【製造業 × 生成AI】PCB設計のレイアウトを自動化する生成AI サービス：Quilter

PCB設計（Printed Circuit Board：プリント基板）は、要件定義・回路設計・部品選定・PCBレイアウトの策定・DRC（Design Rule Check：製造時に発生し得る問題を回避するために設定された基準を満たしているかチェックすること）・プロトタイピングなど、多くのプロセスが必要になります。

全工程で高度な設計知識と経験を要求される中、特にPCBレイアウトはコンポーネントの配置やトレースの引き回しに多大な時間と労力が必要です。

なお、コンポーネントとは基板上に実装される電子部品のことであり、トレースはそれらのコンポーネントを電気的に接続するために使用される銅線を指します。

大規模かつ複雑なプロジェクトでは、PCBレイアウトの作業だけで数ヶ月以上要することも珍しくありません。

今回は、PCB設計自体の説明や業界全体にわたる普遍的な課題を踏まえつつ、生成AIを活用してPCBレイアウトを自動化するサービス「Quilter」を紹介します。

PCB設計とは

PCB設計とは、プリント基板（PCB）上に電子部品を配置し、それらを電気的に接続する設計作業のことです。

要件に合わせてコンポーネントを適切に配置し、トレース配線を整備するだけではなく、設計の仕方によって製品の耐久性や熱の分散が大きく影響されるため、高度な技術と経験が求められます。

PCBは、コンピュータ・スマートフォン・家電製品・医療機器を含む、ほぼ全ての電子機器に不可欠な部分であり、多くの製品の中核を形成しています。

PCB設計における課題

PCB設計における課題として、「時間を要すること」と「人材不足」の2つが挙げられます。

時間がかかる主な理由としては、先に述べたコンポーネントの配置とトレースの整備の複雑性に加え、設計制約の適用や、DRCで設定された基準を満たさない場合の追加作業が挙げられます。

設計制約には、

• トレース幅：電流容量（電流の量を安全に運べる能力）に基づいてトレースの幅を決定すること

• クリアランス：回路のショートを防ぐためにトレース間やトレースとコンポーネント間の最小距離を指定すること

• ビアのサイズと配置：ビア（基板を構成している異なるレイヤーの間で電気的接続を行うために使用される穴）が適切なサイズ・配置になっていること

• インピーダンス（電流の流れにくさ。Ω。）制御：高周波信号を扱う場合に、インピーダンスが一貫していること

• 熱管理：コンポーネントから発生する熱を効率的に分散させること

などの制約があります。また、DRCはこれらの制約が守られていることのチェックに加え、設計が製造可能か確認するために行われます。DRCで問題が見つかった場合、設計制約を守りつつ、DRCの基準に合致するよう設計を見直し、修正する必要があります。

もう1つの課題は、人材不足です。

SDKIという企業によるPCB設計市場に関する詳細な調査では、PCB設計市場は2022年時点で約40億ドルの市場規模であるのに対し、2035年には約160億ドルに達すると予測されています。

PCB設計には高度な技術と経験が求められるため、現時点でも設計に習熟した一部の技術者が重宝されています。若手人材や未経験の人材が短期間で習得できるものではなく、市場の成長に対し人材の供給が追いつかなくなる可能性が高いと言えます。

Quilterの機能

QuilterはPCB設計の中でも、PCBレイアウトを自動化する生成AIサービスです。

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