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［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】

Mワット級回路の作り方から放熱/EMI対策技術まで

2023年4月15日

型名：mz-hppcb-on2
仕様：講義308分，解説261頁
定価：16,500円（税込・送料無料）
著者・講師：技推/国峯尚樹/坂本三直/住谷善隆/寺田正一/中村黄三/宮崎研
企画編集・主催： ZEPエンジニアリング株式会社
本製品は，1人当たり1ライセンスです

本製品のあらまし

本製品は，2022年7月28日に開催したオンライン・セミナ「Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】」の講義ビデオとテキストのセット商品です．

同梱の説明書に，講義ビデオの視聴と講義テキストのダウンロードが可能になるパスワードが記載されています．

本製品のすべての映像，画像，文書テキストは著作権法によって厳格に守られています．無許可の転載，複製，転用は法律により罰せられます．

パワエレ・電源・アナログ編で学ぶ内容

【セッション1】
危険！高出力電源＆インバータの安心設計 10の心得

～メガ・ワット級大電力制御回路の開発はこうやって始める～

講師：坂本三直（株式会社デスクトップラボ）

講義内容

インバータ回路自体は，誰にでも製作できそうな非常にシンプルなものです．しかし，実際に製作すると，正常に動作しない，破損するなど，さまざまな致命的なトラブルに見舞われます．本講演では，インバータ基板設計をするにあたって，関連する電力変換技術，さらにはマネージメントまで含めた設計に関する経験をいくつか紹介します．

講師紹介

東京工業大学・大学院にてパワーエレクトロニクスの研究を行う
1990年4月　パイオニア総合研究所にて液晶・有機ELの研究に従事
1995年1月　大学時代の隣の研究室の博士と、パワーエレクトロニクスの開発サポート会社であるマイウェイ技研株式会社を設立
2010年10月　マイウェイプラス株式会社を退社後、株式会社デスクトップラボ設立

【セッション2】
目視からX線まで！プリント基板 10の見極め方と検査術

～伸縮自在/高放熱効率/極細配線タイプまで，最新ソリューションも紹介～

講師：寺田正一（テラテック）

講演内容

プリント基板の品質は，外観だけでは判断できません．本セミナでは，基板の品質を判断する方法や，用途に応じた品質の見極め方を紹介します．また，基板への要求が多様化していて，特殊な基板が使われています．そのいくつかの基板の紹介と実現性や採用時の注意事項についても説明します．

部品内蔵基板（抵抗・キャパシタ・インダクタ・半導体チップ）
ストレッチャブル基板・繊維ベース基板（3次元変形）
大電流放熱基板（厚銅・金属）
ファイン基板（L/S=40/40um未満）ほか

講師紹介

1986年早稲田大学教育学部理学科卒
1997年株式会社シーディー・アダプコ・ジャパン（現 IDAJ）に入社。電子機器用熱解析ソフトの開発およびサポートに従事
2005年より現部署で電子機器用解析ソフトの営業支援、サポート、受託業務に携わる。JEITA会員、日本機械学会会員、日本伝熱学会会員

【セッション3】
信頼性を予測設計！熱流路のコンピュータ解析初導入10の基本

～高性能いつまでも！高速CPUや小型電源のエネルギを分散＆最適化～

講師：宮崎研（株式会社IDAJ）

講演内容

部品実装を含むプリント基板の製作で，熱問題に直面したことはありませんか．試作して動作させたところ想定を超える温度になってしまった，基板単品ではOKだったが，筐体に入れたら温度条件をクリアできなかった．というようなことが往々にして起こります．

基板や実装部品の温度予測は，主に2つのフェーズで行われます．
(1) 基板の仕様や搭載部品が大よそ決まった段階で，熱的に成立するか否かを判断する上流設計
(2) アートワークや部品配置もほぼ決まり，試作に臨む事前の検証を行うフェーズ

試作前に部品温度を精度よく見積るには，基板周囲の温度や気流を考慮できる熱流体シミュレーションを利用するのが定石です．そのためには，十分な精度を確保できる基板や部品のモデルを準備しなくてはなりませんが，電子機器専用のシミュレータを利用することで，モデル作りの手間を大幅に省くことができます．

本講演では，プリント基板の熱設計におけるシミュレーションの手順を解説し，安心・安価に基板を製作できるワークフローを提案します．

講師紹介

1986年早稲田大学教育学部理学科卒
1997年株式会社シーディー・アダプコ・ジャパン（現 IDAJ）に入社。電子機器用熱解析ソフトの開発およびサポートに従事
2005年より現部署で電子機器用解析ソフトの営業支援、サポート、受託業務に携わる。JEITA会員、日本機械学会会員、日本伝熱学会会員

【セッション4】
雑音レス！アナログ＆ディジタル・グラウンド配線設計 10の基本

～24ビット多チャネルA-D変換基板を例に，高性能を引き出すノウハウを伝授～

講師：中村黄三

講義内容

A-Dコンバータのデータシートでグラウンド配線の方法を参照すると，「アナログ・グラウンド・ピンとディジタル・グラウンド・ピンはデバイス直下で短絡させる」と記述されています．しかしこの記述が有効なのは，実装するA-Dコンバータが1個だけの場合に限られます．複数のA-Dコンバータを実装する場合のグラウンド配線技術については，「ベタ・グラウンドを推奨する」程度で，その有効性の根拠は記述されていません．

　これは，各A-Dコンバータの信号源が互いにフローティングであるか，共通グラウンドかなどの条件により配線方法が変わるので，記述しきれないのがその理由です．同じようにA-Dコンバータ自体の解説に注力した文献は市場にありますが，実験データを基にした適切なグラウンド配線技術に関する書籍はほどんど見当たりません．

　本講演では，実際に製作した24ビットのマルチチャネルA-Dコンバータ基板の実験データを基に，複数のA-Dコンバータを実装する場合のグラウンド配線や絶縁テクニックを丁寧に解説します．

講師紹介

医療用計測器メーカー入社。心電計、血圧計などの設計に従事
1986年日本バー・ブラウン株式会社入社。工業用リニアICのFAE課長
2001年日本テキサス・インスツルメンツ株式会社との合併により同社へ編入
2004年同職の部長および上級主任技師（SMTS）へ昇進
2007年定年退職後、同社の専門職契約にて社員教育／セミナ講演を担当
2022年現在電気電子系雑誌「トランジスタ技術」のフリーライター

【セッション5】
対策部品レス！スイッチング電源基板の低ノイズ化 10の基本

～放射源や結合を早期発見！小型化と高信頼性を両立する～

講師：技推

講演内容

　電源設計は「この道何十年」の熟練エンジニアが担当するケースが多く，人材の高齢化により若手エンジニアへの継承・育成が急務な技術分野となっています．しかし，既存の参考書籍や公開セミナでは，各種電源の回路設計が中心であり，電源回路周りのプリント基板のレイアウト起因まで深く踏み込んだ内容は少なく，各企業が技術ノウハウとして，社外秘にしているケースが多いのではないでしょうか．

　そこで，実務経験のない受講者でも電源設計の本質が理解できるよう回路設計，基板レイアウト設計，特性評価までハンズオン中心の実践的なセミナを企画・実施しました．実際に彼らが設計・製作したスイッチング電源基板の中から評価結果で顕著な差が出た基板や，実測とシミュレーション結果の比較考察データをベースに本講演内容を解説します．

講師紹介

ASIC I/O回路デバイス設計、半導体パッケージ基板の電気特性解析、電子製品（プリント基板周り）におけるノイズ対策コンサルティングを実務として経験
特にスイッチング電源周りのノイズ対策を得意とする

【セッション6】
デジ/アナ/電源高密度混載！車載基板の放熱設計 10の基本

～ノイズとエネルギが密集するコンピュータ制御パワー回路の作り方～

講師：国峯尚樹（株式会社サーマルデザインラボ）

講演内容

CASE(「Connected:コネクティッド」「Autonomous：自動運転」「Shared：共有」「Electric：電動化」）というキーワードで代表されるように，今後の自動車は高性能AIチップや基地局を搭載した走る高性能コンピュータとなっていくでしょう．これらを実現するのが，無線通信デバイス，処理デバイス，表示/センシング・デバイス，パワー・デバイスです．高性能化によってますます消費電力が増大するこれらのデバイスを「車」という限られた空間に高密度で実装する際には，放熱の対策は不可欠です．ヒートシンクやTIMを使った直接的熱対策に加え基板の配線設計や部品のレイアウトも重要な熱対策となります．

本講演では熱を考えた基板設計手法を中心にこれからの熱設計，熱対策ついて解説を行います．

講師紹介

1977年早稲田大学理工学部機械工学科卒
1977年沖電気工業株式会社入社。電子交換機、ミニコン、パソコン、プリンタ、FDDなどの冷却方式開発や熱設計に従事
2007年株式会社サーマル・デザインラボ設立。製品の熱設計、熱対策支援、研修などを手がける
著書：「エレクトロニクスのための熱設計完全制覇」（日刊工業新聞社）、「熱設計と数値シミュレーション」（オーム社）ほか

【セッション7】
半導体から見る低ノイズ＆高効率電源 10の実装技術

～パッケージ内チップの構造を理解して，電磁界や熱の流れを最適化する～

講師：住谷善隆（アナログ・デバイセズ株式会社）

講義内容

ここ10年間でスイッチング電源回路の性能は飛躍的に改善し，プリント基板面積あたりに扱える電力は4倍に増えました．

これにはスイッチング制御やMOSFET駆動技術以外に半導体パッケージング技術が大きくが寄与しており，アプリケーションや使用条件に合わせてICパッケージを選定することは重要な設計要素になりました．

最新のグラフィック・プロセッサは， 1V前後の電源レールに数100Aの電流供給を求める一方で，ドローンや電気自動車ではGaNやSiCを用いて高電圧を高効率に扱う回路を求めるようになりました．

本講演では，アプリケーションや使用条件に合わせたICパッケージの選定， ICパッケージの性能や特徴を最大限に引き出すためのプリント基板設計について紹介します．

講師紹介

2003年パデュー大学大学院卒業
2007年リニアテクノロジー株式会社にFAEとして入社
2017年アナログ・デバイセズ株式会社車載ビジネス・デベロップメント・スペシャリスト．主に新製品の企画や開発に携わる

紹介動画

基板設計の前にまず「熱流束」を計算してみる |【セッション6】デジ/アナ/電源高密度混載！車載基板の放熱設計 10の基本」

スイッチング電源回路の層に隣接する層をグラウンド層に設定する |【セッション7】半導体から見る低ノイズ＆高効率電源 10の実装技術

本製品を購入された方へ「講義ビデオと講義テキストの視聴方法」

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講義ビデオ(著作権保護のためパスワードがかけられています)

「パワエレ・電源・アナログ編」講義ビデオ.mp4(5時間8分16秒)

0:00:10 ●セッション① 危険！高出力電源＆インバータの安心設計 10の心得
0:03:16　- 基本(1) 簡単そうで簡単ではない「パワエレ」
0:07:43　- 基本(2) サージ電圧で破壊するインバータ(技術)
0:09:40　- 基本(3) 発熱を少なくするため，ゲート – ドライブ能力を最大化
0:10:47　- 基本(4) インダクタンスを小さくすればOK？発熱，サージ，電流信号ラインのバランスが重要
0:12:21　- 基本(5) 内層からは放熱できない
0:14:10　- 基本(6) φ0.1程度のViaの場合，10℃上昇 @1Aを目安にする
0:16:59　- 基本(7) ソフト – ハードが分離できないインバータ(設計)…同じセンサレス制御でも回路が異なる
0:19:52　- 基本(8) ソフト – ハードが分離できないインバータ(デバッグ)…バランスをとってデバッグする
0:22:44　- 基本(9)ソフト – ハードが分離できないインバータ(デバッグ)…インバータは1か所壊れると全て壊れる！燃えてしまう！
0:25:38　- 基本(10) まずはパターン設計のシミュレーションに頼らず，知識を身につける
0:30:55 ●セッション② 目視からX線まで！プリント基板 10の見極め方と検査術
0:32:33　- 基本(1) プリント基板の高品質は信頼性
0:33:54　- 基本(2) 製造品質を考慮した基板設計を行う
0:36:26　- 基本(3) 基板の規格値を知ろう
0:39:54　- 基本(4) JIS規格に指定されている項目と規格値
0:41:27　- 基本(5) 使用製品に合った品質設定をしよう
0:43:25　- 基本(6) 外観検査による欠陥検出
0:44:37　- 基本(7) 信頼性確認の「きも」は破壊試験
0:50:26　- 基本(8) 導通信頼性の確認方法
0:51:52　- 基本(9) 絶縁信頼性の確認方法
0:53:08　- 基本(10) 採用してはいけない仕様(ソルダ – レジストのVia被せ)
1:18:45 ●セッション③ 信頼性を予測設計！熱流路のコンピュータ解析初導入 10の基本
1:19:18　- 基本(1) 予測設計，熱シミュレーションの使いどころ
1:24:05　- 基本(2) どんな容れものに入るのかを想定する
1:28:05　- 基本(3) 試作はバーチャルで突き詰める
1:32:01　- 基本(4) さまざまな温度 – 流れ条件で試してみる
1:34:04　- 基本(5) 熱モデルのサプライチェーン
1:37:08　- 基本(6) 部品の熱モデルを作る
1:41:50　- 基本(7) 基板の熱モデルを作る
1:44:12　- 基本(8) 映える絵には説得力が備わる
1:45:13　- 基本(9) 技術サポートやセミナ，コンサルティングを活用する
1:46:36　- 基本(10) 開発コストは年々下がる
1:48:34 ●セッション④ 雑音レス！アナログ＆ディジタル – グラウンド配線設計 10の基本
1:50:13　- 基本(1) 理想のグラウンド(0Ω)における信号の受け渡し
1:53:55　- 基本(2) 現実のグラウンド(≠0Ω)ではグラウンドを分ける
1:55:42　- 基本(3) ケルビン接続で信号伝達精度が向上する
2:03:20　- 基本(4) 電源電流のリターン経路を考える
2:06:23　- 基本(5) ケルビン接続と電源リターン経路の分離
2:12:46　- 基本(6) 信号源が分離されたグラウンド配線の検討
2:16:44　- 基本(7) 低消費電力回路を目指すなら差動アンプで受ける
2:19:21　- 基本(8) 多チャネルA-Dコンバータでは信号とグラウンドの絶縁を行う
2:20:20　- 基本(9) ディジタル側の絶縁は高速タイプの絶縁カプラを使用してスキュー差を最小化
2:26:13　- 基本(10) グラウンド – ラインの実験から得た結論
2:27:12 ●セッション⑤ 対策部品レス！スイッチング電源基板の低ノイズ化 10の基本
2:29:34　はじめに
2:32:22　セミナの内容
2:36:43　電源回路設計ワークシートの作成
2:37:38　回路シミュレーション – モデルの作成
2:40:23　電源基板の設計例
2:44:02　電源基板の評価実施項目
2:46:10　実測結果
2:49:02　シミュレーション結果
2:51:14　各電源基板の評点例
3:15:25　まとめ
– 基本(1) できるだけプリント – パターン幅は太く, 長さは短くする
– 基本(2) 電源 – グランドの主電流ループは表層配線で引き切る
– 基本(3) 主電流ループ(表層配線)直下の層 (第2層)はリターンパスのグラウンド – プレーンに
– 基本(4) ハイ – ロー – サイド – スイッチング素子は直近に配置する
– 基本(5) 出力インダクタはスイッチング素子の直近に配置する
– 基本(6) 入力コンデンサはハイ – サイド – スイッチング素子の直近に配置する
– 基本(7) 1次側入力電源部にノイズ – フィルタ回路を挿入する
– 基本(8) 2次側の電流ループを最小にするため負荷回路との距離を最短にする
– 基本(9)電源ICなどの制御系回路はスイッチング素子の直近には配置しない
– 基本(10) 出力を安定化するため周波数応答解析(FRA)を実施して位相補償を行う
3:19:48 ●セッション⑥ デジ/アナ/電源高密度混搭！車載基板の放熱設計 10の基本
3:26:48　- 基本(1) 部品の小型化で90%の熱は基板へ逃げるようになった
3:39:55　- 基本(2) 基板設計の前にまず「熱流束」を計算してみる
3:44:07　- 基本(3) 部品の熱対策は温度でなく「熱抵抗」を目標にする
3:50:55　- 基本(4) 目標/単体熱抵抗マップで部品の熱対策を決める
3:54:06　- 基本(5) 基板放熱部品には必要な放熱エリアを与える
3:55:42　- 基本(6) 片面基板では配線幅が部品の放熱能力を高める
3:59:05　- 基本(7) 部品とグラウンド – プレーンの距離が放熱に効く！
4:00:40　- 基本(8) 放熱パッドが小さいほどサーマル – ビアが効く！
4:04:04　- 基本(9) 発熱の大きい部品は基板に逃がさず筐体へ
4:08:27　- 基本(10) 筐体放熱には適切なTIMを選定する
4:13:33 ●セッション⑦ 半導体から見る低ノイズ＆高効率電源 10の実装技術
4:16:24　▼スイッチング電源の動作を考慮した回路基板設計
4:18:44　- 基本(1) ICの動作と構造を理解し，回路基板設計に反映する
4:28:10　- 基本(2) 高インピーダンスなアナログ回路の配線は出来る限り短くする
4:34:31　- 基本(3) 電源回路の真下のグラウンド層にエディ電流を流す
4:37:18　- 基本(4) グラウンド層に挟まれた層はノイズに守られた聖域
4:38:44　▼電源ICのパッケージ – オプション
4:39:12　- 基本(5) イオン – マイグレーションとウィスカ対策に安全性重視の足有りパッケージを活用
4:48:18　- 基本(6) フリップチップ – パッケージは，電気的特性に優れるが，耐温度サイクル性に注意
4:53:02　▼12VIN, 5VOUTモノリシック電源回路の進化
4:53:22　- 基本(7) モノリシック電源の性能は，MOSFETの駆動技術が重要
4:56:34　- 基本(8) 周波数拡散は，伝導エミッションに効果大
5:00:18　- 基本(9)フリップチップ – パッケージの性能は入力コンデンサの配置で決まる
5:04:33　- 基本(10) ラミネート基板パッケージは，電源回路の性能を次のレベルに引き上げる

講義テキスト(著作権保護のためパスワードがかけられています)

講義テキスト_パワエレ・電源・アナログ編.zip

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