高周波プリント基板について

高周波プリント基板は、いわゆる高周波信号の伝送(1GHz以上の周波数)に用いるプリント基板です。高周波プリント基板は非常に高価で、通常、1平方センチメートルあたり0.6ドルです。中空の溝を含むコア板と、接着剤によってコア板の表面に接着されたクラッド銅板で構造されます。 高周波プリント基板の材質 材質面では誘電率の低い(高周波損失が少ない)材料でできています。現在、 1GHz〜10GHzの製品に使用可能なFR-4が一般的ですが、セラミック基板(アルミナ)、テフロンなどマイクロ波やミリ波用の基材のものもあります。ここからは、高周波基板に使用される代表的な基板材質の特徴を述べます。 FR-4 FR-4はコストが非常に安いため、一部のアプリケーションにも使われることがあります、ガラエポ基板でおおよそ1GHz程度までは使用可能です。ただし、これより高い周波数や、あるいはシビアな特性が要求されるケースで採用されることは少なく、次に述べるテフロン基板が使用されます。 テフロン基板 高周波特性に特に優れ、高周波回路設計に適した基板として用いられています。特性の異なるテフロンを選ぶことで、周波数帯域と使用する電気機器の特性にあわせた高周波基板となります。基材が高価であるため、大量生産品には適していません。また、半導体の性能が向上したことでより安価なガラスエポキシ基板でも同等の性能が得られるようになったため、近年ではあまり用いられなくなっています。 セラミック基板 酸化アルミニウムに粘結材を混ぜあわせたグリーン・シートに、融点の高いタングステンやモリブデン等の金属材料を使って配線パターンを形成し、高温で焼成したプリント基板です。酸化アルミニウムを用いることから、アルミナ基板とも呼ばれます。 セラミック基板は、熱伝導率がエポキシ樹脂をはじめとするプラスチックに比較して、96%アルミナ素材の場合でも60倍程度と大きく、この放熱性の高さが着目されています。この高い放熱性に加えて、誘電率が安定しており誘電正接(tanδ)が低いので、高周波基板として使用した際の損失も低く押さえられることで、各種高周波回路への応用も実用化されています。ただし、FR-4やテフロン基板に比較して非常に高価であるため、その用途は産業用途の一部や航空宇宙分野などの一部の限られた分野で採用されることが多くなっています。 高周波プリント基板の特性 (1)周波数を高くすることの一つの目的は、信号を早く伝達することです。従って高周波回路においては信号の速度が重要です。誘電率εが低ければ低いほど、信号速度は速くなり、光速に近づくことが分かります。従って高周波の中でも周波数の高い帯域を扱う場合においては、誘電率εの低いプリント基板を扱うことが最適なことが分かります。 (2)高周波基板では、単位体積あたりに電力吸収することにより、信号の伝送損失がおこり熱に変化します。誘電正接は信号伝送の品質に影響し、従って、誘電正接が大きければ大きいほど吸収が大きくなり信号損失が大きくなり、反対に誘電正接が低ければ低いほど信号の損失が少なくなります。特に信号ラインを長く引くことが必要な場合はこの誘電正接を十分に加味して設計を行うことが必要となります。 (3)熱膨張係数は、熱と冷間の変化の不一致が銅箔の剥離を引き起こすので、できるだけ銅箔に近づけるべきです。 (4)吸水性が低いと誘電率および誘電損失に影響します。 (5)その他の耐熱性、耐薬品性、衝撃強度、剥離強度等も良好でなければなりません。 高周波プリント基板の故障現象 高周波基板の故障現象は、主に誘電率の不安定によって高周波回路の安定性に影響を与えるものです。 高周波信号には表皮効果(表皮効果とは、高周波の特徴の一つであり、プリント基板の配線部分に高周波電流を流したときにその導体の表面近くにだけ電流が集中する現象です。この表皮効果が発生すると導体の断面の一部しか電流が流れないので等価的に導体の抵抗が増加することになります。)があり、基板の誘電率の不安定は高周波信号損失、信号が弱くなり、周波数ドリフト、さらには振動を止めるなどの現象を引き起こし、 全体的な電気的性能は悪化します。   Seeed Studio Fusionは、高周波プリント基板製造を含めた高品質のプリント基板サービスを手ごろな価格で提供する中国のプロメーカーです。詳しくは「Advanced PCB」をご覧ください。サイトで気軽にパラメータを選択して、概算の見積もりはできます。      

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プリント基板を自宅で簡単に自作しよう

多くのエンジニアは、プリント基板を自宅で作る方法に非常に興味を持っているそうです。 今回は、プリント基板の自作方法をご紹介します。 今回、用いた材料・道具は以下のものになります。 •生基板 •転写紙 •レーザープリンター •はさみ •アイロン •小型ドリル • プラスチックの容器 •塩化第二鉄(腐食液) •研磨紙 •ロジン水 さて、次は手順です。 1.まずはレーザープリンターを使用して、基板データを転写紙に印刷します。インクジェットではできないのでご注意です。 2.生基板から作りたい基板のサイズに合わせてカットします。そして、石鹸と水(クエン酸もいい)で基板を洗浄します。スチールウールで軽く磨くことができればよろしいです。生基板を傷くのを心配しないでください。 3.洗浄した生基板を乾かし、転写紙のパターンを基板に合わせま、透明なステッカーでしっかりとそれらを貼り付けます。 2層基板の場合は、両側の位置ポイントに合わせてください。 これは重要なステップです。そうしないと、すべての努力は無駄になります。 4.続いて転写です。まずはアイロンを一番高温になる設定にしておき、しっかりしたプラットフォームでアイロンをかけ始め、直接アイロン掛けします。少し圧をかけて、数十秒また同じ方向にアイロン掛けの工程を繰り返します。 5.熱転写を終えた頃には、まだ暑いときにどのように転写されるかを簡単に見ます。ちゃんと転写できていたら、少々強めに紙を剥がしていきます。 6.紙を剥がれたら、パターンの確認を兼ねて修正作業を行います。パターンの消えてしまった部分には油性マジックペンで書き足し、不要な部分はデザインナイフなどで削り取ります。 7.ここまで来たらエッチングです。塩化第二鉄(腐食液)と水をプラスチックの容器に入れて混ぜていきます。十分に混ざったら、作った基板をエッチング液に投入し、容器を揺らします。   8.基板が完全にエッチングされたら、容器から取り出します。 洗いすぐに流水で洗浄してください。 洗浄した後、研磨紙でカーボンダストを磨き、酸化を防ぎ、半田やすくようにロジン水で基板を覆います。 9.基板作りの工程としては以上です。あとは穴あけ、部品実装になります。 ヒント:…

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電子部品の販売代理店について

部品実装プロセスを行う開発者にとって、電子部品の種類だけでなく、品質も、部品の選択に非常に重要です。これは電子部品の調達先にも関連しています。 Seeed Fusion部品実装サービスには、信頼できる電子部品の販売代理店がサポートしているため、多くの在庫と品質の高い部品があります。 これから紹介します。 Digikey Digi-Keyは、アメリカ合衆国ミネソタ州に本拠を構える電子部品の通信販売を行う企業で、世界で5番目に大きな電子部品の販売代理店です。 2015年Digi-Keyと協力して以来、在庫は十分で、品質も保証されており、部品を購入することが保証されています。   Mouser Mouserは、670を超えるメーカーからの400万点以上の製品を揃えており、即日出荷可能在庫は74万点以上の米国大手半導体・電子部品商社です。 Mouserはエンジニアやバイヤーのために新しい製品や技術を急速に導入することに取り組みます。足りる在庫と品質保証は、私たちが提携する理由です。 Element14 Element14は電子システムの設計、維持および修理を担当する高いサービス販売業者です。ある特別な部品はElement14から調達できます。の収集、バイヤー、エンジニアに結びついた製品、Element14は製品、サービス、最新のソフトウェアの開発をすべてオンラインコミュニティプロジェクトに接続しますので、バイヤーやエンジニアはそれを通じて、 同輩や専門家と近づいて、幅広い強固な技術情報や有用なツールを入手できます。 新技術の研究、電子製品の設計、既存のシステムを修復するための部品の探しなどもできます。 Particle Particleは、企業が接続ソリューションを迅速かつ簡単に構築、接続、および管理できるようにする、拡張性と信頼性の高いネットワーキングデバイスプラットフォームです。 Kickstarterで2013年を開始し、インターネット企業にとってシンプルで便利なものにしました。最近 Seeed FusionはParticleの強力なP0およびP1 Wi-Fiモジュールを当社のOPLに統合しました。   もちろん、それらの部品調達先は、弊社の必要とするすべての部品を満たす訳ではないので、深センの地元部品メーカーと協力しています。部品を得るために、彼らは多くの専門ルートを提供しています。Seeedの部品ライブラリと組み合わせて、Fusion PCB 部品実装サービスは ワンストップで高品質、手頃な価格のサービスを提供しています。

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メタルマスクとは?-プリント基板の実装品質を左右する

2019.8.19追記更新—— PPT画像追加   メタルマスクとは メタルマスク(ステンシル)は、プリント基板製造工程のひとつである表面実装において、プリント基板上にハンダペーストを印刷する際に用いられる治具です。主に厚さ0.2mm以下の非常に薄いステンレス板に微細な切り欠きパターンを作り、ここにハンダペーストを刷り込むことによりプリント基板全体の部品装着部にハンダパターンを形成します。 その製造方法の1つとしてレーザ加工法があります。 メタルマスク製造解説 from ssuser97ba8f これ以外にもエッチング法、アディティブ法(メッキ法)があります。当社のレーザ・ステンシル加工機は、この切り欠きパターンをレーザ切断により形成する専用加工システムです。 レーザ加工法はドライプロセスであるため環境にやさしく、より高速で、高精度のメタルマスクを製造することが可能です。またエッチング法やアディティブ法に比べて環境面に加えコスト面、納期面でのメリットがあります。 メタルマスク製造解説 from ssuser97ba8f メタルマスクの役割 プリント基板には抵抗やコンデンサ、マイコン等の様々な電子部品がハンダ付けによって取り付けられています。しかし一つのプリント基板にはこれらの小型部品が数えきれないほど取り付けられています。しかし何百個もある、それも小型の電子部品のハンダ付けを手作業で行うと、膨大な時間を要してしまいます。また、あらかじめどこに何を取り付けるのかが決まっているため、手作業で行うと、ハンダ付けの失敗や取り付け場所の間違い等の問題が発生してしまいます。そこで登場するのが「メタルマスク」です。 それが何百枚、何千枚と作られている訳ですが、一体どの様にしてハンダ付けは行われているのでしょうか。 まずはメタルマスクとプリント基板を重ねます。クリーム状のハンダを流し込み、スキージと呼ばれるヘラで刷り込みます。そしてメタルマスクを取り除くと、必要な所にだけハンダが印刷されることになります。専用機械(実装機械)によって電子部品をハンダ上に配置し、熱風(リフロー炉)によって、ハンダを溶かしてプリント基板と電子部品をプリント基板の表側で接続します。 このようなプリント実装基板の工法を表面実装と呼び、これにより生産効率や歩留まりが劇的に向上してきているのです。この工法において、メタルマスクはなくてはならない役割を果たしているのです。近年の電化製品の小型化、高性能化は、これら技術をより高度化した数々の工法により成り立っているのです。 格安メタルマスク製造サービス メタルマスク製造解説 from ssuser97ba8f 表面実装技術の身につけを容易にし、小ロット生産を支援するために、Seeed Fusionは今月からメタルマスクの値段を下げしました。 精密できれいなエッジを確保するために、Fusionのメタルマスク製造サービスでは、頑丈な304ステンレス鋼を使用し、最新鋭のレーザー加工機による高精度高品質のメタルマスクをご提供しております。 すべてのサイズは、わずか9.90ドルから始まり、最大サイズの場合、元価格の3分の1になります!メタルマスクの仕様と価格はここでご覧ください。 サイトで自動見積り計算される 日本語サポートたっぷり 24時間内製造完了…

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メッキミシン目(スリット)を設計する方法

Seeed Studio Fusionの場合、製造ファイルでメッキミシン目(スリット)の作る方法は、メッキスルーホール(PTH)に似ています。 つまり、何らかの種類の穴、銅めっき、および銅を露出させるための開口部がなければなりません。 次の簡単な手順でこれを行う方法を示します: 1.ご利用の設計ソフトウェアで、メカニカルレイヤー(GMLまたはGKO)にミシン目(スリット)のアウトラインを描きます。これはメッキ後の穴の最終サイズになります。 正確な寸法を確保するために、アウトラインは基板のアウトラインと同じように、ゼロ幅の線を使用して描画する必要があります(小さな切り抜きのように見えます)。 形状の内側の領域のみが切り取られます。 2.両面の銅箔パッタンレイヤ(GTL、GBLおよびその他の銅箔パッタンレイヤ)で、同じミシン目(スリット)を描きますが、メカニカルレイヤのスリットよりも少なくとも0.1 mm(約4mil)大きくします。 露出される銅箔の量はご自分の次第です。 3.最後に、ソルダレジストレイヤ(表面と裏面)にミシン目(スリット)開口部を引き、銅パッドよりも少なくとも0.16mm(約6mil)大きくします。 4.他の銅箔パッタンレイヤとソルダレジストレイヤにもこの作業を行うことを忘れないでください。そうすると、メッキミシン目(スリット)を設計しました。   メッキミシン目(スリット)とメッキスルーホールとの違いは、切り抜きの形状です。 通常、NCドリルレイヤにドリルヒットでPTHを示します。 メッキスロットの場合、開口部を切り欠きとして描きます。 一部のコンポーネントライブラリでは、個別のNCミリングレイヤにメッキスロットが生成されますが、NCミリングレイヤをCAMソフトウェアに正しく読み込むことは困難な場合がありますので、推奨しません。 また、塗りつぶされた図形として設計されている場合もありますが、当社のエンジニアは図形の正確な寸法に従わない場合がありますから、ゼロ幅のアウトラインを使用することをお勧めします。 当社の最小のミリング工具は直径0.8mmですので、これよりも小さいミシン目(スリット)が必要な場合は、ドリル穴を重ねて列として設計し、それらをNCドリルレイヤに入れてください。

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高度なパターン設計にも迅速に対応できるAdvanced PCBサービスがスタート!

今回はFusionの「Advanced PCB」という特注基板製造サービスを紹介させていただきたいと思います。 Advanced PCBサービスは50層までの基板、10ozまでの銅箔、特殊ビア(マイクロビア、プラグ付きビア、貫通樹脂埋めビアなど)、高密度相互に連結する基板などの高度設計に対応できます。標準製造サービスにない表面仕上げ(OSP、Hard Gold+ENIGEなど)、インピーダンス制御、細いパターンなどの高度な機能が利用可能になります。最高仕様の加工能力と特別対応があるため、標準基板と比べると、数倍の価格になります。詳しい仕様違いをここでご覧ください。 豊富的な製造経験、合理的な価格、保障ありの品質、Fusion Advanced PCBサービスは理想的な選択です。 特注基板の必要がございましたら、ぜひFusion Advanced PCBサービスをご利用ください!

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基板設計ガイド – 高品質でレイアウトする方法

プリント基板の設計は、すべての電子回路設計の基礎です。 回路にあるすべての部品を装備する主なキャリアとして、 プリント基板は、散乱した部品の組み合わせだけでなく、回路設計が確実であることを保証し、異なるワイヤを接続する際の人為的ミスを回避するためにも使用されます。 1.パターンは合理的な方向にある必要がある 例えば、入力/出力、AC / DC、強/弱信号、高周波/低周波、高/低電圧などです。 それらの方向は線形(または別々)であり、交差して相互干渉ではありません。 最良の方向は直線ですが、達成するのは難しいです。 最も不利な方向はリング状です。 DC、小信号、低電圧の基板設計では、要件はあまり厳しくない場合があります。 合理的なのは相対的なものです。 2.良い接地を選択する 接地点は何回も言及されています。普通には、メイン接地点が必要です。例えば、フロント増幅器の接地パターンを合併してから、メイン接地点に接続します。 制限があるため、達成するのが難しい場合もあります。 実際には鋭い問題です。 エンジニアには独自の解決策があります。 3.電源フィルタ/バイパスコンデンサを適切にレイアウトする 一般に、回路図にいくつかの電源フィルタ/バイパスコンデンサを配置しますが、どこに配置するべきかは示されていません。 これらのコンデンサは、濾過/分離される必要なスイッチ装置や他の部品に使用されます。レイアウト時、ンデンサは、これらの部品の近くに配置すべきです。そうでなければ効果がありません。 また、電源フィルタ/バイパスコンデンサを適切にレイアウトすると、接地点の問題はやすくなります。 4.パターン幅はブラインドビアとスールホールにも適切である 太いパターンを使うなら、細かいパターンを使わないでください。高電圧と高周波数のパターンは滑らかで角度はありません。 アース線はできるだけ広げなければなりません。最良の方法は銅注ぎです。 パッドとビアが小さすぎると、パッドを「c」または完全にカットするのとドリルが難しくなります。パターンが細くて、銅が注がれない場合、パターンのエッチングの品質は悪化します。 だから、銅の注ぎは、接地での使用だけでなく、生産にも役立ちます。 5.ビアの数とパターンの密度を適当にする 製造の初期段階に見つけない問題は後半に出現する傾向があります。 例えば、パターンとビアが多すぎると、銅のエッチングの時には危険です。 したがって、ビアのデザインを最小限に抑える必要があります。…

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プリント基板のソルダレジストの色について

一般的にプリント基板は真緑色と認知されていると思いますが、あれは基板の色ではなく、塗布されているソルダレジストの色です。ソルダーレジストはプリント基板の表面に塗布し、絶縁膜となる保護インキです。実装の際にはんだが不必要な部分へ付着してショートするのを防止する役割があります。また、ほこりや熱、湿気などから回路パターンを保護し、絶縁性を維持します。 上記の機能の為だけであれば、ソルダーレジストの色が特に問題になる事はなく、レジストは緑、シルク文字は白というのが最も一般的で、製造コストや納期にも有利なのですが、最近は色々な理由から、他の色での要望も増えているようです。 ではなぜ、黄、赤、黒、白など、カラフルなソルダレジストを使う必要があるのでしょうか。いくつかの理由があるようです。 (1)LOTやバージョンで色を使い分ける たとえば、1回目の試作は赤、2回目は黄色、そして製品となったら緑色を使用するなど、開発段階が一目でわかるように色分けを行う場合があります。 (2)実装する部品によって使い分ける ピカピカと光るLEDを実装する場合、より美しく光らせるために、黒色のソルダレジストを使う場合があります。夜空に咲く花火のイメージです。その反対に、受光素子が実装される基板には、乱反射を避けるために、白色のソルダレジストを使用することがあります。 (3)その時の気分や、好き嫌いで決める 「気合を入れるために、赤にしよう」「今日は暑いから、涼しげな青にしよう」など、気分で色を使い分ける場合もあるようです。単に、開発者の好きな色を使用する場合もあります。完全に個人的な趣味です。特にアメリカではこの理由が多いと聞きます。 それでは、異なるソルダレジストの色はプリント基板に何か影響がありますか? 色によって基板の特性の違いはほぼありませんが、半製品の生産の容易さに影響あります。例えば、 配線とシルクのチェック、回路の見分けなどです。 異なるソルダレジストの色のメリットとデメリット 緑 プリント基板の色はなぜいつも緑ですか? 1.  SMTはんだ付けには、AOIチェックがあります。このプロセスにあるアラインメントの光学較正と計測器の認識にとって、緑は優れています。 2. 他より、緑はコスト低く、エラーを少なくし、より高い精度で行うことができます。 3. 緑は環境に優しいです。 黒 黒色はコバルトと炭素とが混ざり合っているもので、ある程度の導電性があるため、短絡の危険性があります。 黒い基板は回路を見にくく、価格も安くありません。 白 ほとんどのLED照明は白い基板を使ってます。Seeedは白い基板上の黒色のシルクを印刷し、高級感に見せます。 青 青はLCDを搭載するのに適した色です。明るい背景色と鮮明に対照的な縁によって、目が画面から引き出されないからです。青は基板をきれいに見せます。 赤と黄 赤と黄は欠点ありません。 実際、それは緑と同じので、見事なパターンがあるならば、ご基板は芸術作品のようになります。   基板が4層以下、寸法≤…

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ガーバーデータとは

ガーバーデータとは、プリント基板(Printed Circuit Board, PCB)の設計・製造過程で使用されるファイルフォーマットの一種です。「ガーバー」「ガーバーデータ」「ガーバーフォーマット」など色々な呼び方があるが、どれも意味としては同じです。ガーバーデータには基板の配線情報などが含まれており、 通常DesignSparkPCBやEagleといったのCADソフトによって設計・出力され、このファイルを元に製造業者側はプリント基板を製造します。 作成されたファイルは、基板製造のCAM システムに読み込まれ、基板製造プロセスの各ステップで使用するデータに編集されます。また、基板の加工以外にも、基板の仕上がりを検査する自動外観検査機にも使用されます。ドリル情報(フラッシュアパーチャなど)に使うことも考えられるが、通常、ドリル情報はExcellonフォーマットが使用されます。 ファイル構造の視点からみると、ガーバーフォーマットは、RS-274X(拡張ガーバーフォーマット)とRS-274-D(標準ガーバーフォーマット)の2つに分類することができます。 2種類の形式があり違いは下記のようにDコード(アパーチャー・リスト)を含むか含まないかの違いです。 Dコードを含まないデータ・・・RS-274D(標準ガーバー) Dコードを含むデータ  ・・・RS-274X(拡張ガーバー) 注)Dコード・・・サイズ情報(ポイント寸法、線幅)・形状を示すコードで2桁以上の数値 簡単に言ってしまうと、RS-274Xは画像データを全て内包することができ、外部ファイルを必要としません。逆にRS-274-Dは、サイズ情報が記述された外部ファイルが必要になります。そのため、RS-274Dは正しい組合せでファイルを受け渡しをしないと、正しく再現出来なくなってしまいます。当然のことながら、現在の主流は拡張ガーバーです。 見分け方は簡単で、RS-274Xの場合、先頭付近に「%」で区切られたパラメーターが何行か並んでいるはずです。 このパラメーターがない場合は、RS-274-Dですので外部ファイルが必要になります。 RS-274Xでの受け渡しはトラブルが少なく、ガーバーの知識がさして必要ではありません。一方、RS-274-Dを使う場合は、正しくデータを再現するために設計者と正常者双方に正しい知識が必要になります。 Fusion pcbの場合、ガーバーファイルはRS-274Xフォーマットでなければなりません。 ドリルファイル(pcbname.TXT)はExcellonフォーマットである必要があります。  

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日本のメイカースペース【DMM.make AKIBA】との協力がスタート!

8月3日、Seeed Fusionチームは日本ロレアルリサーチ&イノベーションセンター、日本を代表するモノづくり支援施設DMM.make AKIBAを見学させていただき、DMM.make AKIBAと協力体制を築いていくことで合意しました。 まずは支援の一環として、Maker Faire Tokyo 2017で配布した「製造のためのプリント基板設計ガイド」を特別にご用意し、DMM.make AKIBAで無料配布いたします!DMM.make AKIBAの会員さまはもちろん、少しでも興味をお持ちの方はこの機会に無料見学ツアーやワークショップにご参加いただき、この貴重なガイドをご入手ください。DMM.make AKIBAでモノづくりの楽しさを体験しよう! 【DMM.make AKIBA】との協力を推進し、モノづくりを支えます。次にご期待ください!  

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