PCBドキュメントの作成と設定

新しいPCBの作成

回路図エディタからPCBエディタに設計を移行する前に、空白のPCBを作成し、プロジェクトの一部として名前を付けて保存する必要があります。

空白のPCBがプロジェクトに追加され、保存され、プロジェクトがローカルに保存されました。

ボード形状と位置の設定

回路図エディタから設計を転送する前に変更する必要がある、この空のボードのいくつかの属性があります。これには以下が含まれます：

ボードサイズが定義され、単位、原点、グリッドが設定されました。必要なレイヤーは間もなく設定されます。

デフォルトの設定

PCBエディタの設計スペースにオブジェクトを配置するとき、ソフトウェアは以下に基づいてオブジェクトの形状とプロパティを定義します：

1. 適用可能な設計ルール – オブジェクトに適用されるルールが定義されている場合、オブジェクトのプロパティはそのルールから定義されます。例えば、インタラクティブな配線中にレイヤーを変更するとき、ビアは自動的に追加され、そのサイズと穴のサイズは適用可能な配線ビアスタイル設計ルールから取得されます。
2. デフォルト設定 – 適用可能な設計ルールが存在しない場合や適用されない場合、オブジェクトのプロパティは、PreferencesダイアログのPCB Editor – Defaultsページで設定されたデフォルト設定から定義されます。例えば、Place » Viaコマンドを実行すると、そのビアがネットの一部になるかどうかソフトウェアは知りませんので、デフォルトで定義されたサイズのビアが提示されます。

設計の転送

メインページ： 回路図とPCB間の設計変更の管理

設計は、回路図エディタとPCBエディタ間で直接転送されます。中間ネットリストファイルは作成されません。回路図エディタからは、Design » Update PCB Document Multivibrator.PcbDocを選択するか、PCBエディタからは、Design » Import Changes from Multivibrator.PrjPcbを選択します。

これらのコマンドのいずれかを実行すると、エンジニアリング変更命令のセットが作成されます。これには：

• 設計に使用されるすべてのコンポーネントと、それぞれに必要なフットプリントをリストアップします。ECOが実行されると、ソフトウェアは各フットプリントを探してPCB設計スペースに配置しようとします。フットプリントが利用できない場合、エラーが発生します。このチュートリアルでは、すべてのコンポーネントがメーカーパーツ検索パネルから接続されたワークスペースに取得されているため、ソフトウェアはワークスペースに戻って各フットプリントを取得できます。
• すべてのネット（接続されたコンポーネントピン）のリストが作成されます。ECOが実行されると、ソフトウェアは各ネットをPCBに追加し、それぞれのネットに属するピンを追加しようとします。ピンを追加できない場合、エラーが発生します。これは、フットプリントが見つからなかった場合や、フットプリントのパッドがシンボルのピンにマッピングされていない場合に最もよく発生します。

• その後、ネットやコンポーネントクラスなどの追加設計データが転送されます。

  
  ECOが実行されると、コンポーネントは基板の形状の外側に配置され、ネットが作成されます。デフォルトの指定子（およびコメント）フォントが変更されたことに注意してください。

レイヤーの表示設定

全てのECOが実行された後、コンポーネントとネットが基板のアウトラインの右側にあるPCB設計スペースに表示されます。上の画像に示されています。基板上にコンポーネントを配置し始める前に、レイヤー、グリッド、設計ルールなど、特定のPCB設計スペースと基板設定を構成する必要があります。

あなたの基板のビューは鳥瞰図です - 上からZ軸を通して基板を見下ろしています。PCBエディターはレイヤー設計環境です。信号レイヤーに配置したオブジェクトは、基板が製造されると銅になります。オーバーレイレイヤーに配置した文字列は、基板表面にシルクスクリーン印刷されます。機械レイヤーに配置したメモは、印刷する組み立て図面上の指示になります。

このレイヤーのスタックを見下ろしながらボードを設計し、ボードの上側と下側（トップレイヤー/ボトムレイヤー）にコンポーネントを配置し、設計を構築するにつれて、銅、オーバーレイ、マスク、メカニカルレイヤーに他の設計オブジェクトを配置します。

ボードを設計する際には、層のスタックを見下ろしながら設計します。画像にカーソルを合わせると、Z軸方向に伸ばされた同じボードの3D表示がされます。

基板を製造するために使用される層（シグナル層、パワープレーン層、マスク層、シルクスクリーン層など）に加えて、PCBエディタは多数の非電気層もサポートしています。これらの層は、通常、以下のようにグループ化されます：

• 電気層 – 32の信号層と16の内部電源層を含みます。
• コンポーネント層 – コンポーネントの設計に使用される層で、オーバーレイ（シルクスクリーン）、はんだ、ペースト層が含まれます。ライブラリエディターでこれらの層の一つにコンポーネントのフットプリント内にオブジェクトが配置された場合、コンポーネントがボードの表面から裏面に反転されると、コンポーネント層に検出されたすべてのオブジェクトは、そのパートナーのコンポーネント層に反転されます。これには、ユーザー定義のコンポーネント層ペア（ペアになった機械層）上のオブジェクトも含まれます。
• 機械層 – ソフトウェアは無制限の汎用機械層をサポートしており、寸法、製造詳細、組み立て指示などの設計タスクに使用されます。これらの層は、必要に応じて印刷およびガーバー出力生成に選択的に含まれることができます。機械層はペアにすることもでき、ペアにされた場合、コンポーネント層として振る舞います。ペアにされたコンポーネント層は、3Dボディの配置、グルードット、エッジコネクター上の選択的な金メッキなどのタスクに使用されます。
• その他の層 – これには、すべての銅層に適用されるキープアウトを定義するために使用されるキープアウト層、すべての信号層に存在するオブジェクト（パッドやビアなど）に使用されるマルチレイヤー、ドリル情報（ドリルテーブルなど）を配置するために使用されるドリル描画層、およびドリルの位置とサイズを示すマーカーを表示するために使用されるドリルガイド層が含まれます。

銅層は、レイヤースタックで追加および削除されます。これについては後ほど説明します。その他のすべてのレイヤーは、ビュー設定パネルで有効にされ、設定されます。

レイヤーの表示 – ビュー設定

関連ページ： PCBのビュー

すべてのレイヤーの表示属性は、ビュー設定パネルで設定されます。パネルを開くには：

• アプリケーションウィンドウの右下にあるボタンをクリックし、メニューからビュー設定を選択するか、
• View » Panels » View Configurationメニュー項目を選択するか、
• Lのショートカットを押すか、
• デザインスペースの左下にある現在のレイヤー色アイコンをクリックします。

   
「表示設定」パネルの2つのタブ

レイヤー表示状態と色設定だけでなく、表示設定パネルでは他の表示設定にもアクセスできます。これには以下が含まれます：

• システムカラーの色と可視性、例えば選択色や接続線が見えるかどうか。
• オブジェクトの表示方法（ソリッドまたはドラフト）とその透明度（オブジェクトの可視性セクション）。
• 原点マーカー、パッドネット名、パッド番号が表示されるかどうかなど、さまざまな表示オプション（追加オプションセクション）。
• オブジェクトが暗くなったりマスクされたりしたときの表示の薄れ具合（マスクとディム設定セクション）。
• 現在表示されているレイヤーを素早く切り替えるためのレイヤーセットの作成。これは コントロールを使用して行います（レイヤーセクション）。
• ビュー設定の作成と選択。これは、色、可視性、オブジェクトの透明度など、すべてのレイヤープロパティを事前に設定するために使用されます（一般設定セクション）。

物理層とレイヤースタックマネージャ

メインページ： レイヤースタックの定義

PCB層スタックの定義は、プリント回路基板設計を成功させるための重要な要素です。多くの最新のPCBの配線は、もはや電気エネルギーを伝達する単純な銅線接続ではなく、一連の回路要素または伝送線路として設計されています。

また、現代の高速PCBを設計する際に考慮すべき多くの他の設計上の考慮事項があります。これには、レイヤーのペアリング、慎重なビア設計、可能なバックドリリング要件、リジッド/フレックス要件、銅のバランス、レイヤースタックの対称性、および材料の適合性が含まれます。

これらのレイヤースタック要件はレイヤースタックマネージャで設定されます。設計 » レイヤースタックマネージャを選択して開きます。

レイヤースタックマネージャーは以下の用途で使用されます：

• 信号層、プレーン層、誘電体層を追加、削除、並べ替えます。
• 材料ライブラリから材料の特性を選択するか、手動で設定します。
• レイヤースタックにユーザー定義フィールドを追加します。
• 許可されるビアタイプを設定し、各ビアタイプが跨ぐ層を定義します。
• 制御インピーダンス配線が使用されている場合、インピーダンスプロファイルを設定します。
• リジッドフレックス設計、プリントエレクトロニクス、バックドリリングなどの高度な機能を設定します。

このチュートリアルのPCBはシンプルな設計であり、片面基板としても両面基板としても、スルーホールビアを使用して配線することができます。下の画像では、各層の材料が選択されています。

物理層のプロパティはレイヤースタックマネージャーで定義されます。許可されるビアタイプを設定するには、レイヤースタックマネージャーの下部にあるビアタイプタブをクリックします。

グリッドの設定

次のステップは、コンポーネントの配置と配線に適したグリッドを選択することです。PCB設計スペースに配置されるすべてのオブジェクトは、現在のスナップグリッド上に配置されます。

インペリアルまたはメトリックグリッド？

従来、グリッドはコンポーネントのピンピッチとボードに使用する予定の配線技術に合わせて選択されました。つまり、トラックの幅はどれくらい必要か、トラック間のクリアランスはどれくらい必要かです。基本的な考え方は、トラックとクリアランスを可能な限り広くすることで、製造コストを下げ、信頼性を向上させることです。もちろん、トラック/クリアランスの選択は、各設計で実現できるものに最終的に左右されます。これは、コンポーネントと配線をどれだけ密に詰め込む必要があるかによって、ボードが配置され、配線されるかにかかっています。

時間の経過とともに、コンポーネントとそのピンのサイズは劇的に縮小し、ピンの間隔も狭くなりました。コンポーネントの寸法とピンの間隔は、主にインペリアルでスルーホールピンを使用していたものが、より頻繁にメトリック寸法で表面実装ピンを使用するように移行しました。新しいボード設計を始める場合、既存の（インペリアル）製品に合わせるための交換ボードを設計するなど、強い理由がない限り、メトリックで作業する方が良いでしょう。なぜでしょうか？古い、インペリアルのコンポーネントは大きなピンを持ち、それらの間にはたくさんのスペースがあります。一方、小さな表面実装デバイスはメトリック測定を使用して構築されており、製造された/組み立てられた/機能する製品が動作し、信頼性があることを確実にするために高い精度が必要です。また、PCBエディターはオフグリッドピンへの配線を簡単に処理できるため、メトリックボード上でインペリアルコンポーネントを使用することは大変ではありません。 適切なグリッド設定 このようなシンプルなチュートリアル回路の設計では、実用的なグリッドと設計ルールの設定は次のようになります：

非常に細かい配線グリッドを選択して、配線を効果的にどこにでも配置できるようにするのは魅力的かもしれませんが、これは良いアプローチではありません。なぜでしょうか？トラック+クリアランスと等しいか、またはその一部であるグリッドを設定するポイントは、非常に細かいグリッドが使用された場合に発生する可能性がある、潜在的な配線スペースを無駄にしないようにトラックを配置することを保証するためです。

スナップグリッドの設定

関連ページ： グリッドマネージャー、デカルト座標グリッドエディタ、極座標グリッドエディタ

このチュートリアルに必要なスナップグリッドの値は、次の操作で設定できます：

• G を押すと、インペリアルまたはメートル法の値を選択できるSnap Gridメニューが表示されます（メニューに表示されているショートカットに注意してください）。
• Ctrl+Shift+G を押すと、新しいグリッド値を入力できるSnap Gridダイアログが開きます。
• Ctrl+G を押すと、Cartesian Grid Editorダイアログが開き、グリッド値を入力できるだけでなく、グリッドの表示方法も設定できます（下記参照）。
• Propertiesパネルのグリッドマネージャーセクションでグリッドを編集します。

スナップグリッドを1mmに設定し、コンポーネントの配置の準備をします。