IoT基板は1枚の基材上の3つの設計
接続製品は同時に3つのことを行わねばなりません。無線信号を送受信し、小さな電池で何か月も動き、センサーフロントエンドを通じて実世界を測定する。それぞれが、設計だけでなく実装のされ方に制約を課します。
1. 無線はキープアウトを必要とする
アンテナ性能は周囲の形状で決まります。銅、グラウンド層、金属筐体、電池はいずれも同調を変え、その影響は大きく、伝導試験を通った基板が筐体内で失格し得ます。
実装の言葉では、キープアウトを実際の特徴として扱います。内部に銅も部品もコーティングもラベルも置きません。領域は実装図に示し、コーティング工程の前にマスクし、初品で確認します。ユニットがポッティングや筐体に収まった後では何も直せないからです。
2. 電力予算は工程の問題
スリープ電流はマイクロアンペアで測られ、その水準では汚染が問題になります。高インピーダンスノードのフラックス残留、パッケージ内の湿気、清浄でない基板上のコーティングはいずれも、標準の電気試験では見えないリーク経路を作ります。
だからこそ電池駆動製品は、「ノークリーニング」を前提にせず、コーティング前に洗浄・検証する価値があります。測定は機能試験の一部です。各電力状態の電流であって、レールの有無だけではありません。
3. 密閉筐体内の熱設計
IoT機器は通常小さく密閉されるため、熱の逃げ場がありません。パワーアンプ、レギュレータ、無線が閉じた筐体で一緒に動くと局部温度が周囲より大きく上がり、センサーの精度がそれに伴ってずれます。
実装の選択が続きます。発熱部品下のサーマルビア、筐体が伝導できる箇所の金属補強板やヒートスプレッダ、温度センサーをレギュレータから遠ざける部品配置です。
4. コーティングは選択的に
コンフォーマルコーティングは接続製品を結露から守り、基板の電気的挙動を変える数少ない実装後工程のひとつです。コーティングの誘電率はRF配線のインピーダンスをずらし、キープアウト内に塗ればアンテナを同調から外します。
そこでコーティングは選択的に塗ります。コネクタ、試験点、圧力センサー、アンテナ領域はマスクし、残りを規定厚で覆います。コーティングとポッティングの選択はコーティング比較に記載しています。
5. 試験は製品を動かさねばならない
IoT実装はAOI、ICT、電源投入チェックを通っても、唯一重要な試験で失格し得ます。範囲の端での無線リンク、負荷時のセンサー読み取り、スリープモードの電流です。
そこで機能試験はファームウェアを動かし、各状態の電流を測り、アンテナを同調から外さない治具で無線を動かします。Rogers、Arlon、Taconic、Nelco基材にRF配線がある場合、インピーダンスは±10 %に保ち、スタックアップを通じて検証します。
見積りに送るもの
Gerber一式、BOM、アンテナのキープアウトとコーティングマスクを示した実装図、機能試験用のファームウェア版、各電力状態の試験仕様です。試作は1〜3日で仕上がり、01005・0201部品、混載、選択コーティングはすべて同じSMTライン4本で流れます。
工程限界値はPCBA製造ページに、接続製品の用途背景は民生エレクトロニクスと通信のページに掲載しています。
