基板分割後にバリが発生したり、基板を意図した形状で、分割できない場合があります。
ブイカット加工とルーター加工の特徴についてですが、ブイカット加工は、ブイカットマシンを使って基板の分割点に
ブイ字の溝を掘ることで、基板分割を容易にする加工方法です。

シルク文字サイズを考慮する

プリント基板設計の、シルク文字編集では、
通常は、文字の高さは、1.0[mm]、文字の線幅は、0.2[mm]程度とした方が良いでしょう。
最小でも、文字の高さは、0.8[mm]、文字の線幅は、0.15[mm]程度とします。
プリント基板設計の、シルク文字編集では、
文字の高さ、0.8[mm]、文字の線幅、0.15[mm]以下で設定可能な場合がありますが、
実際にプリント基板を製作すると、文字が潰れたり、
線幅が細い為、線が掠れてしまったりして、読めなくなってしまう時があります。
今回は、シルク文字に関して、気をつけなければならないポイントを、ご紹介します。

回路設計から実装組付けまで考慮したプリント基板試作サービス

■開発（ハード・ソフト設計）
　アナログからデジタル回路設計
　パターン設計
　FPGA設計
　回路図ソフト
　OR-CAD、CR-5000SD、
　CADVANCEα-Schema

■プリント製造（実装・組立）
　基板実装
　リジット基板からフレキ基板まで
　0603、0402、BGA（0.4mm）、
　QFP　手実装・手はんだも対応
　コーティング・ポッティング
　ハーネス加工
　筐体設計・製作

■検査
　X線検査装置・光学系検査装置
　D検査装置
　ファンクションテスター
　オシロスコープ

詳細はこちら　　　http://www.art-denshi.co.jp/equipment/#sec2

アルミ・アルミコア基板

※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。

放熱基板設計・実装サービス

※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。

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