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PCB Artwork

動いて理解する基板アートワーク

回路図が持っている情報は「何と何がつながるか」だけです。どこを通り、どうやって帰るか——寄生成分も、波形も、放射も、温度も、そのすべてを決めるのがアートワークです。このシリーズは、銅と樹脂という物体の話から始めて、エッチングとめっきが設計ルールの数字をどう決めているかを見せ、層構成・配置・グラウンドという骨格、線幅とインピーダンスと差動という配線、そして DFM・実装性・出図データという「作れる形にする」工程まで、一本道でつなぎます。全 24 章に触って動かせるデモ(LIVE・計 24 点)と SVG 図版 130 点。数式は導出を省略せず、経験則は「なぜその数字なのか」まで戻って説明します。

第 I 部 — 基板という物体

設計ルールの数字は、すべてエッチングとめっきと公差から来ています。

CH 01アートワークとは何か回路図が語らないこと。寄生成分は導体の形だけで決まる。▶ LIVE CH 02基板の物理構造銅箔 1 oz = 35 µm、コアとプリプレグ、レジスト、表面処理。▶ LIVE CH 03製造プロセス銅は削って作る。だから厚い銅ほど細い線が引けない。▶ LIVE CH 04設計ルールと公差DRC の数字の出どころ。公差を積み上げる 10 分。▶ LIVE

第 II 部 — 骨格

性能の 8 割はここで決まります。配線は、配置で決まった距離を埋めるだけです。

CH 05層構成(スタックアップ)層数ではなくリターン電流の道を決める作業。▶ LIVE CH 06フットプリントはんだフィレットの物理から寸法を決める。IPC-7351。▶ LIVE CH 07部品配置動かせないものから固定する。電流の環を小さくする。▶ LIVE CH 08グラウンドの設計分割してはいけない理由。電流は自分の真下を帰る。▶ LIVE

第 III 部 — 配線

線幅・インピーダンス・差動・ビア・ベタ・電源。数字で判断できるようにします。

CH 09配線の基本1 oz なら 0.5 mΩ/□。電圧降下が先に効くことも多い。▶ LIVE CH 10インピーダンス制御50 Ω を寸法に翻訳する。最大の敵は基準面の途切れ。▶ LIVE CH 11差動ペアと等長配線スキューが同相ノイズを作る。ガラス織り効果まで。▶ LIVE CH 12ビア1 個 1 nH。スタブは層の割り当てだけで避けられる。▶ LIVE CH 13ベタとポリゴンサーマルリリーフ、スティッチング、浮いた銅の害。▶ LIVE CH 14電源分配とデカップリング型番を選ぶより、1 mm 近づけるほうが効く。▶ LIVE

第 IV 部 — 効かせる

クロストーク・高速 IF・アナログ・熱・EMC。原則がどう結果に現れるか。

CH 15クロストークと配線間隔3W 則の正体。s ではなく s/h で決まる。▶ LIVE CH 16高速インタフェースの実際USB・PCIe・DDR。規格ごとに何を守るのか。▶ LIVE CH 17アナログと混載基板24 bit の 1 LSB は 0.3 µV。配置だけで分離する。▶ LIVE CH 18熱設計熱抵抗は電気と同じ形。サーマルビアは 9 本から。▶ LIVE CH 19EMC のためのアートワークCM は DM の 1 万分の 1 の電流で同じだけ放射する。▶ LIVE

第 V 部 — 作れる形にする

どれだけ良い設計でも、作れなければゼロです。

CH 20DFMDRC が見ていない項目。着手前の 10 分が 1 週間を救う。▶ LIVE CH 21実装性と検査性面積比 0.66、トゥームストーン、基準マーク。▶ LIVE CH 22出図データ層の取り違え、ドリル設定、DNP 未記載——定番の事故。▶ LIVE CH 23特殊な基板とコスト面付けの取り数が単価を決める。HDI・フレキ。▶ LIVE CH 24レビューとチェックリスト最強の質問は「この電流はどこを帰りますか」。▶ LIVE

目的別の近道

はじめて基板を引く01 → 02 → 05 → 06 → 07 → 09 → 24
高速信号で困っている08 → 10 → 11 → 12 → 15 → 16
EMC 試験で落ちた08 → 12 → 13 → 14 → 19
アナログの精度が出ない08 → 09 → 13 → 17
熱が心配02 → 13 → 18
高い・作れないと言われた03 → 04 → 20 → 23
出図でミスをしたくない20 → 21 → 22 → 24
ぜんぶ01 → 24(推奨)