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】/【IoT・無線・通信編】

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）

●概要
　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．

●講師の略歴
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）

●概要
　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

●講師の略歴
1972年 中央大学理工学部工業化学科卒業
1972年 株式会社トゴシをかわきりに，設計・EMS業の株式会社ソーワコーポレーション，株式会社オーケープリントで，基板およびEMS事業の品質保証，技術開発全般に従事．その間，JIS規格，JPCA規格，JAXA規格などの制定に従事
2013年 テラテック設立．プリント配線板関連の技術指導，技術開発，試作開発コンサルティング，研修などを手がける

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）

●概要
　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．

●講師の略歴
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（電子情報技術産業協会）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

●概要
　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．

●講師の略歴
1969年 医療用計測器メーカ入社．心電計，血圧計などの設計に従事
1986年 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で同社へ同職で編入
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

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

●概要
　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．

●講師の略歴
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）

●概要
　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．

●講師の略歴
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に入社．電子交換機やミニコン，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．その後，電子機器用熱解析ソフトの開発，CAD／CAM／CAEおよび統合PDMの構築などを担務
2007年 株式会社サーマル・デザインラボを設立．上流熱設計と熱解析の両輪による「熱問題の撲滅」を目指し，製品の熱設計，熱対策支援，プロセス改革コンサルティング，研修などを手がける．
著書に「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)」など

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）

●概要
　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．

●講師の略歴
2003年 パデュー大学大学院を卒業
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) 車載ビジネス・デブロップメント・スペシャリスト．主に新製品の企画や開発に携わる

セッション⑧ GHz超 高速ディジタル・プリント基板の設計技術 10の基本

～電気の速度も考えた配線インピーダンスの最適化術～

　講師：石井 聡（アナログ・デバイセズ株式会社）

●概要
　本講演では，GHzを超えた当たりの信号を取り扱う，高速ディジタル・プリント基板を設計するときの基本的な考え方について説明します．最初に基板設計の入り口でまず認識すべきこととして，基本的な事項・注意点を説明します．つづいて本セッションで一番重要な点，「高速信号はプリント・パターン上を波として伝搬する」という概念と，その波として伝わった高速信号が負荷端でどうなるか（反射すること）について説明します．
　ここでは「特性インピーダンス」についての理解が必要で，この特性インピーダンスを考慮したプリント基板設計と発注，そしてプリント・パターン上を信号が伝搬する速度「位相速度」と波長短縮率について説明します．
　最後にパワー・インテグリティ（電源系統の安定性）と高速信号プリント基板設計として，グラウンド・プレーンと信号プレーンを用いるときの適切な接続・デカップリングについて紹介します．

●講師の略歴
1985年 第1級無線技術士合格
1986年 東京農工大学電気工学科卒業，同年電子機器メーカ入社，長く電子回路設計業務に従事
1994年 技術士（電気・電子部門）合格．2002年横浜国立大学大学院博士課程後期（電子情報工学専攻・社会人特別選抜）修了．博士（工学）
2009年 アナログ・デバイセズ株式会社入社，現在に至る
2018年 中小企業診断士登録
ディジタル回路（FPGAやASIC）からアナログ，高周波回路まで多岐の電子回路の設計開発を経験．また，外部団体主催セミナの講師を多数務める．著書に「LTspiceで動作を見ながらOPアンプ回路を理解する(オーム社)」，「無線通信とディジタル変復調技術(CQ出版)」など

セッション⑨ 定石を見直す！AIで探す高速ディジタル配線の最適解

～反射も不整合もOK！セグメント伝送路の組み合わせを遺伝的アルゴリズム解析～

　講師：安永 守利（筑波大学）

●概要
　ディジタル信号用のプリント基板配線設計では，信号品質(SI: Signal Integrity)の向上が課題です．これまでは，インピーダンスの整合設計により信号品質を保ってきました．しかし，GHz超の高速信号では，インピーダンス整合設計が難しくなっています．これに対し，「セグメント分割伝送線」は，インピーダンスの“不”整合を利用した新たな配線です．
　セグメント分割伝送線は，異なった線幅(特性インピーダンス)からなる複数のセグメントから構成されます．このため，複数のセグメント境界で多数の反射ノイズが発生します．そして，この故意に発生したノイズを重ね合わせることにより，信号品質を向上します．いわば，“ノイズをもってノイズを制する”配線です．一方，その設計には，異なった線幅の膨大な組み合わせから最適な組み合わせを選ぶ必要があります．この“組み合わせ爆発問題”を解くため，進化型AIの1つである“遺伝的アルゴリズム”を用います．遺伝的アルゴリズムは，生物の進化を模倣した最適化設計法です．本講演では，遺伝的アルゴリズムを用いたセグメント分割伝送線の設計手法とその実測結果を紹介します．

●講師の略歴
1983年 筑波大学大学院工学研究科修士修了．1993年博士(工学)
1983年 日立製作所(中央研究所)入社．超大型計算機，スーパーコンピュータ， 脳型計算機向けLSI,実装技術開発に従事
1994年 筑波大学着任．現在，同大学システム情報系教授．FPGAを用いた脳型計 算機，AIを用いたハードウェア設計，高速伝送設計の研究を進めている
著書に「集積回路工学(森北出版)」，「技術者のための電磁気学入門(コロナ 社)」など

セッション⑩ 高能率送受信！電磁界シミュレータを用いた小型基板アンテナ設計の基本

～筐体の形状やサイズに影響を受けないWi-Fi/スマホ向けの作り方～

　講師：小川 隆博（株式会社エム・イー・エル）

●概要
　IoT化が加速する昨今 Wi-Fiや5Gに代表されるワイヤレス機器が主流となっています．これらのワイヤレス機器のアンテナはほとんどが組み込み型であるため，アンテナ・サイズは機器の大きさに大きく左右されます．このような小型アンテナの設計や解析を行う場合，電磁界シミュレータが必須となります．本講演では，株式会社エム・イー・エルが開発を行っているモーメント法電磁界シミュレータを用いて，筐体サイズに依存しない小型アンテナの設計手法を一部ご紹介いたします．

●講師の略歴
明治大学工学部電子通信工学科卒　工学博士(新潟大学)
1990年 日本電装株式会社(現 株式会社デンソー)にてRF-TAGなどID関係機器の開発に従事
1991年 株式会社エム・イー・エル設立．回路シミュレータ，電磁界シミュレータの開発

セッション⑪ 次世代5G無線機のマイクロストリップ線路設計 10の基本

～400MHz超広帯域アナログ・フロントエンドの高周波信号伝送ノウハウ～

　講師：加藤 隆志（株式会社ラジアン）

●概要
　5Gなど通信の広帯域化に伴ってキャリア周波数も高くなっています．一般的に周波数が3倍になるたびに材料や設計手法が変化します．
　GHz帯を超えてくるとLCのような集中定数は扱い辛くなり，マイクロストリップ線路の出番が増えてきます．低い周波数から徐々に高い周波数に移ってくるとこの辺りで大きな壁にぶつかります．
本講演では，最初に体験するであろうマイクロ波帯の基板設計の実例から，さらにその上のミリ波基板の設計例までを実際の開発事例を用いて紹介します．

●講師の略歴
1990年 無線通信機器メーカで研究開発．その後，計測器メーカでRF測定機器，半導体試験装置の設計開発
2017年 フリーランスエンジニアとして独立，無線通信機器やSDR機器の受託開発
2019年 株式会社ラジアンとして法人化，現在に至る

セッション⑫ 実践 GHzミクスト・シグナル基板のEMI/イミュニティ対策 10の基本

～障害を与えず，静電気に強いシステムはこうやって作る～

　講師：久保寺 忠（株式会社システムデザイン研究所）

●概要
　高精細の動画など高速処理の要求に伴い，プリント基板上の処理速度は数GHzになり，EMI，イミュニティ問題をはじめ，回路が安定動作しないなどで苦労するエンジニアが増えています．不具合の原因は，多層基板にもかかわらずグラウンド層が1層しかない，層間のベタ・べラウンドを接続するスルーホールがほとんどないなど，さまざまです．
　製品から発生するノイズの多くは，プリント基板が関係しています．外来ノイズで誤動作を起こす原因もその多くは回路設計，または基板設計のまずさが原因となっています．回路設計者や基板設計者は，数GHzまで回路を動作させたときの配線や電源・グラウンドのふるまいを確認することが重要です．
　ノイズの基礎や対策をテーマにした専門書が数多く販売されています．本講演では，基礎的な内容は他の専門書に譲ることとし，基板設計を行う上であまり取り上げられないノイズ対策技術を実例を交えながら詳しく解説します．

●講師の略歴
1971年 日本マランツ株式会社入社，通信機器，自動演奏ピアノの設計など
1980年 富士ゼロックス株式会社入社，COB，MCMなどの実装技術開発，EMC対応技術開発など
1993年よりEMC対応設計の研究を行う
2001年 株式会社図研
2002年 日本フェンオール株式会社PWBA事業企画室．システム設計，ノイズ設計，コンサルティングなど
2006年 株式会社システムデザイン研究所設立