SI PI解析で学ぶ基板設計とEMCノイズ対策のベストプラクティス

SI PI解析で学ぶ基板設計とEMCノイズ対策のベストプラクティス

はじめに：基板設計に求められる高度な電気特性

製造業、とくにエレクトロニクス分野において、基板（プリント回路基板、PCB）の設計は製品性能に直結する極めて重要な工程です。

多くの設計者は、「なぜEMCやSI・PI解析が厳格に求められるのか？」と改めて問い直す機会が減っているかもしれません。
しかしICT・IoTの普及、5Gや車載エレクトロニクスの高密度化により、小さなミスも製品全体の信頼性・安全性に大きな影響を与える時代へと突入しています。

本記事では、昭和時代から残るアナログ設計の知見と、最先端のSI（シグナルインテグリティ）、PI（パワーインテグリティ）解析手法、EMC（電磁両立性）ノイズ対策の実践知を紐解きながら、バイヤー・サプライヤー双方の視点で最新のベストプラクティスを共有します。

SI解析・PI解析とは何か？基礎を現場目線で抑える

SI解析（Signal Integrity）は、信号波形の歪みや遅延、クロストーク、リフレクションなど、信号品質を数値で見える化し、基板設計段階から製品信頼性を高める手法です。
一方、PI解析（Power Integrity）は、電源ラインの電圧降下やノイズ、インピーダンス異常を予測・最適化する設計支援技術です。

昭和の時代は、回路設計エンジニアの「経験則」と「勘」に頼ることが多く、「分厚いベタGNDでノイズは吸収できる」など先人の知恵が主流でした。
しかし、現代の高機能基板は、伝送速度や動作周波数の向上、実装密度の増加により、もはや見えない信号劣化や電源ノイズ対策なしでは、安定稼働すら怪しい状況です。

現場でありがちな「サンプル品は動いたが量産で不具合多発」「特定ロットで不良頻発」も、クラシカルなモデルでは予見不可なケースが多発しています。
これら根本原因の大半はSI/PI不良に起因します。

EMCノイズとは何か？その本質と昭和的対策の限界

EMC（Electromagnetic Compatibility）は、「装置が外部から来る電磁ノイズに強く、かつ自分も他に迷惑なノイズを出さない」状態を指します。

古典的ノイズ対策といえば、フェライトビーズの追加やシールドBOX、アースパターン拡大など、「アフター対応」「やってれば安心」的なアプローチが中心でした。

しかし、現代製品は筐体のプラ化や小型化、ワイヤレス通信機能の搭載といった設計進化の中で、伝統的なノイズ対策だけでは以下課題が表面化します。

– 分析なき追加部品によるコスト・工程増加
– そもそものノイズ発生源・伝搬モードを無視した無意味な対策
– 製品全体の品質保証が困難

SI・PI解析を適切に活用した設計初期段階での対応が不可欠なのです。

バイヤー視点：基板サプライヤー選定の必須チェックポイント

近年、調達現場では「部品単価・納期」志向から、「設計品質・基板性能重視」へ目利きの価値観が変化しています。

優れたサプライヤーの選定には、下記のようなSI/PI/EMC対応力の見極めがポイントとなります。

– 最新EDAツール活用によるSI/PI解析ノウハウの有無
– 現場に根ざしたEMC設計経験（検証済みリファレンスデザイン保有）
– 短納期でサンプル・量産移行できるアナログ/デジタルの混在設計力
– 不具合発生時の原因調査、設計変更対応スピードと提案力

表面的な価格交渉や納期調整だけに終始していては、いずれ「量産立上げ後のクレーム地獄」に陥りかねません。
バイヤー自身がEMC、SI/PIの基礎を理解し、基板ベンダーとのディスカッションに加わるだけで、サプライヤーの本当の実力が見えてきます。

サプライヤー視点：バイヤーの期待を超える提案型技術営業とは

基板サプライヤーに求められるのは、単なる実装・量産スキルではありません。
バイヤー側の事業成長を支える「提案型の技術営業力」が必要です。

たとえば、以下のような提案が現場で好感触を得ています。

– 基板層構成の最適化案（配線取り回し効率・SI対策両立）
– コンデンサやフェライトの配置検討結果の定量比較
– 量産時のレイアウトバラツキや部品公差まで踏み込んだPI解析資料
– ノイズ試験時の課題を踏まえた設計変更案・低コスト治具提案

現場では、「とりあえず仕様通り品物を納めて終わり」ではなく、「なぜその仕様が必要か？」「品質・コスト・納期どれを重視すべきか？」まで、顧客と共に徹底議論できる技術力＋姿勢が強く求められます。

実践！SI/PI解析とEMCノイズ対策のベストプラクティス5選

ここでは、現場経験と最新理論を融合した、実践的なベストプラクティスを5つ紹介します。

1. 部品配置の初期段階から走行長・クロストークを考慮
最初から主要信号線を極力直線・等長で設計。
GND・電源プレーンを広く確保し、信号ごとのリターンパス短縮・クロストーク最小化を意識します。
各種ノイズ源（クロック、スイッチング電源）周辺の部品配置・導通設計も肝要です。

2. SI解析で「目に見えないリスク」を数値で見える化
シミュレーションツールによる波形歪み・反射の事前チェック。
単なる「設計ルール遵守」ではなく、差動ペアの不平衡・Via反射も含めた実配線パターンの電気的検証が必須です。
ノイズフロアやマージンも見える化できます。

3. PI解析による電源ラインの最適設計
大容量デカップリングコンデンサの「闇雲配置」はもはや通用しません。
必要周波数ごとのインピーダンス特性を解析し、基板上への最適配置・容量割り当てを実現します。
VCCとGNDプレーン間に戦略的VIA設置も重要な実務ポイントです。

4. EMC対策の「モード診断」＋「最小限アプローチ」
ノイズ発生源→伝播経路→放射・伝導系での拡大、と二次評価まで徹底したロジカルチェックが重要。
必要最低限の部材追加（例えば、適切な位置へのチップビーズ1点投入）で最大効果を狙います。
EMC試験前のシグナルプローブによるピンポイント対策も有効です。

5. 組織横断での知見共有・設計レビュー
設計者・製造・品質管理部門が早い段階から集い、SI/PI/EMC観点でレイアウトや回路図のレビューを実施します。
特にリピート品や既存設計流用では「前回の課題」「現場の不具合事例」を持ち寄ることで、設計再現性／ノウハウの蓄積・業務効率化が叶います。